一種鎢銅合金/不銹鋼整體材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鎢銅合金/不銹鋼整體材料的制備方法，應用在高壓電器開關 上。
【背景技術】
[0002] 鎢銅合金因綜合了鎢的高熔點、低膨脹系數、抗熔焊性、抗電蝕性及銅的高塑性、 高導電、導熱性、在電弧高溫下蒸發時可吸收大量熱量等優點而被廣泛的應用于觸頭材料、 電極材料、航空航天用的耐燒蝕材料、發汗材料等。當鎢銅合金作為高壓電器開關時，僅局 部區域需要具備高的耐燒蝕性以及導電導熱性，而其余不與電弧直接接觸部分只需承擔部 分連接強度以及具備一定的導電導熱性。
[0003] 電觸頭材料常常需要與尾部材料連接在一起來承擔通斷和負載電流。連接方式有 焊接、螺紋連接、鉚接、整體燒結等，尾部材料也是多種多樣，有紫銅、黃銅、鈹青銅、鉻青銅、 石墨等。雖然當前的高壓整體觸頭材料的尾部材料大多用銅及其合金，但其存在耐腐蝕性、 抗磨性差以及在高溫條件下的強度較低等問題，在特殊工況條件下難以滿足實際使用要 求，同時，由于銅的價格較高，為此選擇價格低廉、性能優異的其他金屬替代銅成為趨勢。
[0004]當前，在敞開式高壓電器中最有可能替代銅的當屬不銹鋼，而其中的奧氏體不銹 鋼因其具有無磁性、強的耐腐蝕性、耐磨性、高塑韌性的特點，且具備綜合力學性能優異、 價格低廉、產量大、生產工藝純熟、性能不隨溫度環境變化的優點，選擇此類不銹鋼作觸 頭材料的尾部材料具有很強的現實意義。常見奧氏體不銹鋼有0Crl8Ni9、00Crl9Nil0、 OOCr17Ni14Mo2、lCr18Ni9、lCr18Ni9Ti、OOCr18NiION、lCr17Mn6Ni15N等。在電壓等級要求 不是很高的情況下，鎢銅合金/不銹鋼比鎢銅合金/銅或銅合金整體觸頭具有優越性。在當 今倡導節約，力求節儉的可持續發展的社會背景下，推廣鎢銅合金/不銹鋼整體材料具有 很強的現實意義和經濟價值，對鎢銅合金在新領域上的應用也有著特別重要的推廣意義， 而其制備方法對于其他物理化學性能差異極大的異種材料之間的連接也有著很高的參考 價值。
[0005]當然作為整體觸頭材料的尾部材料，不銹鋼也有一定的劣勢，如導電性不是很好， 限制了其在超高壓環境下作為整體電觸頭材料的使用，因此其主要在中高壓環境范圍內發 揮其作用。并且不銹鋼和鎢銅合金之間的物理、化學和力學性能差異巨大，使用傳統的、單 一的連接技術很難實現它們之間的有效連接。現有連接不銹鋼和鎢銅合金的工藝中所使用 中間層材料為釬料，其使用的連接工藝為釬焊，如201510126420. 9和201210158935. 3所 示。該工藝需要先制備合金釬料，且作為中間層的合金釬料厚度僅為20-50μm，連接時的加 熱溫度高，真空度要求也很高，可見其工序復雜且工藝條件要求度高，中間層的厚度太薄， 影響鎢銅合金和不銹連接的連接牢固度，從而影響到鎢銅合金/不銹鋼整體材料的強度， 同時由于采用合金釬料作為中間層材料會影響到鎢銅合金/不銹鋼整體材料的導電性能。
[0006]另外，現有技術中也未有將純銅為中間層材料連接鎢銅合金與不銹鋼的報道和文 獻。
[0007]因此提供一種工序簡單、連接牢固度和整體強度高、在中高電壓范圍內導電性能 好的以純銅為中間層材料的鎢銅合金/不銹鋼整體材料的制備方法己成為當務之亟。

【發明內容】

[0008] 本發明提供一種鎢銅合金/不銹鋼整體材料的制備方法，其克服了現有鎢銅合金 與不銹鋼連接工藝中由于采用合金釬料作為中間層材料而導致的工序復雜、導電性不佳和 連接后的整體材料牢固度強度差的缺點，具有在中高電壓范圍內導電性好、工序簡單、連接 牢固度和整體強度高的優點。
[0009] 本發明的技術方案如下：
[0010] -種鎢銅合金/不銹鋼整體材料的制備方法，其包括以下步驟：
[0011] 1)車削步驟：將不銹鋼車削成帶有凹槽的不銹鋼圓柱體，該凹槽由不銹鋼圓柱體 的一個端面向內延伸而成，凹槽為與不銹鋼圓柱體同中軸線且長度和直徑均小于不銹鋼圓 柱體的圓柱體凹槽；將鎢銅合金車削成鎢銅合金圓柱體，其直徑等于或略小于不銹鋼圓柱 體的凹槽直徑，鎢銅合金圓柱體的長度大于凹槽的長度，該鎢銅合金圓柱體能與所述凹槽 套接配合；將用作中間層的純銅材料車削成直徑等于或略小于不銹鋼圓柱體的凹槽直徑的 純銅圓片；
[0012] 2)打磨浸泡步驟：打磨掉鎢銅合金圓柱體、純銅圓片以及不銹鋼圓柱體表面的氧 化皮；再將上述所有部件一起置于無水乙醇中浸泡，以去除打磨產生的碎肩并清洗掉表面 的污漬，之后烘干備用；
[0013] 3)裝配步驟：將純銅圓片置于不銹鋼圓柱體的凹槽內，再將鎢銅合金圓柱體也放 置在該不銹鋼圓柱體的凹槽內并壓在該純銅圓片上，并用涂有漿糊的軟質紙張包裹在鎢銅 合金圓柱體和不銹鋼圓柱體的外壁，確保不銹鋼圓柱體的凹槽端口密閉，形成鎢銅合金/ 純銅/不銹鋼裝配材料；
[0014] 4)裝爐步驟：將步驟3)裝配好的鎢銅合金/純銅/不銹鋼裝配材料整體置于燒 結容器中，保持鎢銅合金/純銅/不銹鋼裝配材料的中軸線與燒結容器底面垂直，該鎢銅合 金/純銅/不銹鋼裝配材料周圍用剛玉砂做填料進行填充并搗實，然后將燒結容器放入真 空燒結爐或氣氛燒結爐中；
[0015] 5)燒結步驟：將真空燒結爐或氣氛燒結爐先升溫到900-950°C，保溫30-60min， 再升溫到1150-1200°C，保溫20-40min，而后隨爐冷卻得到燒結好的鎢銅合金/純銅/不 銹鋼連接體；其中若使用氣氛燒結爐則全程用氬氣或氮氣保護，氬氣或氮氣氣體流量為 30-40L/h;若使用真空燒結爐則全程用真空保護，真空度彡102Pa;
[0016] 6)成型步驟：將所述鎢銅合金/純銅/不銹鋼連接體依鎢銅合金圓柱體的直徑大 小車削去掉多余部分，即得到鎢銅合金/不銹鋼整體材料。
[0017] 本發明申請的方法通過在鎢銅合金與不銹鋼的接合界面處加入對鎢銅合金及不 銹鋼均有良好的潤濕性和流動性的純銅作為中間層材料，能夠很好的填補縫隙，并且純銅 化學成分單一，同時其與鎢銅合金中的銅組分一致并未引入多余成分，相較現有的作為中 間層材料合金釬料而言，不僅無需另外的中間層材料自備工序，精簡了工序，而且降低了接 頭處化學成分的復雜性，從而降低了接頭微觀連接的缺陷，保證了接合的牢固度。作為中間 層材料的純銅的熔化可以在不銹鋼與鎢銅合金的兩種金屬材料之間形成牢固的物理和化 學冶金結合，最終將兩種金屬緊密地連接在一起，制備出連接牢固度和整體強度、耐腐蝕性 及耐磨性良好的鎢銅合金/不銹鋼整體材料。該材料由于使用了不銹鋼作為尾部材料，大 大降低了生產成本，同時使用純銅作為中間層材料，保證了鎢銅合金/不銹鋼整體材料的 優良的導電性能。因此，該制備方法使得制備出一種綜合性能良好的鎢銅合金/不銹鋼整 體材料成為可能。
[0018] 本申請的制備方法中步驟2)的打磨工序需要確保徹底打磨掉待連接的鎢銅合金 圓柱體、純銅圓片以及不銹鋼圓柱體連接表面的氧化皮。因為氧化膜的存在，能夠急劇降低 金屬之間的潤濕性，潤濕角變大，使得金屬之間的接合強度下降，嚴重時金屬接合面會完全 分離，從而嚴重影響到進行連接的各部件之間的接合強度。
[0019] 步驟3)中用涂有漿糊的軟質紙張包裹在鎢銅合金圓柱體和不銹鋼圓柱體的外 壁，確保不銹鋼圓柱體的凹槽端口密閉，是為了避免隨后步驟4)中將鎢銅合金/純銅/不 銹鋼裝配材料整體置于燒結容器中用剛玉砂做填料進行填充時，剛玉砂會進入到鎢銅合金 /純銅/不銹鋼裝配材料之間縫隙處，從而影響到后續燒結時各接合面的接合。
[0020] 步驟4)中裝爐時要保證鎢銅合金/純銅/不銹鋼裝配材料以垂直方向（結合面