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钨铜合金电触头质料的性能如何?

来源:   宣布时间:2021-03-26   点击量:1448

        钨铜合金泛起之后即用于高压开关电器的电触头质料 ,如今在真空、压缩空气、SF6、N2等差别气氛的交直流开关和断路器中 ,钨铜触头质料占有很大份额。钨铜合金在其他学科领域的应用也十分广泛 ,被用作电阻焊和电加工电极、电子封装和靶材、破甲弹的药性罩、飞机喉衬和燃气舵、航行器喷嘴等。在电接触领域 ,触头质料的性能基本上决定了高压开关的生长趋势。对证料性能的基本要求有:导电导热性好、耐压值高、分断电流能力强、截流值低、耐电弧烧蚀、抗质料转移能力强、抗熔焊性能优良 ,以及接触电阻低而稳定、温升低、耐情况性等。

        钨铜合金是由钨与铜组成的既不互溶又不形成金属间化合物的假合金(pseudo-alloy) ,正是这种组合使得钨铜合金同时具有钨和铜的多种优良性能。并且在高温电弧的作用下 ,铜蒸发会带走大宗热量 ,冷却钨骨架 ,降低电子发射水平。钨铜合金开断性能良好 ,尤其适相助为高压、超高压开关电器的触头

        钨铜复合粉末和复合质料的制备工艺及其改性技术在很洪流平上影响了钨铜触头质料的耐电弧烧蚀等性能。本文在介绍钨铜触头电弧烧蚀历程的基础上 ,总结剖析了混淆式和包覆式钨铜复合粉末以及古板和新型钨铜合金制备工艺的最新研究进展;介绍了掺杂对钨铜触头进行改性的实现途径;简述了钨铜配比、外貌粗糙度、钨铜间互溶性等其他因素对合金性能的影响;最后指出钨铜合金研究中的热点和保存问题 ,旨在为钨铜触头的进一步生长提供实际有效的参考。

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电弧对钨铜触头的烧蚀

        电触头是高压开关电器的要害部件 ,在开关闭合瞬间 ,触头间隙爆发温度高、能量大的电弧 ,烧蚀触头外貌。电弧烧蚀经历3个历程:首先是外貌已有的附着物与低熔点铜的挥发与溅射 ,其次是铜的熔化飞溅与冷却凝固抵达动态平衡 ,最后是外貌高低不平和钨骨架的强烈烧蚀。因此 ,要求钨铜合金具有优异的综合性能 ,尤其是耐电弧烧蚀 ,以延长质料的使用寿命。

        相比于其他触头质料 ,钨铜合金具有更优异的综合性能。于2018年选择9种常用的触头质料(CuCr10、CuCr20、CuCr30、CuCr40、CuCr50、WCu10、WCu20、WCu30和CuW-WC) ,进行了纵向磁场(axialmagneticfield ,AMF)电极的真空电弧击穿试验。凭据电弧外观、阴阳极外貌形态等因素证实了钨铜合金比铜铬合金具有更好的耐电弧烧蚀性能。腾博会官网公司相关技术人员又对7种质料(CuCr10、CuCr25、CuCr30、CuCr40、WCu10、WCu30和CuW-WC)进行了触发真空电弧烧蚀试验。

        通过比照发明 ,钨铜合金的电弧在外貌上漫衍最均匀 ,有许多明亮的阴极黑点;从触发到电弧稳定燃烧阶段 ,WCu10阴极黑点的径向扩散速度最低 ,仅为CuCr10的25%;钨铜合金也具有良好的耐熔性。因此 ,当开关通流较大时 ,电弧较易扩散到合金的整个外貌 ,WCu10是具有良好烧蚀性能的优选质料。

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钨铜复合粉末制备工艺

        钨的熔点(3410℃)比铜的沸点(2595℃)还要高许多 ,工业上主要接纳粉末冶金而非直接高温熔炼制备钨铜合金 ,因此钨铜复合粉末制备是一个要害技术。凭据粉末粒子间差别的复合方法 ,分为混淆式和包覆式粉末两种类型。

钨铜复合质料制备工艺

         钨铜触头质料应用广泛 ,为满足其多方面的性能要求 ,对应的制备工艺也层出不穷。古板的制备技术生长至今已较为成熟 ,并有一系列工艺上的革新;而新型制备要领也不绝涌现 ,并以其在差别方面的优势逐渐被实际工业化制备所接纳。另外 ,钨铜合金触头的其他古板制备工艺另有许多 ,例如高温液相烧结法、活化液相烧结法、微波烧结法、等离子体烧结法、热压烧结法、添加纳米粒子法、网络骨架预烧结法等。

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钨铜合金触头的掺杂改性

         钨铜合金是典范的假合金 ,由于其自己结构的特殊性 ,以及钨基体强度随温度升高而显著降低等因素 ,如果通过制备工艺革新对电触头性能的提高效果不明显 ,添加第三相也是一种便当有效的途径。作为第三相的掺杂质料(以X体现) ,必须满足一些特定的要求 ,如X-W-Cu的界面相容性 ,X和W-Cu基体热膨胀系数(coefficientofthermalexpansion ,CTE)的优异匹配性 ,以及W-Cu粉末的良好疏散性等

影响钨铜合金性能的其他因素

         钨铜合金较好地兼顾了两种金属的优点。更重要的是 ,可以通过改变钨、铜的组成比例 ,控制和调解钨铜合金的多种性能。钨铜合金电触头一般是高钨低铜(钨的质量分数为50%~90%)型的 ,目前的研究也大多停留于宏观性能 ,专注于钨铜配比对性能影响的微观研究。他们划分制备了铜的质量分数为为5%、8%和20%的钨铜合金 ,视察到合金主相为钨0.6铜0.4 ,标明两者的结合较强。另外 ,铜的增加显著降低了合金的孔隙率 ,但铜的团聚倾向也更明显 ,钨颗粒在铜中漫衍不均 ,合金与浸润铜液的界面疏松。与之相反的是 ,高铜低钨(铜的质量分数为60%~90%)合金在高温时具有较高的硬度和电导率 ,可取代部分银基触头以降低本钱。近年来对高铜型合金也有一些研究进展 ,制备了钨纤维增强的高铜含量钨铜合金 ,发明钨纤维均匀漫衍在铜基体内;相对密度达98%以上 ,电导率最高达78.4%IACS ,布氏硬度凌驾86HB。

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