Cu-Cr触头复合材料的燃烧合成-熔铸工艺的研究

摘要

Cu-Cr复合材料具有良好的开断能力、耐压、抗烧蚀、抗熔焊及低截流等特性，是真空高中压开关中理想的触头材料。但是，由于Cu-Cr是一种难混溶的“假合金”，传统的熔铸工艺一般难以获得理想的Cu-Cr合金组织。因此，Cu-Cr触头复合材料的制备技术一直是人们研究的热点。 本文以廉价的铜铬氧化物为原料，并将自蔓延高温合成（SHS）技术与铸造成形工艺结合起来，提出了一种制备Cu-Cr触头复合材料的新工艺—SHS－熔铸技术。分析了CuO-Cr2O3-Al体系的SHS反应热力学、Cu－Cr合金熔体的形成及其凝固过程，研究了原料配比、添加剂、凝固速度和后续冷挤压处理对Cu-Cr复合材料的组织和性能的影响。 结果表明，CuO-Cr2O3-Al体系的SHS反应能够顺利进行，其极高的燃烧温度（2848K）可使合成产物Cu、Cr和Al2O3熔化，并在重力场下实现Cu-Cr合金熔体与Al2O3的分离。随后，Cu-Cr合金熔体在铜模的激冷作用下凝固形成细小的Cr颗粒在Cu基体中均匀分布的Cu-Cr复合材料。而且，提高Cu-Cr熔体的冷却速度，可明显降低Cr粒子的尺寸，改善其分布；在反应体系中加入CaF2添加剂，可降低熔渣的熔点，改善熔渣的流动性，使熔渣和金属液有足够的分离时间，降低了合金中的夹渣，提高了合金的电导率；随着Cu-Cr复合材料中Cr含量的增加，Cr颗粒尺寸逐渐增大，硬度有所提高；对SHS-熔铸后的Cu-Cr复合材料进一步进行冷挤压处理，不仅可明显提高材料的致密性，改善Cr颗粒的形态和分布，而且可提高材料的硬度和电导率。 SHS－熔铸技术可实现Cu-Cr复合材料的同步合成与液态成型一体化，并具有节约能源、工艺简便、成本低等特点，从而为Cu-Cr触头复合材料的制备提供了又一条新途径。