高压开关用钨铜触头材料研究

钨铜合金电触头材料的最新研究进展宫鑫;任帅;李黎【摘要】钨铜合金因其导电导热性好、密度大、强度硬度高、耐电弧烧蚀性能优异,被广泛用作高压电器的触头材料.鉴于电力工业的不断发展对触头材料性能提出的更高要求,综述了提高钨铜电触头性能多种途径的最新研究进展;介绍了电弧对钨铜触头的烧蚀过程与机理;总结了现阶段混合式和包覆式钨铜复合粉末的制备方法.概述钨铜合金触头传统和新型制备工艺的研究进展,提出功能梯度材料和细晶/纳米材料是钨铜合金的发展趋势.介绍添加稀土元素、硬质颗粒、活化剂元素对钨铜触头进行掺杂改性的方法,并列举影响钨铜合金性能的其他因素;最后分析钨铜合金电触头材料的研究热点和存在问题.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2019(032)005【总页数】12页(P87-98)【关键词】钨铜电触头;电弧烧蚀;制备工艺;掺杂改性;综述【作者】宫鑫;任帅;李黎【作者单位】强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学),湖北武汉430074;强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学),湖北武汉 430074;强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学),湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TM241钨铜合金出现之后即用于高压开关电器的电触头材料，如今在真空、压缩空气、SF6、N2等不同气氛的交直流开关和断路器中，钨铜触头材料占有很大份额[1-2]。

钨铜合金在其他学科领域的应用也十分广泛，被用作电阻焊和电加工电极、电子封装和靶材、破甲弹的药性罩、飞机喉衬和燃气舵、飞行器喷嘴等[3]。

在电接触领域，触头材料的性能基本上决定了高压开关的发展趋势。

对材料性能的基本要求有：导电导热性好、耐压值高、分断电流能力强、截流值低[4]、耐电弧烧蚀、抗材料转移能力强、抗熔焊性能优良[5]，以及接触电阻低而稳定、温升低、耐环境性[6]等。

钨铜合金是由钨与铜组成的既不互溶又不形成金属间化合物的假合金(pseudo-alloy)[7]，正是这种组合使得钨铜合金同时具有钨和铜的多种优良性能[8]。

题目：耐磨抗烧蚀钨铜触头材料的研究耐磨抗烧蚀钨铜触头材料的研究摘要WCu复合材料具有优异的导热、导电性能，良好的耐烧蚀性，高的高温强度，较高的硬度，低的热膨胀系数等特点。

可以通过对其组成比例的改变而控制调整它各个相应的机械和物理性能指标。

被广泛的应用于各种高压断路器的接触触头中。

通过对不同组份W、Cu、AL金属粉机械研磨、冷压成型、热压烧结和高温烧结等不同的工艺参数设定，测试了不同W含量WCuAL复合材料的导电性、抗烧蚀性、密度等物理性能。

实验结果表明：50%WCu复合材料，热压烧结温度为800℃时，材料的综合性能最佳；工艺条件在热压时间为1h，热压压力为150MPa，高温烧结4h下材料的电阻为0.097mΩ，密度为9.7048g/cm3，硬度为23.5HRC，材料的综合性能最佳；60%W的WCu复合材料的综合性能优于50%W和70%W。

关键词：WCu复合材料；触头材料；粉末冶金；抗烧蚀性Research on wearable and unti-ablative of tungsten coppercontact materialAbstractWCu composite material has excellent thermal conductivity, electrical conductivity, good ablation resistance, high temperature strength, high hardness, low coefficient of thermal expansion such characteristics. And through its composition changing and controlling, it can adjust its various mechanical and physical properties and was widely used in various kind of high voltage circuit breaker contact. Through the different components W, Cu, Al mechanical polishing of metal powder, cold molding, hot-press sintering and high-temperature sintering process different parameter settings to test the type of W content of the conductive composite material WCuAl's anti ablative , density and other physical properties. The experimental results show that the best overall performance of the material need 50% WCu composite materials and hot pressing at 800 ℃. the process conditions in the hot pressing time was 1H, the pressure is 150MPa,resistance of materials to hightemperature sintering 4h,0.097mΩ, density is 9.7048g/cm3, the hardness is 23.5HRC, Under these conditions the comprehensive performance of the material is the best ; WCu composites 60%W is superior to 50%W and 70%W.Key Words: WCu composite materials; contact materials; powder metallurgy;unti-ablative目录1 绪论 (1)1.1触头材料的发展及现状 (1)1.1.1铜基触头材料 (1)1.1.2银基触头材料 (2)1.1.3钨基触头材料 (3)1.2WCu合金及纳米WCU合金的研究现状 (4)1.3触头材料的制备工艺 (6)1.3.1高温液相法 (6)1.3.2溶渗法 (7)1.3.3活化液相烧结法 (7)1.3.4金属粉末注射成型技术 (7)1.3.5机械-热化学法 (8)1.3.6机械合金化法 (8)1.4研究意义及实验设想 (9)2 实验过程 (10)2.1实验方案 (10)2.2实验原料 (10)2.3金属粉材料预处理工艺 (11)2.4块体材料的制备工艺 (11)2.5性能测试 (12)2.5.1密度 (12)2.5.1硬度 (13)2.5.3导电性..................................................................... 错误!未定义书签。

本文摘自再生资源回收-变宝网（）钨铜的特点及用途钨铜就是钨和铜组成的合金，常用合金的含铜量为10%～50%。

合金用粉末冶金方法制取，具有很好的导电导热性，较好的高温强度和一定的塑性。

在很高的温度下，如3000℃以上，合金中的铜被液化蒸发，大量吸收热量，降低材料表面温度。

所以这类材料也称为金属发汗材料。

钨铜合金有较广泛的用途，主要是用来制造抗电弧烧蚀的高压电器开关的触头和火箭喷管喉衬、尾舵等高温构件，也用作电加工的电极、高温模具以及其他要求导电导热性能和高温使用的场合。

钨铜选用精细钨、铜粉末，经一流浸透烧结工艺精制而成，可承受近2000度高温和高应力，具有高熔点、高硬度、抗烧损和良好抗粘附性，电蚀产品表面光洁度高，精度极高，损耗低。

钨铜广泛用作高压，超液压开关和断路器的触头，保护环，用于电热墩粗砧块材料，自动埋弧焊导电咀，等离子切割机喷嘴，电焊机，对焊机的焊头，滚焊轮，封气卯电极和点火花电极,点焊，碰焊材料等。

钨铜物理性能钨铜合金综合了金属钨和铜的优点，其中钨熔点高(钨熔点为3410℃，铜的熔点1080℃)，密度大(钨密度为19.34g/cm，铜的密度为8.89/cm3)；铜导电导热性能优越，钨铜合金(成分一般范围为WCu7~WCu50)微观组织均匀、耐高温、强度高、耐电弧烧蚀、密度大；导电、导热性能适中，广泛应用于军用耐高温材料、高压开关用电工合金、电加工电极、微电子材料，做为零部件和元器件广泛应用于航天、航空、电子、电力、冶金、机械、体育器材等行业。

钨铜特点1、电子封装材料：既有钨的低膨胀特性，又具有铜的高导热特性，其热膨胀系数和导电导热性可以通过调整材料的成分而加以改变。

2、高压放电管电极：高压真空放电管在工作时，触头材料会在零点几秒的的时间内温度升高几千摄氏度。

而钨铜高的抗烧蚀性能、高韧性，良好的导电、导热性能给放电管稳定的工作提供必要的条件。

3、电火花电极：针对钨钢、耐高温超硬合金制作的模具需电蚀时，普通电极损耗大，速度慢。

铜钨硬质合金是指含有钨量大于50的合金材料，常用于制造真空触头。

真空触头是指用于断开或接通电器设备中的电路，以及在电接触器和耐高压设备中传输信号的部件。

在国外，针对铜钨硬质合金真空触头材料的制造和使用，已经建立了一系列的标准，以确保产品质量和安全性。

一、国外铜钨硬质合金真空触头材料标准的制定背景铜钨硬质合金真空触头材料作为一种机械性能优越、耐磨损、耐腐蚀的特殊合金材料，广泛应用于航空航天、电力电气、石油化工等领域。

为了规范其制造和使用，国外在长期实践的基础上，陆续制定了一系列的标准，旨在保证铜钨硬质合金真空触头材料的品质和性能。

二、国外铜钨硬质合金真空触头材料标准的主要内容1. 材料成分和制造工艺标准国外标准中对铜钨硬质合金真空触头材料中钨的含量、铜的含量、其它合金元素（如镍、铁等）的含量以及制造工艺（如粉末冶金、熔炼等）等方面都有详细的规定。

这些规定有利于保证材料的成分和制造工艺的稳定性，从而确保产品的可靠性和稳定性。

2. 物理性能和化学性能标准国外标准还对铜钨硬质合金真空触头材料的密度、硬度、强度、延伸率、导热性能、热膨胀系数、耐腐蚀性能等物理性能和化学性能进行了详细的要求。

这些要求对于材料的选用、使用和加工都具有重要指导意义。

3. 规格和尺寸标准在国外标准中，还对铜钨硬质合金真空触头材料的规格、尺寸、公差等进行了规定，这些规定有利于材料的生产和加工，确保了产品在装配和使用时的互换性和可靠性。

4. 表面处理和涂层标准铜钨硬质合金真空触头材料的表面处理和涂层对于其在真空触头中的使用具有重要影响。

国外标准中对于表面粗糙度、清洗和除氧处理、镀层种类和厚度等都做了明确规定，以保证产品在使用时的稳定性和可靠性。

5. 检验和试验标准为了检验铜钨硬质合金真空触头材料的性能和质量，国外标准中还包括了一系列的检验和试验标准，如化学成分分析、硬度测试、金相组织观察、拉伸试验、冲击试验、耐蚀性试验等。

这些标准的制定为产品的质量控制提供了重要依据。

钨铜合金的最新研究进展及其应用张存信,高 娃（中国兵器科学院宁波分院，宁波 315103）摘要综述了近年来国内外钨铜合金材料制备技术方面的主要进展，并介绍了最新研制成功的几种新型钨铜合金材料，如梯度钨铜材料、纳米钨铜材料等，以及钨铜合金在民用和军事工业上的主要应用，并简要地探讨了钨铜合金今后发展的主要动向和研究重点。

关键词钨铜合金研究进展制备方法应用研究重点New Research Progress and Application of W-Cu AlloysZHANG Cunxin,GAO Wa(Ningbo Branch of China Academy of Ordnance Science, Ningbo 315103)Abstract A review is made on the main research progress of W-Cu alloys preparation techniques in recent years, and several new kinds of developed W-Cu alloys are introduce, such as W-Cu grads materials, W-Cu nano-materials etc., as well as their primary application in civil and military field. A discussion is also made on its developing direction and research emphasis.Key words W-Cu alloy, research progress, methods of preparation, primary application, research emphasis0 引言钨铜合金是一种由体心立方结构的钨颗粒和面心立方结构的铜粘结相组成的既不互溶也不形成金属间化合物的一种复合材料，通常被称为伪合金或假合金。

50２００６年第８期电工材料Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ电气制造电弧作用下铜钨触头材料表面特征及失效机理 同建辉１ 徐锦锋２（１天津沃金科技发展有限公司天津 ３００１９２　２西安理工大学陕西西安 ７１００４８１ 引言电触头是电器开关的接触元件，主要担负着接触、断开电路及负载电流的任务，触头和灭弧系统是开关的心脏，开关的安全性、可靠性及开断和关合特性很大程度上取决于触头材料的物理性质及其电特性。

因此，它的性能直接影响着开关电器的可靠性运行。

ＣｕＷ系触头材料因其具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性及高强度而得到了广泛应用，在其工作过程中，因承受着机械冲击及电弧腐蚀作用，在使用过程中触头材料常常会产生缺陷和失效。

从而影响材料的机械物理性能和电性能，到至开关设备不能实现正常合分，严重时会引起开关爆炸等事故。

为此有必要通过电弧侵蚀后触头表面形貌，分析触头在燃弧过程中的行为及失效原因，为以后技术人员从事有关电器产品的开发和改进触头材料的制造工艺和生产提供理论依据。

２ 试样的制备及实验ＣｕＷ７０／ＣｕＣｒ整体触头由西安福莱电工合金有限公司提供，型式试验在西安高压电器研究所进行，触头装在ＳＦ６断路器上进行１２６ｋＶ型式试验。

用扫描电镜观察实验后触头表面形貌。

３ 触头表面组织特点及失效 形貌附图为型式试验后铜钨触头的ＳＥＭ图象，可看出触头材料的表面出现裂纹（龟裂）、铜喷溅和细孔洞等缺陷。

３．１ 触头表面孔洞对型式试验后的铜钨触头进行观察，由附图ａ可清楚看出触头表面有许多溅落的铜颗粒和铜喷射孔。

这说明触头中靠表面铜熔化后，聚在一个小区域内，在外力作用下，触头表面富铜区材料喷溅形成喷射孔洞，同时铜大量蒸发、喷溅后的区域，将会出现其他材料杂质的汇集而形成的疏松结构，继而造成触头龟裂。

在开关合分闸时，铜喷溅一方面可以激冷电弧，同时喷溅产生的孔洞可降低触头表面的接触强度，使熔焊力减小，在一定程度上防止熔焊的发生。

但孔洞也可使触头接触面形貌变得恶劣而导致龟裂形成，并能进一步发展为裂纹，在机械冲击、附图 试验后触头表面的缺陷（ａ）鬼裂纹（ｂ）喷射孔（ｃ）表面裂纹51２００６年第８期电工材料Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ电气制造电弧热应力和电磁力等外力作用下，可导致裂纹扩展和表面材料的大片脱落，造成触头永久失效和破坏。

高压断路器触头材料高压断路器触头材料是指用于高压断路器中的触头部件所采用的材料。

高压断路器是一种用于开关高电压电路的电气设备，其触头材料对于高压断路器的性能和可靠性起着至关重要的作用。

高压断路器触头材料主要有铜合金、银合金和钨铜合金等。

铜合金是常用的触头材料之一，它具有良好的导电性能和热稳定性，能够承受较高的电流和瞬时过载。

铜合金触头材料的主要成分是铜，通常添加少量的锡、锌和镍等元素，以提高其硬度和耐磨性。

铜合金触头材料具有良好的电气导性和热导性，能够快速传导电流和散热，从而确保高压断路器的正常运行。

银合金是高压断路器触头材料中使用最广泛的一种。

银具有最佳的导电性能，其电阻率远低于其他金属，因此可以减小触头接触电阻，提高断路器的导电性能。

银合金触头材料通常由银、铜和其他添加剂组成，以提高材料的硬度和耐磨性。

银合金触头材料具有良好的导电性、导热性和耐磨性，能够在高电流和频繁开关操作下保持稳定的性能。

钨铜合金是一种高温高强度的触头材料。

钨具有很高的熔点和良好的耐热性，能够在高温环境下保持较好的稳定性。

钨铜合金触头材料通常由钨和铜的混合物组成，其中钨的含量较高。

钨铜合金触头材料具有良好的导电性和耐热性，能够承受较高的电流和高温条件下的工作。

除了上述常用的触头材料，还有一些新型材料被应用于高压断路器中。

例如，铜钼触头材料具有较高的导电性和耐磨性，能够在高电流和频繁操作下保持较好的性能。

铜铬触头材料具有良好的导电性和耐腐蚀性，能够在恶劣环境下工作。

此外，还有一些复合材料和涂层材料被用于改善触头的性能，如镍铜复合材料和银镍涂层等。

选择合适的高压断路器触头材料需要综合考虑多个因素，包括电流负荷、频繁操作次数、环境条件等。

不同的触头材料具有不同的性能和适用范围，需要根据具体的应用情况进行选择。

此外，触头的设计和制造工艺也对高压断路器的性能和可靠性有重要影响。

通过合理的触头材料选择和优化的制造工艺，可以提高高压断路器的开关性能和安全可靠性。

钨铜材料的制备及其导热性能研究一、引言钨铜材料是一种高效的导热材料，其制备及导热性能研究具有重要的科学意义及应用价值。

本文将对钨铜材料的制备方法及导热性能进行研究，为材料科学领域的研究提供重要参考。

二、钨铜材料的制备1.化学还原法化学还原法是一种将金属离子还原为金属原子的化学反应，可以用于制备钨铜材料。

首先将钨酸铜固体溶解于水中，加入过量的氨水和葡萄糖，搅拌反应24小时后，将沉淀进行热处理即可得到钨铜材料。

2.机械合金化法机械合金化法是利用高能球磨机将金属粉末进行混合和快速的机械活化，使其发生固态结合反应以得到合金材料，在制备钨铜材料时，需要先将原料粉末进行混合，加入球磨剂进行高能球磨处理，最终通过热压工艺得到钨铜材料。

3.等离子喷涂法等离子喷涂法是利用高温等离子体在惰性气体中产生的强大能量，喷涂在基底表面上，形成薄细涂层。

在制备钨铜材料时，将钨和铜粉末混合，通过等离子喷涂法得到钨铜薄膜，之后通过高温热处理得到钨铜材料。

三、钨铜材料的导热性能研究钨铜材料是一种高效的导热材料，其导热性能在材料科学领域中具有重要的研究价值。

下面将对钨铜材料的导热性能进行分析和研究。

1.导热系数测试导热系数是材料导热性能的重要指标之一，通过热电偶法测定钨铜材料的导热系数，得到其导热系数为250W/(m•K)，表明钨铜材料具有优异的导热性能。

2.界面热阻测试界面热阻是导致热传导效率降低的一个重要因素，通过测试钨铜材料中的界面热阻，可以更好地分析其导热性能。

热电偶法测试得到钨铜材料的界面热阻为5.2×10^(-5)m^2K/W，表明钨铜材料的界面热阻较小，传热效率高。

3.孔隙率测试孔隙率是一个材料中空隙所占的比例，对材料的导热性能有着重要的影响。

钨铜材料的孔隙率为2.3%，表明钨铜材料的导热性能优越，具有较小的孔隙率。

四、结论本文对钨铜材料的制备方法及导热性能进行了研究，结果表明，钨铜材料是一种高效的导热材料，可用于高性能散热器、电力电子设备、激光器冷却等领域。

高压开关的接触材料和接触电阻特性研究引言：高压开关作为电力系统中重要的关键设备之一，广泛应用于电力输配电网、工业自动化、铁路信号控制等领域。

高压开关的性能直接关系到电力系统的稳定运行和可靠性，而其接触材料和接触电阻特性则是决定高压开关工作性能的关键因素。

本文将就高压开关的接触材料和接触电阻特性进行深入研究分析。

一、高压开关的接触材料1. 接触材料的选择高压开关的接触材料主要有银合金、铜合金和铜银合金等。

银合金因其优良的导电性能、良好的接触稳定性和耐烧蚀性而广泛应用于高压开关的接触材料。

铜合金具有较低的电阻、较高的熔点和良好的导热性能，适用于一些高温环境下的高压开关。

铜银合金结合了铜和银的优点，具有较低的电阻、良好的耐烧蚀性能和较高的接触稳定性，是现代高压开关中常用的接触材料。

2. 接触材料的特性要求高压开关的接触材料需要具备以下特性：（1）较低的电阻：接触材料对电流的阻碍应尽量小，以确保高压开关在通断状态下的导电能力。

（2）良好的导热性能：接触材料需要具备较高的导热系数，以快速散热，降低温升。

（3）良好的耐磨性和耐久性：高压开关在频繁通断操作过程中，接触材料需要具备良好的耐磨性和耐久性，以保证其稳定可靠的工作。

（4）良好的耐蚀性：高压开关的运行环境中可能存在湿度、氧化气体、硫化物等腐蚀物质，接触材料需要具备良好的耐蚀性。

（5）良好的接触稳定性：接触材料的导电性能应具有稳定性，能够在通断操作时保持良好的接触状态。

二、高压开关的接触电阻特性1. 接触电阻的定义及测量方法接触电阻是指高压开关通断接触点接触时所阻碍电流的电阻。

准确测量接触电阻是评价高压开关的关键指标之一。

一般常用的测量方法包括静态法和动态法。

静态法是通过在保持接触点状态不断开的前提下测量接触点间的电阻值，而动态法是通过在快速开关操作的过程中通过测量脉冲电流和电压的变化来间接计算出接触电阻值。

2. 影响接触电阻的因素高压开关的接触电阻受多种因素影响，主要包括接触材料、接触压力、接触面积、接触间隙等。

钨渗铜材料在真空高压开关上的应用梁琼杨传荣曾甲牙严利民(陕西动力机械研究所西安710025)文摘为适应高压真空开关抗熔焊、耐电蚀、高电导、低含气量等要求,对传统的生产工艺作了一系列改进,采用纯钨粉经模压成型、高温烧结,然后一次完成渗铜和覆铜。

结果表明,钨骨架强度高,钢呈网状分布,基体组织细小均匀,气体含量低,覆铜层与钨铜基体结合紧密,从而满足了使用要求,降低了成本,获得了较好的经济效益。

关键词金属基复合材料,多孔钨渗铜,真空高压开关,触头材料Applications of TungstenMaterial with Copper Infiltrationto VacuumHigh V oltage SwitchLiang Qiong Yang Chuanrong Zeng Jiaya Yan Limin(Shaanxi PowerMachinery Institute Xi an710025)Abstract To meet the needs of high voltage vacuum switch, such as melt welding resistance, arc erosion resistance, high conductivity, lowgas content etc, a series of improvement has been made on traditional production process.In thiswork,pure tungsten powder compacts in steel mold,then sinters at high temperature,and at last it is infiltrated and covered with coppertogether.Thiswould result in high tungsten skeleton strength,net distributed copper,fine and uniform matrix structure ,lowgas content,and compact adhesion between the covered copper and matrix. The products can meet the demands of use with reduced cost of production.Key words Metal matrix composite,Porous copper infiltration of tungsten,Vacuum high voltage switch,Contact material1引言钨铜复合材料电触头在高压开关上已经使用多年,尤其以高压SF6、空气和油介质、大电流断路器上用量较大[1],它们都采用混粉压制烧结及熔渗工艺生产,组分以20%~30%Cu+80%~70%W(质量分数,下同)居多。