PDF《《助推计划》高校转化项目登记表》

《助推计划》高校转化项目登记表 日期 : 编号:CL1408LG 项目名称 真空熔铸法制备真空断路器铜铬合 金触头 所属领域先进重大装备 新材料 新能源 生物医药 电子信息制造 新能 源汽车 海洋工程装备 软件和信 息服务 民用航空制造其它 院校名称 上海理工大学 (盖章) 项目成熟度 已实现产业化,产品供不应求 已实现小批量生产,产品有市场需求 已通过中试鉴定 处在中试阶段 技术水平 国际领先 国际先进 国内先进 一般水平 推广范围 国际推广 国内推广 区域推广 特定地区推广 知识产权状态 授权国外有效发明专利 授权国内有效发明专利 国内有效实用新型专利 其它知识产权 项目获奖情况 各类基金 资助情况 上海市教委创新计划一般项目

2010 是否具有以下 资料 项目可行性报告 查新报告 鉴定证书 检测报告 认定证书 用户意见 实物样品 课题组简介: (概述研发优势和成功案例等.

) 项目负责人所在的上海理工大学电功能材料研究所是专门研究高性能铜合金材料及制备技术如真 空断路器触头合金、集成电路引线框架铜合金材料等的研究机构.研究所现有正式员工

10 人,全部具 有博士学位,其中高级职称

5 名,中级职称

5 名,研究生

30 名.在该领域内先后承担国家自然科学基 金5项,国家

863 项目

3 项,其它省部级项目

32 项,合计经费超过

4000 万元.在国内外著名杂志 上发表高强度高导电铜合金的研究论文

300 篇.研究成果曾获国家科技进步奖

1 项,省部级科技进步一 等奖

4 项、二等奖

2 项,三等奖

1 项,出版学术专著

5 部,申请国家发明专利

45 项. 团队挂靠上海理工大学材料科学与工程学院,与上海汽车公司、同济大学一起共建了上海市粉末冶 金汽车材料工程技术中心.团队还与上海电气集团中央研究院,上海亚爵电工成套设备制造有限公司等 单位设立了联合研发实验室.团队目前正与十多家企业进行技术合作,如中铝上海铜业有限公司、江苏 包罗铜材集团股份有限公司,苏州华铜复合材料有限公司等.研究所与美国通用汽车公司,上海电气集 团等著名企业签署了战略合作协议,就金属功能材料进行联合开发,已经签署项目经费达到

500 万元. 团队与中铝洛阳铜业集团合作, 相继开展了高强度高导电集成电路引线框架材料和高速电气化铁路接 触线材料的研究与开发.研究成果获得了省部级科技进步一等奖

2 项、二等奖

2 项,三等奖

1 项.成功 研制出具有国际先进水平的大规模集成电路引线框架材料,并实现了工业化生产.产品的质量达到了国 外先进同类产品的水平,大幅度提升我国集成电路引线框架用铜合金的综合技术水平,为企业带来了显 著的经济效益,年产量就达到

12000 吨,产值超过 2.2 亿元,市场占有率达到 35%以上,改变了我国该 类产品全部依靠进口的局面. 项目简介: (项目背景、政策导向、应用领域和服务对象、项目进展情况、成熟程度以及项目预计产业 化周期、项目鉴定或产品检测报告的结论性表述.如是生物医药项目,写明是否具有临床批文和药证等 文件. ) 断路器是电力系统中最重要的组件之一,承担着控制和保护电力系统的作用,并且要能安全可靠运 行.35KV以下配电系统的断路器己由真空断路器占主导地位,近几十年来,真空断路器己广泛运用于电 力、石油、煤矿、冶金和电气铁道领域,在日本、德国、美国等发达国家,真空断路器在中高压市场上 占80%.铜铬合金是目前世界上公认的可以满足真空断路器基本要求的最佳触头材料,到目前为止,尚未 发现新的触头材料能够在中高压大功率真空断路器应用中优于铜铬合金. 真空断路器用触头材料在高电压、大电流、高真空、高温下反复离合的严酷条件下工作,对材料 性能提出了苛刻的要求,如寿命、分断能力、闭合能力、触头间隙的耐压强度、截流能力及截流值等. 由于有些要求互相之间是有矛盾的, 普通材料很难同时满足这些要求. 铜铬合金是目前世界上公认的可 以满足真空开关基本要求的最佳触头材料之一, 具有耐电压高、分断容量大、耐损蚀特性好、有很强的 吸气能力及寿命长等综合优点. 虽然铜铬合金触头材料具备诸多的优点, 但该合金是典型的难混溶合金:Cr在Cu中固溶度很低, 1076℃ 时仅有0.7%的Cr溶于Cu,600℃以下则几乎不溶;

而且该合金中两相密度差大(铜密度为 8.94g/cm3,铬7.19 g/cm3) ,熔点相差近800℃(铜熔点1080℃,铬熔点1873℃) ,制备过程中往往造成 严重的重力偏析,Cr 相颗粒尺寸粗大不均匀、难以实现致密化等.这也是难混溶合金名字的由来,种 种因素决定了高Cr含量的Cu Cr合金难以采用普通熔炼法制取.而且Cr具有很强的氧亲合力,真空开关对 触头材料的含气量又要求特别严,在生产中往往存在一些质量问题, 如材料中气体含量过高、 Cr 相颗粒 尺寸难于控制等, 故要制造出高质量的Cu-Cr 合金触头材料比较困难. 由于铜铬合金具有强度和硬度高、导热性和导电性好以及抗腐蚀性强的优点,可广泛应用于制备电 阻电极、电动工具转向器、电工开关以及电动机集电环等要求高强高导的产品,尤其是大功率真空断路 器中更是显示出广阔的应用前景. 本项目采用一种新的制备方法:真空熔铸法.该方法是先将铜和铬在高温下熔炼成合金化液相,然 后注入铸模快速凝固成铸锭.由于采用感应熔炼加热和铸造方式成型,解决了产品致密化的问题.采用 真空熔炼的方法,合金中的气体含量也很低.快速冷却凝固还解决了合金材料中Cr粒子细化问题.另外 真空感应炉是普遍应用的熔炼设备,制备工艺简单,生产成本低,特别适用于大批量的工业生产. 下图为本技术制备的大尺寸铜铬合金铸锭材料,完全可以达到规模生产的要求. 大尺寸铜铬合金铸锭(直径90mm,高度220mm) 技术特点: (项目的技术特征和优势,可与国内或国际现有技术进行比较. ) 由于铜铬合金制备困难,世界各国进行了大量研究,其中主要的三种方法是: 粉末冶金法、熔渗法 和真空自耗熔炼法.(1) 粉末冶金法,是将合金材料主要成分的Cr粉和一定比例的Cu粉均匀混合,经冷 压和热压烧结成形,制备成块体触头材料;

(2)熔渗法,是将适量的的Cu粉和全部Cr粉制成预制骨架, 然后利用重力在真空下向Cr骨架中熔渗Cu;

(3)自耗电极法,将一定比例的Cu粉和Cr粉压制成自耗电极 棒坯,然后在真空中重熔,制备出具有快速凝固组织的触头材料.前两种方法由于受原材料中尺寸较大 的Cr颗粒的限制,难以获得高质量的触头材料,同时成品率较低,而自耗电极法制备工艺复杂,成本很 高. 与铜铬合金其它制造方法比较,真空熔铸法得到的铜铬合金性能要远高于其它的方法.导电性:本 项目生产的铜铬合金电导率是

36 Ms/S,是目前所见到报道的最高值,比其它方法生产的合金导电性高 25%以上.第二是铜铬合金触头的均匀性.从图

2 触头金相组织看,熔铸法得到的铜相和铬相分布均匀, 无明显的偏析,也看不到缩孔,夹杂等.第三看合金晶粒的细化程度.从下图金相组织测量出,合金铬 颗粒大小在 6-15μm 以下,即使用全返还废料生产的合金晶粒尺寸也在 40μm 以下.而通常粉末冶金方 法生产的触头材料颗粒直径都在 100μm 以上.第四看材料密度,测量得到铜铬合金触头密度为 8.3g/cm3,也是在所有生产方法中最高的,密度大就说明产品致密,无........