權(quán)利要求

1.一種銅鉻鈮合金，其特征在于，所述銅鉻鈮合金的組分以及各組分的質(zhì)量百分比為：

Cr3.0~3.5%

Nb2.2~3.0%

Cu 余量。

2.一種銅鉻鈮合金制備方法，其特征在于，所述方法包括：

將鉻塊和鈮塊加熱熔化，以制備Cr2Nb中間合金;

將所述Cr2Nb中間合金與銅棒進(jìn)行熔煉，以獲得Cu4Cr2Nb合金液;

對所述Cu4Cr2Nb合金液進(jìn)行霧化制粉，以獲得Cu4Cr2Nb合金粉;

將所述Cu4Cr2Nb合金粉進(jìn)行冷等靜壓，以獲得Cu4Cr2Nb合金棒料;

將所述Cu4Cr2Nb合金棒料進(jìn)行熱等靜壓，以獲得Cu4Cr2Nb合金錠;

對所述Cu4Cr2Nb合金錠進(jìn)行熱擠壓，以獲得Cu4Cr2Nb合金錠毛坯;

對所述Cu4Cr2Nb合金錠毛坯進(jìn)行機(jī)械加工，以獲得銅鉻鈮合金。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種銅鉻鈮合金制備方法，其特征在于，所述Cr2Nb中間合金的質(zhì)量百分比為2~7%。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種銅鉻鈮合金制備方法，其特征在于，采用梯度式升溫對鉻塊和鈮塊進(jìn)行加熱熔化。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種銅鉻鈮合金制備方法，其特征在于，在1800~1900℃的溫度下對所述Cr2Nb中間合金與銅棒進(jìn)行熔煉。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種銅鉻鈮合金制備方法，其特征在于，對所述Cu4Cr2Nb合金粉進(jìn)行冷等靜壓的壓力設(shè)置為150~300Mpa，保壓時間設(shè)置為7~10min。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種銅鉻鈮合金制備方法，其特征在于，將所述Cu4Cr2Nb合金棒料進(jìn)行熱等靜壓，以獲得Cu4Cr2Nb合金錠，包括：

將所述Cu4Cr2Nb合金棒料包上鋼套，形成包套;

對包套進(jìn)行加熱，加熱完畢后，對包套進(jìn)行除氣;

除氣完畢后，對包套進(jìn)行封焊，并對封焊后的包套進(jìn)行燒結(jié)，保壓冷卻后獲得Cu4Cr2Nb合金錠。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種銅鉻鈮合金制備方法，其特征在于，對包套進(jìn)行加熱的加熱溫度為500~600℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種銅鉻鈮合金制備方法，其特征在于，在800~950℃的溫度下對所述Cu4Cr2Nb合金錠進(jìn)行熱擠壓。

10.一種真空滅弧室，其特征在于，所述真空滅弧室包括觸頭，所述觸頭采用銅鉻鈮合金制備，所述銅鉻鈮合金由權(quán)利要求2至9任一項所述的一種銅鉻鈮合金制備方法制備獲得。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本申請屬于材料科學(xué)與冶金工程領(lǐng)域，具體涉及一種銅鉻鈮合金、制備方法及真空滅弧室。

背景技術(shù)

[0002]隨著全球?qū)夂蜃兓年P(guān)注增加，要求在72.5kV、126kV、252kV電壓等級用真空開關(guān)代替SF6開關(guān)，以減少SF6溫室氣體對氣候變暖的影響。隨著電壓等級的提升，滅弧室尺寸也不斷加大，滅弧室開斷過程開距也加大，開斷過程中的開合力也在加大，再加之開斷過程中電弧能量升高，對觸頭杯材料及導(dǎo)電桿材料的耐高溫軟化性能提出了更高的要求，現(xiàn)有真空滅弧室的導(dǎo)電桿和觸頭杯主要采用無氧銅材和少量的CuCr材料制備，但這兩種材料在真空滅弧室生產(chǎn)過程中，經(jīng)過高溫(820℃~850℃)真空釬焊后，強(qiáng)度均大幅下降(下降幅度超過50%以上)，在較高頻次使用時會出現(xiàn)動導(dǎo)電桿彎曲、墩粗等變形問題，大大降低真空滅弧室的使用壽命，并且會造成嚴(yán)重故障，導(dǎo)致無法迅速、可靠、安全地切斷電源。

發(fā)明內(nèi)容

[0003]本申請的主要目的在于提供一種銅鉻鈮合金、制備方法及真空滅弧室，本申請能夠提高銅鉻鈮合金的機(jī)械性能和導(dǎo)電性。

[0004]一種銅鉻鈮合金，所述銅鉻鈮合金的組分以及各組分的質(zhì)量百分比為：Cr3.0~3.5%，Nb2.2~3.0%，Cu 余量。

[0005]本申請還提供一種銅鉻鈮合金制備方法，所述方法包括：將鉻塊和鈮塊加熱熔化，以制備Cr2Nb中間合金;將所述Cr2Nb中間合金與銅棒進(jìn)行熔煉，以獲得Cu4Cr2Nb合金液;對所述Cu4Cr2Nb合金液進(jìn)行霧化制粉，以獲得Cu4Cr2Nb合金粉;將所述Cu4Cr2Nb合金粉進(jìn)行冷等靜壓，以獲得Cu4Cr2Nb合金棒料;將所述Cu4Cr2Nb合金棒料進(jìn)行熱等靜壓，以獲得Cu4Cr2Nb合金錠;對所述Cu4Cr2Nb合金錠進(jìn)行熱擠壓，以獲得Cu4Cr2Nb合金錠毛坯;對所述Cu4Cr2Nb合金錠毛坯進(jìn)行機(jī)械加工，以獲得銅鉻鈮合金。

[0006]可選的，所述Cr2Nb中間合金的質(zhì)量百分比為2~7%。

[0007]可選的，采用梯度式升溫對鉻塊和鈮塊進(jìn)行加熱熔化。

[0008]可選的，在1800~1900℃的溫度下對所述Cr2Nb中間合金與銅棒進(jìn)行熔煉。

[0009]可選的，對所述Cu4Cr2Nb合金粉進(jìn)行冷等靜壓的壓力設(shè)置為150 ~300Mpa，保壓時間設(shè)置為7~10min。

[0010]可選的，將所述Cu4Cr2Nb合金棒料進(jìn)行熱等靜壓，以獲得Cu4Cr2Nb合金錠，包括：將所述Cu4Cr2Nb合金棒料包上鋼套，形成包套;對包套進(jìn)行加熱，加熱完畢后，對包套進(jìn)行除氣;除氣完畢后，對包套進(jìn)行封焊，并對封焊后的包套進(jìn)行燒結(jié)，保壓冷卻后獲得Cu4Cr2Nb合金錠。

[0011]可選的，對包套進(jìn)行加熱的加熱溫度為500~600℃。

[0012]可選的，在800~950℃的溫度下對所述Cu4Cr2Nb合金錠進(jìn)行熱擠壓。

[0013]此外，本申請還提供一種真空滅弧室，所述真空滅弧室包括觸頭，所述觸頭采用銅鉻鈮合金制備，所述銅鉻鈮合金由如前任一項所述的一種銅鉻鈮合金制備方法制備獲得。

[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請能夠帶來以下有益效果：本申請采用合金粉先冷等靜壓再熱等靜壓得到銅鉻鈮合金棒料，相比直接將銅鉻鈮合金粉包套再熱等靜壓，大大減少了熱等除氣過程棒料的變形程度，提高了加工過程中材料的利用率;另外，將棒料再通過熱擠壓變形處理，得到接近產(chǎn)品尺寸的毛坯形狀，又進(jìn)一步提升了毛坯階段材料的利用率，使得產(chǎn)品的材料利用率進(jìn)一步提升，大大降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。

附圖說明

[0015]圖1是本申請一個實施例提供的一種銅鉻鈮合金制備方法的流程示意圖;

圖2是本申請另一個實施例提供的銅鉻鈮合金的金相圖;

圖3是基于現(xiàn)有方法制備獲得的銅鉻鈮合金的金相圖;

圖4是本申請另一個實施例提供的熱等靜壓毛坯及熱擠壓毛坯示意圖。

具體實施方式

[0016]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

[0017]需要說明，本發(fā)明實施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關(guān)系、運動情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。

[0018]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“連接”、“固定”等應(yīng)做廣義理解，例如，“固定”可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

[0019]另外，若本發(fā)明實施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，則該“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。另外，全文中出現(xiàn)的“和/或”的含義，包括三個并列的方案，以“A和/或B”為例，包括A方案、或B方案、或A和B同時滿足的方案。另外，各個實施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實現(xiàn)時應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。

[0020]一個示例性實施例中，本申請?zhí)峁┮环N銅鉻鈮合金，所述銅鉻鈮合金的組分以及各組分的質(zhì)量百分比為：Cr 3.0~3.5%，Nb 2.2~3.0%，Cu 余量。

[0021]本實施例中，上述組分的比例是本申請通過一系列實驗研究確定的，以下是具體的確定方法：

本申請制備了不同Cr和Nb含量的CuCrNb合金樣品，并對每個樣品進(jìn)行物理和機(jī)械性能測試，如拉伸強(qiáng)度、硬度、導(dǎo)電性、耐高溫性能和耐腐蝕性能，同時使用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡(SEM)觀察銅鉻鈮合金的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，當(dāng)Cr含量在3.0~3.5%時，合金的強(qiáng)度和硬度達(dá)到最佳水平，同時保持良好的延展性和加工性能，且當(dāng)Nb含量在2.2~3.0%時，合金的耐高溫性能和抗蠕變性能最優(yōu)，同時保持良好的導(dǎo)電性和耐腐蝕性能。此外，本申請還對不同成分的CuCrNb合金樣品進(jìn)行不同的熱處理工藝，如退火、淬火和回火，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在3.0~3.5%的Cr和2.2~3.0%的Nb含量范圍內(nèi)，銅鉻鈮合金經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，性能最佳?

[0022]進(jìn)一步的，本申請還使用熱力學(xué)軟件(如FactSage)計算不同成分的CuCrNb合金在熔煉和凝固過程中的熱力學(xué)參數(shù)，如自由能、活度等，以及使用動力學(xué)模型(如Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov模型)預(yù)測合金的凝固速率和晶粒尺寸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在3.0~3.5%的Cr和2.2~3.0%的Nb含量范圍內(nèi)，合金的凝固速率適中，晶粒尺寸均勻，有利于銅鉻鈮提高合金的綜合性能。

[0023]另一個示例性實施例中，本申請還提供一種銅鉻鈮合金制備方法，如圖1所示，所述制備方法包括以下步驟：

S1：制備鉻鈮(Cr2Nb)中間合金;

該步驟中，將鉻塊(Cr)和鈮塊(Nb)裝入坩堝，再將坩堝放置于真空熔煉爐中，啟動真空泵將爐內(nèi)抽真空至1*10-2Pa，以確保熔煉過程中避免雜質(zhì)和氧化物的生產(chǎn)。然后開啟電磁感應(yīng)器，通過電磁場作用在金屬原料上(Cr和Nb)產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的熱量使得金屬原料逐漸升溫直至熔化，在此過程中，電磁感應(yīng)器采用梯度升溫的方式，首先，將電磁感應(yīng)器的功率調(diào)整至25kW，并在此功率下保溫3min，以初步加熱Cr塊和Nb塊，接著，將功率調(diào)整至50kW，并在此功率下保溫3min，以進(jìn)一步提高溫度使得金屬原料開始熔化，最后，將功率調(diào)整至70kW，并在此功率下保持1min，以確保Cr塊和Nb塊完全熔化。待Cr塊和Nb塊完全熔化后，將電磁感應(yīng)器的功率調(diào)整至10kV，關(guān)閉加熱源，并將熔融金屬倒入模具中進(jìn)行澆鑄，在澆鑄過程中充入氬氣，冷卻后即可獲得鉻鈮(Cr2Nb)中間合金。

[0024]需要說明的是，在制備鉻鈮(Cr2Nb)中間合金的過程中，之所以對鉻塊(Cr)和鈮塊(Nb)采用梯度式升溫的方式，原因在于：一是梯度升溫可以減少鉻塊(Cr)和鈮塊(Nb)內(nèi)部由于溫差引起的熱應(yīng)力，避免因溫度驟變導(dǎo)致的裂紋或其他損傷，從而提高中間合金的質(zhì)量;而如果直接快速升溫，由于鉻塊(Cr)和鈮塊(Nb)的內(nèi)外部溫差大，容易引起熱應(yīng)力集中，會導(dǎo)致鉻塊(Cr)和鈮塊(Nb)內(nèi)部或表面產(chǎn)生裂紋，這種裂紋不僅會影響中間合金的完整性，還會降低中間合金的機(jī)械性能。二是通過逐步增加溫度，可以更好地使鉻(Cr)和鈮(Nb)兩種元素充分熔合，避免局部過熱導(dǎo)致成分偏析，確保中間合金的成分均勻;而如果直接快速升溫，會導(dǎo)致局部過熱，使得某些區(qū)域的金屬提前熔化，而其他區(qū)域尚未達(dá)到熔點，從而導(dǎo)致中間合金的成分分布不均。三是梯度升溫可以在較低溫度下先行排除材料表面的吸附氣體和雜質(zhì)，減少熔煉過程中材料與空氣接觸的機(jī)會，降低氧化和污染的風(fēng)險;而如果直接快速升溫，則會使得鉻塊(Cr)和鈮塊(Nb)表面的吸附氣體和雜質(zhì)來不及逸出就被高溫熔化，這些雜質(zhì)混入熔體中會影響合金的純度

綜上，采用梯度升溫的方式不僅能夠提高鉻鈮(Cr2Nb)中間制備過程中的穩(wěn)定性和可控性，還能顯著改善合金的質(zhì)量和性能。因此，在制備鉻鈮(Cr2Nb)中間合金時，相比直接快速升溫，采用梯度升溫是一種更為科學(xué)和合理的選擇。

[0025]S2：將質(zhì)量百分比為2%的鉻鈮(Cr2Nb)中間合金與銅棒(余量)加入真空感應(yīng)氣霧化設(shè)備的坩堝中，并按照步驟S1的方法進(jìn)行熔煉使得鉻鈮(Cr2Nb)中間合金與銅棒產(chǎn)生物理融合，獲得Cu4Cr2Nb合金液，將Cu4Cr2Nb合金液倒入真空感應(yīng)氣霧化設(shè)備的中間包中進(jìn)行霧化制粉，以獲得Cu4Cr2Nb合金粉;

該步驟中，在制備Cu4Cr2Nb合金液的過程中，采用電磁感應(yīng)器將坩堝加熱至1800℃，同時通入惰性氣體(例如氬氣)，以防止金屬液與空氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)。此外，利用惰性氣體的吹散作用，將中間包下方的金屬液流分散成細(xì)小的液滴，液滴在冷卻過程中凝固，最終形成Cu4Cr2Nb合金粉。

[0026]在Cu4Cr2Nb合金液的制備過程中，由于Cu4Cr2Nb合金的熔點較高，約為1000℃左右，但為了確保合金液具有良好的流動性，通常需要將其加熱至遠(yuǎn)高于熔點的溫度，經(jīng)檢驗，1800℃是一個確保合金液具有良好流動性的溫度，如果加熱溫度低于1800℃，合金液的流動性可能不足，導(dǎo)致霧化過程中液滴不易分散，形成較大的顆粒，從而影響Cu4Cr2Nb合金粉的粒度分布和均勻性。另外，如果溫度低于1800℃，合金液的冷卻速度會減慢，導(dǎo)致形成的顆粒較大，粒度分布不均勻，從而會影響Cu4Cr2Nb合金粉的性能。

[0027]綜上，1800℃可作為該步驟中對中間包進(jìn)行加熱的最小有效加熱溫度。

[0028]S3：將所述Cu4Cr2Nb合金粉通過冷等靜壓壓制成Cu4Cr2Nb合金棒料;

該步驟中，需要先將所述Cu4Cr2Nb合金粉裝入膠套內(nèi)墩粉，具體的，所述墩粉方法為：將裝完粉的膠套機(jī)械振動30s，以確保所述Cu4Cr2Nb合金粉在膠套內(nèi)均勻分布，以減少空隙，為后續(xù)壓實操作奠定基礎(chǔ)，以提高粉末的填充密度;對裝有粉末的膠套墩粉8次，以壓實粉末從而增加粉末的緊密度，以為后續(xù)冷等靜壓操作創(chuàng)造良好的條件;然后蓋上膠套塞，搟料3min，以進(jìn)一步壓實粉末，然后使用鋼卡縮緊膠套口，確保膠套密封，以防止粉末泄漏，同時也能保證冷等靜壓過程中壓力的均勻分布;將膠套頭朝下，再反向墩粉2次，以進(jìn)一步提高粉末的密實度，特別是膠套底部區(qū)域的粉末，確保整個粉末體的均勻性和密實度。通過上述步驟，不僅可以顯著提高粉末的密實度和均勻性，而且能夠有效減少材料內(nèi)部的缺陷，提高最終制品的質(zhì)量和性能。待墩粉完成后，將墩好粉的膠套放入冷等靜壓機(jī)進(jìn)行壓坯，冷等靜壓機(jī)的壓力設(shè)置為150Mpa，保壓時間為7min，保壓完成后即可獲得Cu4Cr2Nb合金棒料。

[0029]需要說明的是，經(jīng)實驗，在將墩好粉的膠套放入冷等靜壓機(jī)進(jìn)行壓坯的過程中，150Mpa可作為最小有效壓力，在該壓力下，可以有效地提高粉末的密度，減少內(nèi)部空隙，使粉末顆粒之間緊密結(jié)合，形成致密的棒料。但如果壓力小于150Mpa，則會導(dǎo)致壓力不足，從而會導(dǎo)致粉末之間的結(jié)合不夠緊密，形成較多的空隙，進(jìn)而降低棒料的密度，而低密度的棒料在后續(xù)加工和使用過程中容易出現(xiàn)裂紋、斷裂等問題，影響最終產(chǎn)品的機(jī)械性能。另外，7min的保壓時間也是一個適當(dāng)?shù)臅r間設(shè)置，如果保壓時間小于7min，則壓力難以在粉末中充分傳遞，會導(dǎo)致粉末顆粒之間結(jié)合不緊密而形成較多的空隙，從而降低棒料的密度。

[0030]S4：將所述Cu4Cr2Nb合金棒料通過熱等靜壓制備成Cu4Cr2Nb合金錠;

該步驟中，首先將所述Cu4Cr2Nb合金棒料包上鋼套，形成包套(包套處理可以保護(hù)合金棒料免受外界污染，同時在后續(xù)的高溫處理過程中，防止合金與空氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，保證合金的純凈度)，并置于熱處理爐中加熱至500℃(將包套加熱至500℃，可以對所述Cu4Cr2Nb合金棒料進(jìn)行預(yù)熱，使其達(dá)到適合高溫除氣的溫度，有助于后續(xù)除氣過程的有效進(jìn)行)，隨后，將加熱后的包套從熱處理爐中取出，并放入脫氣設(shè)備中，使用真空抽氣系統(tǒng)對包套進(jìn)行高溫抽氣(通過高溫除氣，可以有效去除合金材料中的殘余氣體，減少材料內(nèi)部的氣孔和微裂紋，提高材料的致密度和力學(xué)性能)，除氣時間持續(xù)8h，待包套內(nèi)真空度達(dá)1×10-3Pa后，停止除氣，并用氬弧焊對抽氣口進(jìn)行封焊，隨后將封焊后的包套放入溫度為920℃的熱等靜壓爐腔內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)完畢后保壓3h，冷卻后即可獲得Cu4Cr2Nb合金錠。

需要說明的是，燒結(jié)溫度設(shè)置為920℃，可以確保Cu4Cr2Nb合金錠中的低熔點組分，如銅，形成液相，液相的存在可以促進(jìn)顆粒之間的擴(kuò)散和重排，從而提高Cu4Cr2Nb合金錠的燒結(jié)密度，增強(qiáng)其機(jī)械性能。如果溫度大于920℃，Cu4Cr2Nb合金中的某些元素(如鈮和鉻)在高溫下會發(fā)生揮發(fā)或化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致成分變化，而成分變化會影響合金的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能，從而導(dǎo)致Cu4Cr2Nb合金錠的強(qiáng)度、硬度和韌性下降。另外，如果溫度過高，原子擴(kuò)散速率會加快，晶粒生長速度增加，從而導(dǎo)致晶粒變得粗大，而粗大的晶粒會降低Cu4Cr2Nb合金錠的強(qiáng)度和韌性，并且增加其內(nèi)部應(yīng)力，最終影響Cu4Cr2Nb合金錠的機(jī)械性能。相反的，如果溫度過低(小于920℃)，則導(dǎo)致原子擴(kuò)散速率變慢，晶粒生長速度放緩，從而會導(dǎo)致晶粒分布不均勻，而不均勻的晶粒結(jié)構(gòu)會降低Cu4Cr2Nb合金錠的強(qiáng)度和韌性，增加其內(nèi)部應(yīng)力，從而影響Cu4Cr2Nb合金錠的機(jī)械性能。

[0031]S5：對所述Cu4Cr2Nb合金錠進(jìn)行熱擠壓，以獲得接近產(chǎn)品尺寸的Cu4Cr2Nb合金錠毛坯。

[0032]該步驟中，需要將所述Cu4Cr2Nb合金錠從鋼套中取出并去除包套，將去除包套后的所述Cu4Cr2Nb合金錠鋸切至接近成品的高度(將所述Cu4Cr2Nb合金錠鋸切至接近成品的高度，可以減少后續(xù)加工的余量，提高材料利用率，降低生產(chǎn)成本)，然后將鋸切好的Cu4Cr2Nb合金錠裝入置于熱擠壓爐內(nèi)的模具中，并通過電阻爐將熱擠壓爐加熱至800℃，啟動熱擠壓機(jī)對所述Cu4Cr2Nb合金錠進(jìn)行熱擠壓使得所述Cu4Cr2Nb合金錠發(fā)生塑性變形，并通過模具內(nèi)腔擠出，從而形成Cu4Cr2Nb合金錠毛坯。需要說明的是，在熱擠壓過程中，模具內(nèi)腔的設(shè)計尺寸應(yīng)接近成品外形尺寸，但比成品外形尺寸大1mm(可以在熱擠壓過程中留出適當(dāng)?shù)挠嗔?，以確保最終產(chǎn)品的尺寸精度。

[0033]S6：使用砂輪或磨床對所述Cu4Cr2Nb合金錠毛坯表面進(jìn)行打磨，去除表面的氧化皮、毛刺和不平整的部分，然后使用車床、銑床、鉆床等設(shè)備對所述Cu4Cr2Nb合金錠毛坯進(jìn)行外圓、平面、孔等部位的機(jī)械加工，確保尺寸和形狀符合設(shè)計要求;

S7：對機(jī)械加工后的所述Cu4Cr2Nb合金錠毛坯進(jìn)行退火或淬火處理，最后進(jìn)行精加工，例如先使用磨床對所述Cu4Cr2Nb合金錠毛坯的關(guān)鍵部位進(jìn)行精磨，然后使用拋光機(jī)對精磨后的所述Cu4Cr2Nb合金錠毛坯進(jìn)行拋光，即可獲得最終的銅鉻鈮合金。

[0034]另一個示例性實施例中，本申請還提供一種高電壓等級滅弧室用CuCrNb材料的制備方法，如圖1所示，所述制備方法包括以下步驟：

S10：制備鉻鈮(Cr2Nb)中間合金;

與上一實施例不同的是，該步驟中的鉻塊(Cr)和鈮塊(Nb)的質(zhì)量百分比分別為。

[0035]S20：將質(zhì)量百分比為7%的鉻鈮(Cr2Nb)中間合金與銅棒(余量)加入真空感應(yīng)氣霧化設(shè)備的坩堝中，并按照前述方法進(jìn)行熔煉，獲得Cu4Cr2Nb合金液，將Cu4Cr2Nb合金液倒入真空感應(yīng)氣霧化設(shè)備的中間包中進(jìn)行霧化制粉，以獲得Cu4Cr2Nb合金粉;

與上一實施例不同的是，該步驟中，在制備Cu4Cr2Nb合金液的過程中，采用電磁感應(yīng)器將坩堝加熱至1900℃。

[0036]需要說明的是，相比前一實施例所述的將坩堝加熱至1800℃，將坩堝加熱至1900℃，能夠使得合金液的流動性進(jìn)一步增加，從而更有利于合金液在霧化過程中液滴的均勻分散和細(xì)化。但是，經(jīng)檢驗，如果加熱溫度大于1900℃，則合金液與空氣接觸時的氧化反應(yīng)會加劇，會導(dǎo)致更多的氧化物生成，反而會影響Cu4Cr2Nb合金粉的純凈度和性能。另外，如果加熱溫度大于1900℃，合金液的冷卻速度會非常快，會導(dǎo)致液滴在霧化過程中迅速凝固，形成不規(guī)則的顆粒，從而影響Cu4Cr2Nb合金粉的粒度分布和均勻性。

[0037]綜上，1900℃可作為該步驟中對中間包進(jìn)行加熱的最大有效加熱溫度。

[0038]S30：將所述Cu4Cr2Nb合金粉通過冷等靜壓壓制成Cu4Cr2Nb合金棒料;

該步驟中，需要先將所述Cu4Cr2Nb合金粉裝入膠套內(nèi)墩粉，具體的，所述墩粉方法為：將裝完粉的膠套機(jī)械振動50s，以確保所述Cu4Cr2Nb合金粉在膠套內(nèi)均勻分布，以減少空隙，為后續(xù)壓實操作奠定基礎(chǔ)，以提高粉末的填充密度;對裝有粉末的膠套墩粉10次，以壓實粉末從而增加粉末的緊密度，以為后續(xù)冷等靜壓操作創(chuàng)造良好的條件;然后蓋上膠套塞，搟料8min，以進(jìn)一步壓實粉末，然后使用鋼卡縮緊膠套口，確保膠套密封，以防止粉末泄漏，同時也能保證冷等靜壓過程中壓力的均勻分布;將膠套頭朝下，再反向墩粉3次，以進(jìn)一步提高粉末的密實度，特別是膠套底部區(qū)域的粉末，確保整個粉末體的均勻性和密實度。將墩好粉的膠套放入冷等靜壓機(jī)進(jìn)行壓坯，冷等靜壓機(jī)的壓力設(shè)置為300Mpa，保壓時間為10min，保壓完成后即可獲得Cu4Cr2Nb合金棒料。

[0039]需要說明的是，經(jīng)實驗，在將墩好粉的膠套放入冷等靜壓機(jī)進(jìn)行壓坯的過程中，300Mpa可作為最大有效壓力，在該壓力下，可以進(jìn)一步提高粉末的密度，使得顆粒更加緊密地堆積，從而提高整體密度。另外，相比前一實施例中施加的150Mpa的壓力，300Mpa的壓力可以更有效地傳遞到粉末的每一個角落，使粉末顆粒在模腔內(nèi)更加均勻地分布，從而可以改善棒料的后續(xù)加工性能。但如果壓力大于300Mpa，則會導(dǎo)致粉末內(nèi)部產(chǎn)生過多的內(nèi)部應(yīng)力，從而使得棒料變脆，降低其韌性和延展性。另外，相比前述實施例所設(shè)定的保壓時間(7min)，10min的保壓時間可以確保壓力在粉末中更充分地傳遞，使粉末顆粒之間更加緊密地結(jié)合，進(jìn)一步減少內(nèi)部空隙，從而能夠進(jìn)一步提高棒料的強(qiáng)度和硬度。另外，10min的保壓時間有助于進(jìn)一步減少粉末顆粒之間的微小空隙和裂紋，從而提高棒料的均勻性和完整性。但是，如果保壓過長(大于10min)，反而會導(dǎo)致Cu4Cr2Nb合金粉內(nèi)部應(yīng)力的積累，從而會增加棒料內(nèi)部的微觀缺陷，進(jìn)而影響棒料的機(jī)械性能。

[0040]S40：將所述Cu4Cr2Nb合金棒料通過熱等靜壓制備成Cu4Cr2Nb合金錠;

該步驟中，首先需要將所述Cu4Cr2Nb合金棒料包上鋼套，形成包套，并放置于熱處理爐中加熱至600℃(該溫度下，可以更充分的對棒料進(jìn)行預(yù)熱，有助于更快地使得棒料達(dá)到均勻的溫度分布，從而進(jìn)一步減少后續(xù)高溫處理過程中的熱應(yīng)力，避免出現(xiàn)裂紋和變形)，隨后，將加熱后的包套從熱處理爐中取出，并放入脫氣設(shè)備中，使用真空抽氣系統(tǒng)對包套進(jìn)行高溫除氣，除氣時間持續(xù)20h，待包套內(nèi)真空度達(dá)1×10-5Pa后，停止除氣，并用氬弧焊對抽氣口進(jìn)行封焊，以確保包套密封，隨后將封焊后的包套放入溫度為920℃的熱等靜壓爐腔內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)完畢后保壓3h，即可獲得Cu4Cr2Nb合金錠。

S50：對所述Cu4Cr2Nb合金錠進(jìn)行熱擠壓，以獲得接近產(chǎn)品尺寸的Cu4Cr2Nb合金錠毛坯。

[0041]該步驟中，需要將所述Cu4Cr2Nb合金錠從鋼套中取出并去除包套，將去除包套后的所述Cu4Cr2Nb合金錠鋸切至接近成品的高度(將所述Cu4Cr2Nb合金錠鋸切至接近成品的高度，可以減少后續(xù)加工的余量，提高材料利用率，降低生產(chǎn)成本)，然后將鋸切好的Cu4Cr2Nb合金錠裝入置于熱擠壓爐內(nèi)的模具中，并通過電阻爐將熱擠壓爐加熱至950℃，啟動熱擠壓機(jī)對所述Cu4Cr2Nb合金錠進(jìn)行熱擠壓使得所述Cu4Cr2Nb合金錠發(fā)生塑性變形，并通過模具內(nèi)腔擠出，從而形成Cu4Cr2Nb合金錠毛坯。需要說明的是，在熱擠壓過程中，模具內(nèi)腔的設(shè)計尺寸應(yīng)接近成品外形尺寸，但比成品外形尺寸大1.5mm(可以在熱擠壓過程中留出適當(dāng)?shù)挠嗔?，以確保最終產(chǎn)品的尺寸精度。

[0042]相比前述實施例中，將模具內(nèi)腔的設(shè)計尺寸從比成品外形尺寸大1mm調(diào)整為1.5mm，一是可以更好的補(bǔ)償材料的收縮，確保最終產(chǎn)品的尺寸更接近設(shè)計要求;二是1.5mm的余量可以提供更多的緩沖，確保即使在材料流動不均勻或模具輕微磨損的情況下，最終產(chǎn)品的尺寸依然能夠滿足設(shè)計要求。

[0043]S60：使用砂輪或磨床對所述Cu4Cr2Nb合金錠毛坯表面進(jìn)行打磨，去除表面的氧化皮、毛刺和不平整的部分，然后使用車床、銑床、鉆床等設(shè)備對所述Cu4Cr2Nb合金錠毛坯進(jìn)行外圓、平面、孔等部位的機(jī)械加工，確保尺寸和形狀符合設(shè)計要求;

S70：對機(jī)械加工后的所述Cu4Cr2Nb合金錠毛坯進(jìn)行退火或淬火處理，最后進(jìn)行精加工，例如先使用磨床對所述Cu4Cr2Nb合金錠毛坯的關(guān)鍵部位進(jìn)行精磨，然后使用拋光機(jī)對精磨后的所述Cu4Cr2Nb合金錠毛坯進(jìn)行拋光，即可獲得最終的銅鉻鈮合金。

[0044]在上述實施例中，本申請在對所述述Cu4Cr2Nb合金錠進(jìn)行熱擠壓的過程中，將熱擠壓爐的加熱溫度設(shè)定在800至950℃之間，是因為：在該溫度范圍內(nèi)，所述Cu4Cr2Nb合金錠中的銅基體會部分熔化，形成液相，有助于顆粒之間的擴(kuò)散和重排，提高材料的塑性，良好的塑性變形能力可以確保合金在熱擠壓過程中順利通過模具，形成所需的形狀和尺寸。如果溫度大于950℃，Cu4Cr2Nb合金錠中的某些元素(如鈮和鉻)在高溫下則會發(fā)生揮發(fā)或化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致成分變化，從而可能導(dǎo)致Cu4Cr2Nb合金錠毛坯的強(qiáng)度、硬度和韌性下降。相反地，如果溫度小于800℃，合金中的顆粒之間的擴(kuò)散和結(jié)合速度會變慢，從而導(dǎo)致合金內(nèi)部空隙較多，致密度不足，而致密度不足則會降低合金的機(jī)械性能，如強(qiáng)度、硬度和韌性。

[0045]綜上，在熱擠壓過程中，800~950℃是一個合理有效的熱擠壓溫度，有助于制備出高質(zhì)量的Cu4Cr2Nb合金錠毛坯，確保其在高電壓等級滅弧室等高性能應(yīng)用中的可靠性和安全性。

[0046]在上述實施例中，在制備Cu4Cr2Nb合金液的過程中，鉻鈮(Cr2Nb)中間合金的質(zhì)量百分比設(shè)定在2~7%之間，這一范圍的選擇是經(jīng)過優(yōu)化的，旨在確保最終合金具有最佳的物理和機(jī)械性能。如果鉻鈮(Cr2Nb)中間合金的比例過高(大于7%)，會導(dǎo)致制備過程中晶粒過度生長，形成粗大的晶粒，粗大的晶粒會降低合金的強(qiáng)度和韌性，增加合金內(nèi)部應(yīng)力，經(jīng)檢驗，會使得最終制備的合金變脆，且延展性和加工性能均有下降。相反，如果鉻鈮(Cr2Nb)中間合金的比例過低(小于2%)，會導(dǎo)致合金的強(qiáng)度和硬度不足，從而影響合金的加工性能。

[0047]綜上，鉻鈮(Cr2Nb)中間合金的質(zhì)量百分比設(shè)定在2~7%，是一個合理且有效的范圍，有助于制備出具有最佳硬度、強(qiáng)度和導(dǎo)電性能的Cu4Cr2Nb合金，確保其在高電壓等級滅弧室等高性能應(yīng)用中的可靠性和安全性。

[0048]下面，本申請對基于本申請所述方法制備獲得的CuCrNb合金的各性能進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果如表1所示：

表1 

[0049]此外，本申請還對基于現(xiàn)有方法制備獲得的CuCrNb合金的各性能進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果如表2所示：

表2 

[0050]通過表1和表2可知，基于本申請所述方法制備獲得的合金的氧含量和含氮量均更低，表明合金的純凈度更高;此外，基于本申請所述方法制備獲得的合金的電導(dǎo)率更高，表明合金的導(dǎo)電性能更好。

[0051]綜上，通過對比表1和表2的數(shù)據(jù)，可以看出基于本申請方法制備的CuCrNb材料在氣體含量(氧含量和氮含量)方面表現(xiàn)出更高的純凈度，同時在電導(dǎo)率方面也略優(yōu)于現(xiàn)有方法制備的材料。這些改進(jìn)有助于提高材料的整體性能，特別是在純凈度和導(dǎo)電性能方面的提升，使其更適合用于高電壓等級滅弧室等高性能應(yīng)用。

[0052]圖2是基于本申請所述方法制備獲得的CuCrNb合金的金相圖，圖2中，可以看到Cr2Nb2相在基體中呈彌散分布，意味著Cr2Nb2相在整個基體中均勻分布，沒有明顯的聚集或團(tuán)聚現(xiàn)象，從而可以有效提高合金的強(qiáng)度和硬度，同時保持良好的塑性和韌性。另外，圖2中，Cr2Nb2相的尺寸在3~4μm范圍內(nèi)，表明Cr2Nb2相的尺寸相對均勻，沒有明顯的大小差異。此外，由圖2可以看到，通過擠壓變形處理后，合金中的顆粒邊界變得較為平滑，部分顆粒邊界已經(jīng)消失，這表明通過熱擠壓變形，能夠有效地消除合金中部分顆粒邊界，從而提高了合金的致密度和力學(xué)性能，減少潛在的應(yīng)力集中點。

[0053]圖3是基于現(xiàn)有方法制備獲得的CuCrNb合金的金相圖，圖3中，Cr2Nb2相在基體中也有分布，但明顯存在一定程度的聚集和團(tuán)聚現(xiàn)象。另外，由圖3可以看到，基于現(xiàn)有方法制備的合金中的顆粒邊界較為明顯，沒有明顯的消除現(xiàn)象，表明現(xiàn)有方法在消除顆粒邊界方面效果有限，而顆粒邊界的存在往往會導(dǎo)致應(yīng)力集中，降低合金的疲勞強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)展能力。進(jìn)一步的，基體結(jié)構(gòu)中還可以看到一些微小的孔洞和缺陷，這會降低合金的致密度，影響合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性能。

[0054]綜上，通過對比圖2和圖3可以看出，基于本申請所述方法制備的CuCrNb合金在相的分布、顆粒邊界消除和基體結(jié)構(gòu)的均勻性方面表現(xiàn)更好。這些改進(jìn)有助于提高CuCrNb合金的綜合性能，特別是在強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等方面的提升，使其更適合用于高電壓等級滅弧室等高性能應(yīng)用。

[0055]圖4是熱等靜壓毛坯及熱擠壓毛坯示意圖，如圖4所示，本申請通過采用熱擠壓，使得毛坯的尺寸接近最終成品的尺寸(如圖4中陰影部分)，與傳統(tǒng)的使用整個熱等靜壓圓柱錠來加工毛坯的方法相比，采用熱擠壓的方法顯著減少了后續(xù)加工所需的材料切除量，大大提高了原材料利用率。具體來說，熱擠壓后的毛坯在形狀和尺寸上已經(jīng)非常接近最終產(chǎn)品，減少了不必要的加工余量，從而降低了生產(chǎn)成本，提高了材料的使用效率。

[0056]在上述實施例的基礎(chǔ)上，本申請還提供一種真空滅弧室，所述真空滅弧室包括觸頭，所述觸頭采用銅鉻鈮合金制備，所述銅鉻鈮合金由上述任意實施例所述的制備方法制備獲得。

[0057]在高電壓等級的真空滅弧室中，觸頭需要承受高溫和高電流的沖擊。基于本申請所述方法制備獲得的CuCrNb合金的耐高溫性能可以確保觸頭在頻繁的開斷過程中不會發(fā)生變形、磨損和斷裂，并且能夠減少觸頭在大電流通過時的發(fā)熱、降低能耗，從而延長觸頭的使用壽命。

[0058]以上僅為本申請的優(yōu)選實施例，并非因此限制本申請的專利范圍，凡是利用本申請說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本申請的專利保護(hù)范圍內(nèi)。

說明書附圖(4)