電弧熔煉金相組織對電氣性能的影響

電弧熔煉觸頭材料是一種金屬功能材料。在非納米概念的范疇，當觸頭材料的結晶組織是假合金、機械混合物時，發揮和承擔電接觸功能的作用主要是靠觸頭材料組成元素本身的物理和化學性質。而理想的組織結構則能改善材料的性能，能更充分地發揮其有利的物理和化學性質的作用，同時抑制不利的物理和化學性質產生的影響。在觸頭材料研究中，首先要解決的兩個問題是：（1）選擇理想的組元和成分；（2）尋求理想的組織結構。其后才是如何實現理想的組元成分和組織結構，最終實現研究工作的目標。

由于銅和鉻既不固溶，也不形成金屬間化合物，使得銅鉻材料不僅保持了銅和鉻各自單一的特性，而且還保存著它們共同的特性。當銅鉻材料用作真空斷路器觸頭時，銅和鉻的這些單一特性和共同特性承擔著真空斷路器觸頭的主要功能作用，也使其表現出比原先使用的銅中添加低熔點高蒸氣壓元素等其他觸頭材料更為優異的綜合電氣特性，即銅具有良好的導電和導熱性能，是理想的觸頭材料組元（在真空下表現得更為突出），使銅鉻材料具有承載和分斷大電流的能力；鉻具有較高的熔點和機械強度、低的截流水平和強的親氧性，使銅鉻材料具有耐電弧燒、抗熔、截流水平低和介質強度恢復快等特性；為難得的是，銅和鉻具有相近的蒸氣壓，使得銅鉻觸頭在真空電弧的作用下，表面的銅和鉻蒸發和冷凝的速度相當，觸頭表面始終能基本保持其原有的成分，觸頭不會因為經過多次分斷后，表面成分發生變化而導致觸頭電氣性能的變化。這對保證電器可靠性是非常重要的。

經過電弧熔煉的銅鉻觸頭材料與粉末冶金方法制造的銅鉻觸頭材料相比，結晶組織中夾雜的數量要少得多、顆粒要小得多，這些夾雜主要是金屬氧化物，如氧化鋁、氧化鉻和氧化硅，在電弧熔煉過程中，制成自耗電極的銅和鉻逐漸被熔化，銅鉻鑄錠隨之長高，為了保證整個鑄錠組織的均勻性，在熔煉過程中鑄錠必須始終保持一段連續的熔池。由于金屬氧化物的熔點高、比重小，銅和鉻熔化后，金屬氧化物會上浮，聚積在熔池的表面，隨熔池移至鑄錠的頂端，直到熔煉結束后而被切除；或被電弧吹到熔池邊緣，冷凝在鑄錠外圓表面而被去除；電弧熔煉的真空氛圍還有利于銅和鉻中低熔點高蒸氣壓元素的去除。可見，真空自耗熔煉有區域熔煉的提純效果。

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