Способ изготовления контактов вакуумных дугогасительных камер
Владельцы патента RU 2493290:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления контактов вакуумных дугогасительных камер. Порошковую смесь и заготовку из материала с высокой электропроводностью помещают в вакуумную камеру, где порошковую смесь наносят в виде покрытия на заготовку методом электронно-лучевой наплавки в вакууме. В едином технологическом цикле с наплавкой проводят дополнительный электронно-лучевой переплав всего объема наплавленного покрытия. Обеспечивается улучшение качества контактов за счет получения более мелкодисперсной равномерной микроструктуры и пониженного газосодержания наплавленного слоя. 2 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления контактов вакуумных дугогасительных камер.
Известен способ изготовления контактов вакуумных дугогасительных камер из смеси порошков меди и хрома методами порошковой металлургии (патент РФ №2063086, кл. H01H 33/66, патент РФ №2344189, кл. C22C 1/04, B22F 3/12, C22C 9/00, патент РФ №2369935, кл. H01H 1/02).
Во всех случаях технологический процесс изготовления контактов, как правило, состоит из этапов смешивания проводящего металлического порошка с термостойким порошковым материалом, имеющим более высокую температуру плавления, чем проводящий металлический порошок, прессование полученной смеси, чтобы получить заготовку и спекание заготовки в атмосфере высокочистого водорода или в среде вакуума с последующим уплотнением и дополнительным спеканием.
Недостатками известного способа изготовления контактов методами порошковой металлургии являются нетехнологичность процесса, выраженная в длительных термических операциях, крупнозернистая структура спеченной заготовки, обусловленная наследственностью используемых термостойких порошков, закрытая пористость спеченной заготовки и в результате низкое качество обезгаживания всего объема спеченного материала.
Рядом авторов показано, что Cu-Cr псевдосплавы с более дисперсной микроструктурой обладают лучшими рабочими характеристиками: увеличиваются их надежность и отключающая способность (см.: Chendgyu Zhang, Zhimao Yang, Yaping Wang, Bingjun Ding. Properties ofNanocrystalline CuCr50 Contact Material // Advanced engineering materials, 2005, 7, №12, pp.1114-1116; Zhou Z.M., Wang Y.P., Gao J., Kolbe M. Microstructure of rapidly solidified Cu-25 wt.% Cr alloys // Materials Science and Engineering: A. 2005. - T.398. - №1-2. - С.318-322; «Two new CuCr alloy contact materials». Proc. 19th ISDEIV - Xian 2000, pp. 729-32).
Известен способ изготовления контактов дуговой плавкой, когда электрод, изготовленный из хрома и меди, плавится дуговым разрядом (см.: R. Muller «Arc-Melted CuCr Alloys as Contact Materials for Vacuum Interrupters» - Siemens Forsch. - u. Entwickl-Ber. Bd.17 (1988), pp. 105-111, Fung Zhao, Hui Xu, Zki-Mao Yang, Bing-Jun Ding «Preparation of CuCr25 alloys through vacuum arc-smelting and their properties» - Trans. Non Ferrous Met. Soc. - China (Feb.2000), pp.71-75), либо вакуумным литьем с помощью индукционного нагрева (см.: Chengyu Zhang, Yaping Wang, Zhimao Yang, Yong Guo, Ding Bingjun «Microstructure and properties of vacuum induction melted CuCr25 alloys» - Journal of Alloys and Compounds 366 (2004) pp. 289-292).
В обоих случаях процесс происходит при температуре выше 1700°C. Изготовление контактов из CuCr25 плавлением производят с целью получения более высокой плотности материала, чем при спекании спрессованных порошков. Контакты из материала, полученного плавлением, отличаются высокой плотностью, около 99,9% от теоретической, и постоянным высоким уровнем отключающей способности. Однако этот способ дорогой и трудоемкий и он не решает задачи получения контактного материала с мелкодисперсной микроструктурой.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ изготовления контактов для вакуумной дугогасительной камеры, при котором предварительно готовят порошковую смесь, по крайней мере, из двух порошковых компонентов - проводящего и термостойкого и наносят покрытие из порошковой смеси на заготовку из материала с высокой электропроводностью в вакуумной камере. Покрытие наносят на заготовку методом электронно-лучевой наплавки. Патент РФ №2200210, C23C 14/46, H01H 33/664, C23C 26/00.
Недостатками известного способа являются неравномерная структура, связанная с тем, что не все частицы хрома при наплавке переплавляются. Этим также обусловлено повышенное газосодержание в наплавленном слое. Поэтому известный способ не позволяет устранить недостатки, присущие спеченному контактному материалу (частичное сохранение крупнозернистой структуры, закрытая пористость спеченной заготовки и в результате низкое качество обезгаживания всего объема спеченного материала).
Задачей способа является повышение технологичности процесса получения высокоплотного контактного материала, улучшение качества контактов за счет получения более мелкодисперсной равномерной микроструктуры и пониженного газосодержания наплавленного слоя.
Указанный выше технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления контактного материала для вакуумной дугогасительной камеры предварительно готовят порошковую смесь проводящего металлического порошка с термостойким порошковым материалом. Затем эту порошковую смесь и заготовку из материала с высокой электропроводностью помещают в вакуумную камеру, где порошковую смесь наносят в виде покрытия на заготовку методом электронно-лучевой наплавки в вакууме и дополнительно проводят переплав наплавленного покрытия.
Сущность изобретения заключается в применении в едином технологическом цикле операции электронно-лучевой наплавки в вакууме и дополнительного электронно-лучевого переплава всего объема наплавленного покрытия. В результате такого решения существенно уменьшается количество непереплавившихся частиц хрома, достигается наиболее равномерная дисперсная структура и происходит уменьшение газосодержания в наплавленном слое.
Микроструктура наплавленного слоя исследовалась с помощью микроскопа Olyim-pus GX51. Фотография микроструктуры представлена на фиг.1 и фиг.2, где фиг.1 -микроструктура покрытия после электронно-лучевой наплавки; фиг.2 - микроструктура покрытия после наплавки и дополнительного переплава.
Использование предлагаемого изобретения позволяет улучшить технологичность изготовления контактов за счет применения в едином технологическом цикле операции электронно-лучевой наплавки и переплава наплавленного покрытия в вакууме, что существенно улучшает качество контактного материала за счет более полного его обезгаживания, существенного уменьшения количества непереплавившихся частиц хрома и формирования более однородной и дисперсной структуры.
Пример конкретного исполнения
При осуществлении предлагаемого способа изготовления контактов вакуумной дугогасительной камеры предварительно готовят смесь проводящего металлического порошка (медь (ПМС-Н) ГОСТ 4960-2009) с термостойким порошковым материалом (хром (ПХ-1С) ТУ 14-141-01-94) в соотношении 2:1. Способ электронно-лучевой наплавки реализуют на базе сварочной электронно-лучевой установки ЭЛУ-5, дополнительно оборудованной порошковым питателем и блоком развертки луча. В ЭЛУ-5 помещают вышеуказанную порошковую смесь медь-хром и медную заготовку диаметром 80 мм. Наплавку выполняют по спирали Архимеда толщиной до 6 мм путем подачи порошкового материала с помощью порошкового питателя в зону расплава, создаваемую электронным лучом. После наплавки дополнительно проводят электронно-лучевой переплав всего нанесенного слоя. Переплав наплавленного покрытия проводят путем воздействия электронного луча на наплавленную поверхность без подачи наплавочной порошковой смеси.
Способ изготовления контактов вакуумных дугогасительных камер, включающий предварительное приготовление порошковой смеси проводящего металлического порошка с термостойким порошковым материалом, размещение порошковой смеси и заготовки из материала с высокой электропроводностью в вакуумной камере, нанесение на заготовку методом электронно-лучевой наплавки порошковой смеси в виде покрытия, отличающийся тем, что в едином технологическом цикле проводят электронно-лучевую наплавку в вакууме и дополнительно электронно-лучевой переплав всего объема наплавленного покрытия.
