不同气氛下CuCr电接触材料电弧烧蚀性能研究

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电接触材料在现代工业领域中有着非常广泛的应用,它负责接通、传导、切断电流和产生与传输信号。为了在不同的应用场合满足不同的压力、负载、工作电流和环境气氛等要求,电接触材料不仅需要良好的机械性能、稳定的化学性能、良好的电导率和热导率,还需要具有较好的抗电弧侵蚀能力。目前,铜基电接触材料在中高压负载下的广泛应用引起了研究者们对其电弧侵蚀性能的关注。其中CuCr电接触材料因其优异的综合性能,如耐电压高、抗熔焊及抗电弧烧蚀性能好而备受关注,但CuCr电接触材料在不同气氛条件下的电弧烧蚀性能和机理还缺乏深入的研究。以Cu粉和Cr粉为原料,采用真空热压烧结法制备了Cr质量分数为10%、15%、20%、25%、30%以及35%的CuCr触头材料。XRD图谱显示无杂峰且衍射峰无偏移,表明制备过程无杂质引入;扫描形貌图显示Cr均匀分布在Cu基体中。研究了Cr含量对CuCr触头材料物理力学性能的影响,结果表明:随Cr含量(10%-35%)的增加,CuCr的致密度和电导率不断下降,布氏硬度及抗弯强度不断提高。采用自制的电弧烧蚀装置,研究了Cr含量对CuCr触头材料抗电弧烧蚀性能的影响,结果表明,随着Cr含量的提高,电弧的燃弧时间和电弧能量减小,烧蚀形貌中裂纹、孔洞、飞溅粒子等缺陷减少,烧蚀程度减轻,材料的抗电弧烧蚀性能提高。烧蚀区域的成分分析结果表明,CuCr触头材料在空气中电弧烧蚀后被氧化,氧化产物为CuO、CrO3和Cr2O3。以CuCr25为研究对象,研究不同环境气氛对CuCr触头材料抗电弧烧蚀性能的影响,结果表明,不同气氛中电弧的燃弧时间和电弧能量按照二氧化碳,氩气,氧气的次序增加,而击穿强度的变化趋势则相反。在氧气中的烧蚀形貌最严重,二氧化碳中烧蚀最轻微,这与电弧能量有关。在氧气和二氧化碳气氛中,烧蚀表面均发生氧化反应生成了CuO、CrO3和Cr2O3。而在氩气气氛中,烧蚀表面没有新的化合物生成。
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