不同工作环境对CuW70合金电弧侵蚀影响的研究

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CuW触头作为断路器中的关键部件之一,对于推进真空断路器从中压向超高压、特高压领域的发展起到重要作用。因为电弧侵蚀是触头材料失效的最主要形式之一,所以研究CuW合金的电弧侵蚀机理对于提高触头材料的性能就具有了非常重要的意义。  本文通过常规粉末冶金方法,制备出符合国标性能的CuW70合金,并且通过研究材料在不同击穿电压、横向载荷、工作温度条件的电弧侵蚀性以及对材料表面的电场模拟得到以下结论:  (1)随着击穿电压的升高,材料的耐电压强度逐渐下降,而截流值逐渐升高。这是由于材料表面的击穿弱点增多和两极间进行粒子交换时具有更大的碰撞能量,所以击穿更容易发生,且材料的耐电弧侵蚀能力逐渐减弱,发生了从初期主要以Cu液的喷溅为主变为Cu液的喷溅和钨骨架的溃散同时发生,而且当击穿电压从8kV上升至9kV时出现了较为明显的绝缘劣化现象。  (2)随着横向载荷的增大,材料的耐电压强度呈逐渐降低趋势,由于局部应力集中与电弧的共同作用,导致中心钨骨架破坏较为严重,引起材料的耐电弧侵蚀能力有所下降,由于前期Cu液流失比较严重,后期随着W骨架薄的击溃现象而使得电弧不再在材料表面跳跃性运动,而出现连续击穿,材料的腐蚀也加剧。  (3)随着工作温度的升高,会加剧电子在材料内部的运动,所以电子更容易逸出到材料表面而引起击穿,导致耐电压强度越来越低,截流值由于受到材料饱和蒸汽压升高的影响,随着击穿距离变大变化也不太明显,更高的工作温度也会使得Cu液的喷溅和W骨架的溃散要更加严重,材料的耐电弧侵蚀能力出现下降趋势。  (4)从电场角度进行模拟发现,当材料表面存在缺陷时,相同规格的凸起型缺陷的危害要大于凹陷型缺陷,且曲率半径的减小有利于材料的耐电压强度的提高。通过材料的老练过程模拟可以发现随着材料表面凸起缺陷高度的降低及其曲率半径的减小能够有效地降低材料表面电场强度,从而提高材料的耐电压强度。
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