Arc erosion behavior of a nanocomposite W-Cu electrical contact material

The erosion behavior of a nanocomposite W-Cu material under arc breakdown was investigated. The arc erosion rates of the material were determined, and the eroded surfaces and arc erosion mechanisms were studied by scanning eleclion microscopy. It is concluded that the nanocomposite W-Cu electrical contact material shows a characteristic of spreading arcs. The arc breakdown of a commercially used W-Cu alloy was limited in a few areas, and its average arc erosion rate is twice as large as that of the former. Furthermore, it is also proved that the arc extinction ability and arc stability of the nanocomposite W-Cu material are excellent, and melting is the major failure modality in the make-and-break operation of arcs.

W-Cu触头材料的微波烧结

采用微波烧结技术制备W-25Cu触头材料,并与常规烧结进行对比。结果表明:微波烧结升温速度快,周期短,能促进W-Cu材料的致密化;在适当条件下,微波烧结能获得相对密度达99.8%的W-Cu样品;微波烧结能改善W-Cu样品中两相分布的均匀性和W晶粒尺寸的一致性,但引起W晶粒的快速长大;Fe烧结助剂导致W-Cu材料显微组织均匀性变差,并引起晶粒进一步粗化;微波烧结技术能够应用于W-Cu材料的制备,在缩短生产周期、降低生产成本方面具有潜在优势。

不同稀土元素对W-Cu电触头材料性能的影响

利用粉末冶金熔渗技术制备出添加不同稀土的W-Cu-RE电触头材料。比较不同稀土对其组织和力学性能的影响,并通过扫描电镜分析电弧烧蚀后的微观组织形貌。结果表明,W-Cu合金中最适宜添加的稀土单质为La,它使粘结相Cu呈连续网络分布。W-Cu-RE电触头材料较传统的W-Cu合金抗电弧烧蚀性能有了明显提高,达到30%。主要原因是触头间产生的电弧由于稀土的加入更容易使金属Cu气化而带走大量热能,从而起到保护基体的作用。

Cu-W复合电沉积工艺研究

电接触材料要求具有很好的抗电弧烧蚀和抗熔焊性能,但纯铜很难达到该种要求。利用复合电沉积方法,在纯铜表面形成Cu-W复合镀层,使其满足电触头材料的使用性能。重点研究了镀液中W的质量浓度、电流密度、搅拌强度和温度工艺参数对Cu-W电接触材料复合镀层中W微粒沉积量的影响,并且通过正交试验确定了复合电沉积的最优工艺:W的质量浓度为35g/L、电流密度为4A/dm2、搅拌强度为600 r/min、温度为50℃。

W-Cu触头材料电寿命的研究

电器的电寿命主要决定于触头的电磨损。通过对W Cu系列触头材料电磨损规律的研究,认为触头材料的电磨损随开断次数的变化有老炼、稳定和失效三个阶段,其中对电寿命起决定性因素的是稳定阶段的长短。而且也发现触头材料的电磨损主要是触点在断开和闭合的过程中,产生电弧或其它放电现象的热效应所造成的。材料的比热容、密度、熔点和电导率决定触头的电寿命。

Cu-W-Ni-C触头材料的研制

采用粉末冶金技术研制了Cu-W—Ni—C触头材料,并对Cu-W—Ni—C与Ag-ZnO10触头材料的性能进行了对比和研究·研究结果表明:Cu-W—Ni—C触头材料的密度r≥8.87 g/cm3,硬度HB≥952 MPa,电阻率ρ≤2.45×10-8Ω·m;在相对密度相同时,Cu-w—Ni—C触头材料的电阻率与Ag-ZnO10材料的电阻率接近,而硬度高于Ag—ZnO10材料的硬度;Cu—W—Ni—C触头材料在电力机车电器上可替代Ag-ZnO10材料.

Cu-W复合电沉积工艺和镀层电弧侵蚀性能研究

在纯铜表面利用复合电沉积的方法形成Cu—W复合镀层，使其满足电触头材料使用性能。研究了镀液中W的质量浓度、阴极电流密度、搅拌强度和温度工艺参数对Cu-W复合镀层中微粒含量的影响，并对Cu—W电接触材料的电弧侵蚀性能进行了分析。结果表明：在最佳的复合电沉积工艺下，Cu—W的复合沉积量质量分数在17％-23％；Cu—W电接触材料在电流〈20A条件下，材料由阴极向阳极转移，电流〉20A条件下，材料的转移方向相反；电弧侵蚀后Cu—W电接触材料的表面呈现凸起、凹坑和气孔等形貌特征。

Cu-W-TiC复合材料的电接触特性研究

采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了(Cu/50W)-3%Ti C复合材料。测试了该复合材料的密度、致密度、显微硬度和导电率;采用扫描电镜分析了该复合材料的显微组织;利用JF04C型触点材料测试系统研究了该复合材料的熔焊力、接触电阻等电接触性能及其变化规律。结果表明:在本试验条件下,(Cu/50W)-3%Ti C复合材料触头的材料转移随电流的增大而增大,且材料的转移方向从阳极向阴极转移,其转移机制以液桥转移为主,同时伴有电弧转移;该复合材料的熔焊力随电流的增大而增大,且随操作次数的增加呈上升趋势;该复合材料的接触电阻随操作次数的变化较为平稳,随电流的增加,呈下降趋势。

W-Cu触头材料的电寿命研究

研究了 W- Cu系列触头材料的电弧烧损规律。触头材料的电弧烧损随开断次数的变化分为老炼、稳定和失效三个阶段 ,其中稳定阶段的长短是影响电寿命的决定性因素。还发现触头材料的电弧烧损主要是触点在断开和闭合的过程中 ,产生电弧或其它放电现象的热效应所造成的。材料的比热容、密度。

Cu-W-Ni-C触头材料的研制

对Cu-W-Ni-C与Ag-ZnO_(10)触头材料的性能进行了对比和研究。在相对密度相同时,Cu-W-Ni-C材料的电阻率与Ag-ZnO_(10)材料的电阻率接近,而硬度高于Ag-ZnO_(10)材料的硬度。温升和通断能力试验结果表明;Cu-W-Ni-C材料在电力机车电器上完全可替代Ag-ZnO_(10)材料。

微观定向结构Cu-W复合材料触头弹跳特性分析

以商用无序结构Cu-W触头及3种微观定向结构Cu-W复合材料触头为研究对象,建立接触器触头弹跳动力学模型、电磁模型以及触头力学模型,实现接触器机电磁多物理场耦合仿真分析,研究3种微观定向结构和商用无序结构Cu-W触头承受载荷后的应力、应变差异,以及对触头弹跳的影响。最后,通过试验验证,发现微观定向结构触头的弹跳幅值更小,弹跳时间更短。结果表明微观定向结构Cu-W复合材料触头对比商用无序结构Cu-W触头具有良好的抗弹跳特性,其中菱形十二面体骨架结构Cu-W触头抗弹跳特性最优。

喷雾干燥W-Cu前驱体粉末煅烧和还原中的物相变化特征

采用溶胶-喷雾干燥-氢气还原技术制备W-Cu复合粉末;采用X射线衍射分析技术(XRD)对喷雾干燥前驱体粉末在煅烧和还原过程中的物相特征进行了分析。研究表明:喷雾干燥W-Cu前驱体粉末煅烧后相组成转变为WO3和CuWO4;煅烧后氧化物粉末在还原过程中的相演变为低温下CuO相被还原、中温下WO3相还原成一系列钨的氧化物(WO2.90和WO2)以及高温下WO2相还原成W。

冷压成型方向对W-Cu电触头材料性能的影响

针对轴向、径向两种压制方向成型的W_Cu合金 ,采用烧结熔渗法制备W_Cu/Cu整体电触头材料 ,测定结合面的抗拉强度及W_Cu合金的电性能、显微组织和抗弯强度。结果表明 ,轴向压制产品烧结后的结合强度远大于径向压制产品烧结后的结合强度。W_Cu合金的物理性能也是轴向压制的比径向压制的好 ,但两种压制方法对材料的抗弯强度影响不大。

ITER偏滤器W/Cu单体模块热-结构模拟与分析

采用有限元分析软件ANSYS模拟分析了W/Cu单体模块在ITER稳态热流和瞬态热流叠加下的温度分布和应力分布。结果表明,在稳态热流下,结构安全可靠;但在瞬态热流加载下,钨材料表面发生塑性应变,发生塑性应变的临界热流密度为320MW·m 2(持续0.5ms)。模拟结果对ITER偏滤器的设计和升级改造具有一定的借鉴意义。

W-Cu合金力学性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理分析方法的CASTEP软件,计算了W-Cu_(x)(x=6.25,12.5,18.75,25,31.25,37.5,43.75,50)合金的晶格参数、体模量、剪切模量、杨氏模量等力学常数,还计算了焓变值、能带结构、电子态密度和电荷布局,研究Cu不同含量对W-Cu合金力学性能的影响.结果表明:Cu的添加会增加W基体触头材料的可塑性,韧性大小随着Cu含量的升高而增加,在掺杂比例为43.75%时达到最大值,韧性增加使得产生微裂纹的概率减小;另外还计算了W-Cu合金的态密度、能带结构和电荷布局,结果表明随着Cu含量的增加,共价性降低,金属性增强,便于加工成型.

细晶W-25Cu-2.0 mass%La2O3合金电接触性能

采用包套热挤压法制备了稀土氧化镧掺杂W-25Cu-2.0 mass%La2O3合金,在JF04C型电接触试验机上测试了稀土掺杂钨铜合金的接触电阻、燃弧时间、燃弧能量等电接触性能,利用钨灯丝扫描电镜对电接触材料阴阳两极电弧侵蚀形貌进行了微观分析。结果表明：稀土钨铜合金触头材料接触电阻较纯钨铜合金明显减小,且接触电阻不随接触电压的增大而增大;燃弧能量和燃弧时间随着接触电压的增大而增大,且波动性变大;闭合过程中的燃弧能量和燃弧时间均大于断开过程。电弧侵蚀后材料转移方向为阳极向阴极转移;电弧侵蚀形貌为阳极表面出现微小凹坑、阴极表面产生微小凸起;阳极触头表面出现富W区,阴极触头表面出现富Cu区,La2O3主要聚集在富W区。

电沉积Cu-W电接触材料复合镀层性能的研究

本文是在纯铜表面利用复合电沉积的方法,形成Cu-W复合镀层,并对复合镀层表面显微形貌、显微硬度和电性能进行研究。结果表明:Cu-W复合镀层具有合适的硬度、稳定且较低的接触电阻及电接触寿命高等特点。

纤维结构W/Cu触头材料的制备

采用织网叠层法,以钨丝为纬线,铜丝为经线编织二维网,将网与铜坯叠放在一起,于真空烧结炉中熔渗的真空熔渗工艺制备纤维结构W/Cu触头材料。试验给出了该工艺的主要工艺参数。与粉末冶金制造的W/Cu触头材料的烧蚀性能作对比,从触头表面在电弧烧蚀后的熔层形貌分析表明,纤维结构W/Cu触头材料呈现较好的抗烧蚀特性。

Fe元素对Cu/W间润湿行为和界面特性的影响

采用座滴法研究在真空和Ar气气氛下，Cu—Fe合金在W基板上的润湿行为和Fe元素对Cu／W界面结合状态的影响。借助SEM、EMPA和XRD分析添加Fe元素对Cu／W界面微观结构和界面结合机制的影响。结果表明：添加Fe有利于降低Cu／W间的接触角；且其润湿角随温度升高而降低。与在真空条件下相比，在Ar气气氛中，添加Fe能较大幅度地减小Cu／W间的接触角，当Fe的添加量为1．2％（质量分数）时，在1300℃接触角由107．5°下降到47．5°；Cu／W界面形成1～2gm的合金过渡层，平直的Cu／W界面变成锯齿状，且随着升高温度，界面处Cu、Fe和W元素间的扩散与溶解程度加强，Fe原子充分地扩散到界面两侧的Cu和W中，界面附近没有新相生成；Cu／W界面结合机制由最初的机械结合转变为扩散与溶解型的冶金结合。

钨粉粒径对熔渗法制备的CuW触头材料硬度的影响

本文研究了钨粉粒径对熔渗法制备 Cu W触头材料硬度的影响。结果表明 :钨粉粒径过大时 ,会降低 Cu W触头材料的硬度 ;钨粉粒径过细小时 ,易在 Cu W触头材料中产生铜的富集 ;钨粉粒径 5～