JPH0471970B2 - - Google Patents

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JPH0471970B2
JPH0471970B2 JP59014986A JP1498684A JPH0471970B2 JP H0471970 B2 JPH0471970 B2 JP H0471970B2 JP 59014986 A JP59014986 A JP 59014986A JP 1498684 A JP1498684 A JP 1498684A JP H0471970 B2 JPH0471970 B2 JP H0471970B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、真空遮断器用接触子材料として適す
る銅・クロム溶融合金の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
遮断電流10kA以上の真空遮断器用の接触子材
料は、許容遮断電流容量のほかに別の要求をなお
満たさなければならない。接触子材料は、発生す
る損失熱が遮断器バルブの許容できない加熱をひ
き起こすことなく、数千アンペアの高い連続許容
電流に耐えなければならない。接触子の溶着傾向
は、軽く且つ騒音の少ない作動を行わせるために
は低くなければならない。接触子消耗は少なくと
も100回の短絡遮断と10000回の定格電流遮断が保
証されるように小さくなければならず、その場合
誘電上の理由から接触子は平滑面状の消耗状態を
示さねばならない。接触子材料の組織形成と組成
は、裁断電流の分布ができるだけ狭くて、最頻値
が千Ａより高くないようにされなければならな
い。さらに、アークによる接触子材料の溶解およ
び蒸発の際に遮断室を10-4mbar以上の限界圧力
上昇に導くようなガス分量を遊離することがない
ことが保証されなければならない。
公知のように真空遮断器用の接触子材料として
は、基材料としてクロムおよび銅を含む粉末冶金
によつてつくられた焼結・溶浸材料が多く使用さ
れる。その製造は特に純粋な原材料から保護ガス
中または真空中で行われる。その際高真空条件の
もとで製造する場合でも、クロムの反応性に基づ
く欠陥が組織にあらわれる。溶浸工程の際にはこ
の欠陥が組織の個々の粒子面上の濡れ欠陥に導
く。理想的な組織からのそのようなずれは、接触
子面上のアークの点弧および運動状態に影響を及
ぼし、また電流遮断性能および耐圧を害する。
この障害となる第１の型の組織欠陥は一般に、
用いられる金属粉末、特にクロムの外表面上に安
定した残留酸化物が存在することに原因がある。
同様に遮断器バルブの故障に導き得る第２の型
の欠陥は、原材料のクロム粒子の内部の不純物あ
るいはクロム粉末中の非金属介在物に基づく。電
解により得られるクロム粉末においては、粒子の
内部に時おり電解質残渣が見出され、テルミツト
法で得られたクロム粉末の場合には、Al2O3ある
いはアルミニウム・クロム混合酸化物の形の粉末
の含有物ないし不純物が見出された。通常の焼
結・溶浸工程においては骨格を形成するクロム粒
子は僅かに溶けるだけであるから、そのような不
純物は遊離せず、適切な精製法によつて除去され
るか又は少なくともマクロ組織において危険のな
い濃度に薄められる。
真空遮断バルブの誘電機能に対しては、第１の
型の欠陥が問題である。再帰電圧の作用のもと
で、欠陥のためにゆるく結合した接触子材料粒子
が組織から分離して貫通破壊をひきおこす。それ
に対して第二の型の欠陥は局部的なガス遊離に基
づく遮断失敗に導きうる。簡単な評価によれば、
遮断動作の際に遮断基バルブ中の許容できない圧
力ピークを避けるために、確実に遮断が行われる
ためには約1μｇ以上のガスがアークから遊離さ
れてはならない。この量がアークから遮断動作の
間に捕らえられ分解される含有酸化物の中に含ま
れるならば、特に大電流および対応する高いエネ
ルギー密度のアークにおける遮断容量を害する遊
離されたガス量を考慮しなければならい。
焼結・溶浸法によつて作られる銅・クロム基の
接触子材料の無数の変形が研究された結果、分解
が約26μｇのガス量を遊離するであろう300μｍま
での粒径をもつ酸化不純物を明らかにした。原材
料粉末を篩分けすることにより平均粒径を縮小す
ることは、粒径が小さくなることによりクロム骨
格の溶浸性を悪くし、従つて第１の型の欠陥が頻
繁にあらわれるため、非常に限定してのみ可能で
ある。
それ故、粉末冶金で作られたクロム・銅を基に
した接触子材料を遮断器に用いる際には、ある統
計的な確率で機能欠陥を計算に入れなければなら
ないことが前提となる。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、上述のマクロ欠陥がなく、非
金属含有物および間隙（溶融金属が凝固する際に
鋳引けにより生じる隙間）が大きくとも50μｍの
寸法と0.5体積％以下の全含有量をもつてせいぜ
い一様な微細分布において含まれる、少なくとも
25質量％以上で多くとも60質量％までのクロムを
もつ銅・クロムを基礎にした材料を製造すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するため、本発明によれば、
溶融工程のための原材料を合金成分の銅およびク
ロムから作り、次いでこの原材料を溶融合金化の
ために溶解することにより、欠陥および間隙がな
く均一なマクロ組織を持ち、少なくとも25質量％
で多くとも60質量％のクロム含有量を有する真空
遮断器用接触子材料としての銅・クロム溶融合金
を製造するための方法において、 ａ 前記原材料から銅およびクロムのあらかじめ
与えられた組成の素材を作り、 ｂ 原材料の溶融合金化のため素材を溶解し、生
じた溶融物の少なくとも部分領域において少な
くとも2273Kの過熱状態が得られるようにし、 ｃ 次いで溶融物を水冷式の銅製鋳型内で溶融ブ
ロツクとして凝固せしめることにより、クロム
の偏析なしに、微細分散析出されたクロム樹枝
状晶を持つた銅マトリツクスからなる均一なク
ロム組織が生じるように冷却速度で溶融物を冷
却する。
本発明によれば、上述の欠点は原則的に溶融合
金化によつて除去することができる。何故なら、
本発明においては溶浸欠陥によつて生ずる障害部
があらわれることがなく、従つて溶浸組織の中に
ゆるく結び込まれた粒子が接触子面から離れる危
険が除去されるからである。これに対し公知の鋳
造法によれば、25質量％以上のクロム含有量をも
つ銅・クロム溶融合金で通常の寸法の接触子材料
を製造することができなかつた。何故なら高い冷
却速度においてさえ第一次のクロム析出および分
解が生ずるからである。クロム20質量％から早く
も組織の不均一が現れ、この組織の不均一はクロ
ム25質量％より上で分解効果を形成しながら著し
く増大する。37質量％およびそれ以上の混合不能
領域の近傍までのクロム濃度からは、通常の鋳造
方法によつては遮断器接触子片に対してよく使用
されている寸法（直径50mm以上、高さ３mm以上）
を決して得ることができない。
しかし、通常の鋳造方法によつて可能な15質量
％のクロム分量では耐消耗性および耐溶着性に対
して満足すべき値を生じない材料を与えることが
わかつた後では、上述の濃度領域こそ真空遮断器
用接触子材料として使用する上に特に重要であ
る。
従つて、25質量％以上のクロム濃度を溶融冶金
法によつて得ようとすると上述のような困難があ
るため、従来すべての高いクロム含有材料は粉末
冶金法で製造される。
驚くべきことに、局部的に限定して高いエネル
ギー密度を溶融材料中に供給する溶融法によれ
ば、25〜60質量％の高いクロム分量を持ち、しか
も一様なクロム組織を有し銅マトリツクス中に細
かく分布して析出したクロム樹枝状晶を含む合金
を溶融冶金法でつくることができることが分かつ
た。
溶融合金化のための原材料の溶解に対しては、
アーク、電子線、レーザおよび高周波プラズマに
よる溶融が特に適していることが分かつた。これ
らの方法のすべてに共通していることは、せいぜ
い数平方センチメートルの溶融表面の局限された
空間を、そして少なくとも5kW／cm2のエネルギ
ー面積密度で実際の溶融現象が進行し、その結果
融体の2273K以上への過熱が得られることであ
る。なお、エネルギー供給の場所は融体表面に対
して相対的に、局限された領域の均一な溶解が得
られしかも熱力学的平衡が生じないように冷却が
敏速に進行するように、速く動かされなければな
らない。
原材料は、粉末冶金法によつて、例えば銅・ク
ロム混合粉末の圧縮および／または焼結によつ
て、あるいは焼結されたクロム骨格の銅溶浸によ
つて作られるのが有利である。原材料はクロム粉
末を充てんした銅套体からなる複合材料として作
ることもできる。さらに、クロム粉末で充てんさ
れた穴を有する銅棒またはクロム粉末で被覆され
た銅棒から原材料を作ることも可能である。
還元剤として原材料に高々１質量％までの炭素
を添加することができる。接触子材料のゲツタ性
能を高めるために、原材料にジルコンあるいはチ
タン金属を添加することができる。溶融ふん囲気
のための保護ガスとして不活性ガス、特にヘリウ
ムおよびアルゴンが適していることが分かつた。
本発明の方法によつて、60質量％までのクロム
成分を細かく分かれた樹枝状晶の析出物の形で一
様に分布して含む銅・クロム材料を製造すること
ができる。溶融領域の局部的な高いエネルギー供
給によつて、場合によつて生ずる酸化物不純物ま
たは他の非金属不純物は同時に溶解し、分解し、
一部分蒸発し、その結果同時に精製作用が生じ
る。蒸発しないで溶解するだけの不純物は、凝個
の際に細かく分かれて遮断負荷に対して危険でな
い程度の大きさで組織中に再び析出する。本発明
で得られた材料は欠陥部や間隙がなく、銅マトリ
ツクス中に樹枝状晶のクロム析出物が良好に結び
込まれている均一なマクロ組織を示す。非金属不
純物の含有量は原材料に対して低められ、組織中
に一様に小さな粒径で析出する。
酸化物不純物への還元作用を改善するために、
保護ガスに例えば水素ガスまたは一酸化炭素ガス
を添加してもよい。
〔実施例〕
次に本発明の実施例を説明する。
例 １ 第１図において、ａで示すように、混合容器１
に供給管２より65質量％の銅粉末、供給管３より
35質量％のクロム粉末を導き、均一に混合し、こ
の混合粉末から直径80mm、長さ500mmの円柱体を
形成する。次いでｂに示すように、この破線で示
す円柱体４に3000barの等方静圧を加え、実線で
示すように若干縮小された圧縮成形体５を作る。
さらにｃに示すように、この圧縮成形体５を炉６
中で真空中又は水素ガス中で1060〜1130℃の温度
で結焼し、焼結体７を得る。この銅・クロム焼結
体７をｄに示すようにアーク溶解炉８の溶融電極
として使用し、還元剤として数％の水素または一
酸化炭素を混和してもよい保護ガスとしてのヘリ
ウムのもとで溶解する。必要な高いエネルギー密
度を得るために、上述の寸法の焼結体の場合アー
ク電流は少なくとも1000Aを必要とする。焼結体
７の最先端部９にアーク１０が生じ、最先端部９
はやがて溶け落ち、下部に設けられた水冷式銅製
鋳型１１内で凝固する。ここで生じた鋳塊は下方
へ引き抜かれ、溶融電極としての焼結体７は上方
から導かれる。ｄの一点鎖線で囲んだ領域をｅに
拡大して示す。１２は焼結体先端部の予熱領域、
１３は最先端の高温領域、１４は溶融した材料で
液状の部分、１５は溶融した材料の凝固し始めた
部分である。
例 ２ 第２図において、ａに示すように、無酸素銅か
らなる肉厚の銅管２１の内部に、銅管の質量と等
しい質量のクロム粉末２２を充填する。次いで銅
管２１の端部を閉じ、ｂに示すように、クロム粉
末の断面縮小と緻密化のために押出し工具２３で
細くする。この複合材をアーク炉の溶融電極とし
て使用し、例１で説明した方法により溶解する。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図は本発明方法の異なる実施例の
工程を示す概要図である。 １…混合容器、２…銅粉末供給管、３…クロム
粉末供給管、４…円柱体、５…圧縮成形体、７…
焼結体、８…アーク溶融炉、９…焼結体の最先端
部、１０…アーク、１１…水冷式銅金型、２１…
銅管、２２…クロム粉末、２３…押出し工具。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融工程のための原材料を合金成分の銅およ
    びクロムから作り、次いでこの原材料を溶融合金
    化のために溶解することにより、欠陥および間隙
    がなく均一なマクロ組織を持ち、少なくとも25質
    量％で多くとも60質量％のクロム含有量を有する
    真空遮断器用接触子材料としての銅・クロム溶融
    合金を製造するための方法において、 ａ 前記原材料から銅およびクロムのあらかじめ
    与えられた組成の素材を作り、 ｂ 原材料の溶融合金化のため素材を溶解し、生
    じた溶融物の少なくとも部分領域において少な
    くとも2273Kの過熱状態が得られるようにし、 ｃ 次いで溶融物を水冷式の銅製鋳型内で溶融ブ
    ロツクとして凝固せしめることにより、クロム
    の偏析なしに、微細分散析出されたクロム樹枝
    状晶を持つた銅マトリツクスからなる均一なク
    ロム組織が生じるような冷却速度で溶融物を冷
    却する ことを特徴とする真空遮断器用接触子材料として
    の銅・クロム溶融合金の製造方法。 ２ 原材料を保護ガスふん囲気のもとでアーク溶
    解炉中で溶解することを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の製造方法。 ３ 電子線を用いて原材料を溶解することを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 ４ 原材料を保護ガスふん囲気のもとでレーザ光
    線を用いて溶解することを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載の製造方法。 ５ 原材料を保護ガスふん囲気のもとで高周波プ
    ラズマを用いて溶解することを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の製造方法。 ６ 原材料を銅・クロム混合粉末の圧縮および／
    または焼結による粉末冶金法によつて作ることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項の
    いずれか１項に記載の製造方法。 ７ 原材料を焼結クロム骨格の銅溶浸による粉末
    冶金法によつて作ることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の
    製造方法。 ８ クロム粉末を充てんした銅套体からなる複合
    材料として原材料を作ることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記
    載の製造方法。 ９ クロム粉末で充てんされた穴を有する銅棒か
    ら原材料を作ることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の製造
    方法。 １０ クロム粉末で被覆された銅棒から原材料を
    作ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
    し第５項のいずれか１項に記載の製造方法。 １１ 原材料に最大１質量％までの炭素を還元剤
    として添加することを特徴とする特許請求の範囲
    第６項ないし第１０項のいずれか１項に記載の製
    造方法。 １２ 原材料にジルコンあるいはチタン金属の添
    加物を混合することを特徴とする特許請求の範囲
    第６項ないし第１０項のいずれか１項に記載の製
    造方法。 １３ 保護ガスとして不活性ガスを用いることを
    特徴とする特許請求の範囲第２項、第４項あるい
    は第５項のいずれか１項に記載の製造方法。 １４ 保護ガスに還元添加物として水素ガスある
    いは一酸化炭素ガスを付加することを特徴とする
    特許請求の範囲第１３項記載の製造方法。
JP59014986A 1983-01-31 1984-01-30 真空遮断器用接触子材料としての銅・クロム溶融合金の製造方法 Granted JPS59143031A (ja)

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JPS59143031A JPS59143031A (ja) 1984-08-16
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EP (1) EP0115292B2 (ja)
JP (1) JPS59143031A (ja)
CA (1) CA1220630A (ja)
DE (2) DE3303170A1 (ja)

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