【摘 要】
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高压输变电网容量的增大,以及低压配电系统与控制系统对自动化和灵敏度要求的不断提高,要求W-Cu触头材料具有更优异的综合性能。由于钨纤维以其优良特性常作为非晶材料、高温材料、难熔金属等的增强材料,因此钨纤维增强的W-Cu复合材料可望具有更加优异的力学性能与耐电弧烧蚀性能。基于此,本文研究了混料方式对钨纤维分散性的影响;采用高温熔渗烧结法制备了不同含量、不同长径比的钨纤维增强W-Cu复合材料;研究了钨
【基金项目】
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国家科技部863计划（2015AA034304）； 陕西省电工材料与熔渗技术重点科技创新团队（No.2012KCT-25）；
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高压输变电网容量的增大,以及低压配电系统与控制系统对自动化和灵敏度要求的不断提高,要求W-Cu触头材料具有更优异的综合性能。由于钨纤维以其优良特性常作为非晶材料、高温材料、难熔金属等的增强材料,因此钨纤维增强的W-Cu复合材料可望具有更加优异的力学性能与耐电弧烧蚀性能。基于此,本文研究了混料方式对钨纤维分散性的影响;采用高温熔渗烧结法制备了不同含量、不同长径比的钨纤维增强W-Cu复合材料;研究了钨纤维对W-Cu复合材料的组织形貌、密度、硬度、电导率、抗拉强度、耐烧蚀性和摩擦磨损性能的影响;探索了化学镀、磁控溅射法在钨纤维表面的镀镍工艺参数,并研究了镀层对界面结合优化和材料性能的影响,得到以下结论:（1）以体积比2:1的丙三醇和无水乙醇配制湿混剂,能够实现钨纤维分散,但湿混剂烧结后会形成孔洞和富集,降低材料性能;干混法得到的纤维粉体离散度在3.95%-5.44%之间。当长度为4mm的钨纤维含量为4%时,密度相对较高（14.66g/cm3）。当钨纤维长度为1mm和2mm时,随着钨纤维含量的增加,钨纤维增强的W-Cu复合材料的密度和硬度随之增大。（2）钨纤维含量的增加会导致W-Cu基体的连续性遭到破坏,导电性降低。W-Cu复合材料的抗拉强度随钨纤维长度的增加而增加,且当钨纤维长度为1mm、2mm和4mm时,最大抗拉强度相比传统W-Cu合金分别增加4.4%,7.9%,13.7%;拉伸断裂形式主要包括铜基体韧性撕裂,钨颗粒穿晶断裂,以及钨纤维的脱粘、拨出和断裂。（3）钨纤维增强W-Cu复合材料具有更高的耐电弧烧蚀能力。当钨纤维长度为4mm时,随着钨纤维含量的增加,复合材料的耐电压强度先增加后降低,耐电压强度最高值为6.41 × 107V/m;摩擦系数呈现先增加后降低的趋势,且当钨纤维含量为2%时,摩擦系数最大（0.604）;磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和轻微氧化磨损。（4）通过实验获得在钨纤维表面沉积镍层的化学镀和磁控溅射工艺:化学镀温度90℃、pH值为9,施镀时间为2min;磁控溅射参数为溅射功率20W、溅射时间60min、溅射气压2Pa,真空度2×10-4Pa。（5）镀镍钨纤维增强的W-Cu复合材料的烧蚀面积减小、击穿强度增加、抗拉强度增加;且当钨纤维质量分数为0.5%时,化学镀镍钨纤维增强W-Cu复合材料和磁控溅射镀镍钨纤维增强W-Cu复合材料的抗拉强度相比传统W-Cu合金分别提升了 10.48MPa和23.72MPa,界面结合由机械互锁变为冶金结合,磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和轻微氧化磨损。
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