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Cu-Cr合金由于其良好的抗熔焊性,耐电压强度高和截流值低等优点,已被广泛应用于中高压大功率真空开关中,有着广阔的发展前景。
根据真空开关触头材料的性能要求,设计了Cu-25%Cr-(0.06-0.2)%RE合金,自制了一台真空电击穿特性测试仪,进行了Cu-Cr-RE真空触头材料的电击穿试验。
真空电击穿特性测试仪主要由击穿电源、真空获得设备、真空室、传动机构、测量设备和其他一些辅助设备构成。
测试了Cu-Cr-RE合金电击穿前后的显微组织和硬度。结果表明,稀土元素的加入能使Cu-25%Cr合金的显微组织明显细化,且Cu-25%Cr-0.2%RE的组织较Cu-25%Cr-0.06%RE更加细小均匀;Cu-Cr-RE合金电击穿后的显微硬度较击穿前有明显提高,电击穿后Cu-25%Cr-0.06%RE的显微硬度提高的幅度最大;添加一定量的稀土元素可以显著提高材料的显微硬度,在锻态下和电击穿后,Cu-25%Cr-0.2%RE合金的显微硬度提高的幅度更大。
其次,研究了Cu-Cr-RE合金的电击穿性能。结果表明,添加一定量的稀土元素能显著提高材料的耐电压强度,Cu-25%Cr-0.2%RE合金的耐电压强度提高的幅度更大;Cu-Cr-RE合金都存在“老炼现象”。
电击穿过程中,电流一定时,随着两触头间距离的增大,Cu-Cr-RE合金试样阴阳两极间电压也增大;两触头间距离一定时,随着电流的增大,Cu-Cr-RE合金试样阴阳两极间电压也增大。混合稀土含量最高的Cu-25%Cr-0.2%RE合金试样所对应的电弧电压最高,灭弧距离最短,对应的截止电压最低;不加稀土元素的Cu-25%Cr合金试样对应的电弧电压最低,电弧截止距离最长,对应的截止电压最高;稀土元素的加入提高了触头间放电电弧的电阻,击穿电流和两触头间距离一定时,Cu-25%Cr-0.2%RE合金的电弧电阻最大,这将有利于触头间电弧的熄灭,减轻触头材料的烧损,提高触头材料的性能和使用寿命。
最后,论文研究了Cu-Cr-RE合金的抗熔焊性和耐电弧侵蚀性,结果表明,添加稀土元素可以显著改善触头的抗熔焊性和耐电弧侵蚀性,而且,稀土元素含量为0.2%时,触头材料的抗熔焊性更好;电流较小时,Cu-25%Cr-0.2%RE的质量损失量最小,耐电弧侵蚀性最优;电流较大时,Cu-25%Cr-0.06%RE的质量损失量最小,耐电弧侵蚀性最优。