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CuCr触头材料是目前最重要的新一代中压大功率真空开关触头材料之一,有着广泛的发展前景。因此,铜铬触头材料的研制已引起材料界的广泛关注,近几十年来的发展很快,尤其是对强化方式、制备方法等进行了广泛的研究。
根据真空开关对触头材料的性能要求,本文设计了Cu-Al2O3/25%Cr复合材料,研究了冷压烧结-内氧化工艺对Cu-Al2O3/Cr复合材料组织和性能的影响,研究了成形压力、Cr粒度、Cr含量对Cu-Al2O3/Cr复合材料组织和性能的影响。同时研究了真空热压烧结-内氧化工艺参数、不同氧源含量对Cu-Al2O3/Cr复合材料的组织与性能的影响,以及真空热压烧结-内氧化工艺制备的Cu-Al2O3/Cr复合材料的冷轧工艺及冷轧后复合材料的微观组织和性能。
结果表明:随着压制压力的增加,Cu-Al2O3/Cr复合材料的密度和导电率都快速增加,几乎成直线增加,Cu-Al2O3/Cr复合材料的硬度在压制压力从200MPa增加到300MPa时,硬度增加比较缓慢,继续增压,材料的硬度增加明显较快。采用新型简化冷压烧结-内氧化工艺制备Cu-Al2O3/Cr复合材料时,Cr颗粒的粒度和含量均对材料的组织和性能有着极大的影响,随着Cr粉的变细,材料的综合性能明显降低,当Cr颗粒大小为149μm~74μm,制备的材料的综合性能最佳。真空热压烧结-内氧化工艺制备的Cu-Al2O3/Cr复合材料,在铜基体上弥散分布着细小粒状Al2O3颗粒,其粒径约为5~20nm,颗粒间距约为20~100nm;经950℃保温2h,压力为22MPa真空热压烧结-内氧化后,材料已基本完成内氧化,氧源含量为5%时制备的复合材料的综合性能最好,此时其氧源含量为最佳的添加量。制备的材料的性能为:导电率为19.5MS·m-1,硬度达100HV,抗拉强度为201MPa,相对密度可达99.7%。其抗软化温度达到650℃。与冷压烧结-内氧化工艺相比,真空热压烧结-内氧化工艺制备的Cu-Al2O3/Cr复合材料的综合性能明显优于冷压烧结-内氧化工艺。
真空热压烧结-内氧化工艺制备的Cu-Al2O3/Cr复合材料经80%变形后,其硬度和抗拉强度明显提高,而导电率则随变形量的增大先升高后降低;950℃烧结2h,压力为22MPa,并80%冷轧变形后(Cu2O为5%),复合材料硬度和抗拉强度分别达到154HV和537MPa,60%冷轧变形后导电率达最大,为25.9 MS·m-1。