JPS59143031A - 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 - Google Patents

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

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JPS59143031A
JPS59143031A JP59014986A JP1498684A JPS59143031A JP S59143031 A JPS59143031 A JP S59143031A JP 59014986 A JP59014986 A JP 59014986A JP 1498684 A JP1498684 A JP 1498684A JP S59143031 A JPS59143031 A JP S59143031A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の・り３する技術分析〕 本発明（・、ｔ、欠陥部およ０．空孔かなく均一なマク
０組織を持ち、少なくとも２５質量係で多くとも６０質
量係のりＵム含自３ｄを・何するｉｉＨ＋・ｒ″ａ　ｔ
。
溶融合金を製造するため、溶融工程のプこめの原伺不、
を合金ｊ残分のイ［ｉ］およびクロムから１′１′−９
、それからこの原料′＊４を溶融合金化のために溶解す
る、工１ｐ断屯流１０　ｋ　Ａ以上の真空遮断器用接触
子（４料と１〜で適する銅・クロム溶融合金の製造方法
に関する。
〔従来技術とその問題点〕
遮断ｍ流１０　ｋ　Ａ以り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Ｊ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削えなければならない
。溶着傾向は、軽く且つ騒音の少ない作動のために低く
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１０，０００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、その場合銹電性の根拠か
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
だけ狭く葵て、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。最後に、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１．０−４ｍｂａｒ以上の
限界圧力上昇１ユ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じては、基４
．ｔＥとしてクロムおよび銅を含む粉末冶金によってつ
くられた焼結・溶浸材料が使用される。
製造は特に純粋な原材料から保護ガス中および／または
真空中で行わね、る。高真空条件のもとての製造の場合
にさえ、クロムの反応性に基づく障害領域および欠陥部
が組織にあられれる。溶浸工程の際にはこの欠陥部が組
織の個々の粒子面上の滴れ欠陥に導く。理想的な組織か
らのそのようなずれは、接触子音−Ｌのアークの点弧お
よび運動状態に影響を及は’Ｌ、１だ電流遮断性能およ
び耐圧を害する。
この障害となる組織欠陥は一般に用いられる金属粉末、
特にクロムの外面上の安定しメこ残留酸化物の存在に原
因がある。
同様に遮断器バルブの故障に導き得る他の欠陥は、原材
料のクロム粒子の内部の不純物あるい（佳クロム粉末中
の非金属介在物に基つく。電解クロム粉末においては、
粒子の内部に時おりある電解質残渣が、テルミット法で
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・クロされた。通常の焼結、溶浸工程におい
ては骨格形成り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、適切な精製法によって
除去されるか又は少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。
真空遮断パルプの誘電機能に対しては、最初にあげた欠
陥タイプが決定的である。再帰電圧の作用のもとで、欠
陥部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。第二の欠陥タイプはそ
れに対して局部的なガス遊離に基づく遮断失敗に導きう
る。簡単な評価でｆｄ、Ｊ断動作の際に遮断器パルプ中
の許容できない圧力ピークを避けるために、確実さの根
拠から約１μ２以上のガスがアークから遊離されてはな
らないということが出てぐる。この量がアークから遮断
動作の間に捕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ない。
焼結・溶浸法によってつくられる銅・クロム基の接触子
材料の無数の変形の研究は、分解が約２６μ７のガス量
を遊離するであろう３０Ｑ／１ｍ　　ｉでの粒径をもつ
酸化不純物を明らかにした。原料料粉末の篩分における
平均粒径の微小化は、小さくなる粒径がクロム骨格の溶
浸性を悪くし、従って最初に述べた欠陥タイプが頻繁に
あられれるだめ、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から出発するこ
とがてきる。
〔発明の目的〕
従って本発明の目的は、と述のマクロ欠陥がなく、非金
属含有物および空孔部が太きぐとも５０μｍの寸法と０
５体積係以下の全含有量をもっ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質量係以上で多く
とも６０＄質量係までのクロムをもつ銅・クロムを共に
しだ材料を製造することにある。
〔発明の構成〕
本発明によればこの目的は、溶融合金化のだめの原材料
の溶解の際に、瞬間的な溶融体積の少なくとも部分領域
において少なくとも２２７３にへ過熱し、次いで第一次
のＣｒ析出もしくは分離があられれないような冷却速度
で溶融物を冷却することによって達成される。
基本的には上述の欠点は溶融合金化によって除去されｔ
や故ならこの場合溶浸欠陥によって生ずる障害部があら
れれることがなく、従っ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。しかし公知の鋳造法によっては２５質量係以上
のクロム含有量をもつ銅・クロム溶融合金は接触子材料
に対して通常の寸法には製造することができなかった。
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
および分離が生ずるからである。すでにクロムの２０質
量ヂ１でに、２５質量係より上で分離効果の形成のもと
に著しく増大する組織不均一化が現れる。３７質量係お
よびそれ以上の液相分離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って遮断器接触子片（二対して
通常の寸法（直径５０ｍｍ以上で高さ３ｍｍ以上）を決
して得ることができない。
しかし、この濃度領域は、真空遮断器用接触子材料とし
て使用するためには、通常の鋳造方法によって可能な１
５質量係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っ
たあとでは特に重要である。
従って、２５質量係以上のクロム濃度を溶融冶金法によ
って得るだめの上述の困難によって、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、局部的に高いエネルギー密度を溶融材
料に供給する溶融法によって、２５　’！ｔ％と６０質
量係の間の高いクロム分量をもち、一様なりロム組織を
％＋Ｌ銅マトリッ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ととかてき
ることが分かった。
溶融合金化のだめの原材料の溶解に対しては、アーイ７
、電子線、レーザおよび高周波によるプラズマ溶融が特
に適していることか分かつプζ１、これらの方法のすべ
てに、実際の溶解過程がせいぜい数乎力＋り／ヲーメー
タの溶融表面の局限された空間を、そして少なくとも５
ｋＷ／ｃ、４のエイ・ルギー面通している。そのほかに
、エネルギー供給の場所が融体表ケ■ｊに対して相対的
に、局限された領域の均一な溶解はたしかに得られるが
しがし熱力学的平衡の調整が作用しないほど速く勅がさ
れなげればならない。
原材料は、粉末冶金法によって、例えば銅・クロム混合
粉末の圧縮および／−マたは焼結によって、あるいは焼
結されたクロム骨格の銅浴υによってつくられることが
有利である。原材料はクロ１１粉末を充てんした銅套体
からなる複合イ２料として作ることもでさる。さらに、
クロム粉末で充てんされた穴を有する銅棒まだ＋ｒｉ、
クロム粉末で被覆されだ銅棒から原材料を作ることが可
能である。
還元剤として原材料に高々１質量係−まての炭素を添加
することができる。接触子月利のゲッタ性能を高めるブ
之めに、原材料にジルコンあるいはヂクン金属と添加す
ることができる。ｌ＠融ふん囲気のだめの保護ガスとし
て不活性ガス、特にヘリウムおよびアルゴンか適してい
ることが分かった。
本発明に基づ〈、ノ５法によって、６ｏ質量多−まての
クロ／・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・クロム祠料を製造することがで
きる。溶融帯域の局部的な高いエイ・ルギー供給によっ
て、場合によって生ずる酸化物の、あるいは他の非金属
の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起きる。蒸発しないで溶解するだ
けの不純物は、凝固の際に細かく分かれて遮断負荷に対
して危険でない桁の大きさで組織中に再び析出する。材
料は欠陥部がなく、まだ空孔がなぐ、銅マトリックスの
中に樹枝状晶のクロム析出物が良好に結び込捷れている
均一なマクロ組織を示す。非金属不純物の含有量は原材
料に対しで低められ、組織中に一様に小さな粒径で析出
する。
酸化不純物への還元作用を改善するだめに、保護ガスに
例えば水素ガスあるいは一酸化炭素ガスを添加してもよ
い。
〔発明の実施例〕
実施例を引用して本発明をなお詳しく説明する。
例１ ６５質量係の銅粉末と３５質量係のクロム粉末との混合
粉末からＦ３Ｑｍｍの直径と５０Ｑｍｍの長さをもつ素
材を静圧で３０００ｂａｒの圧力によって圧縮し、続い
て真空中で銅の融点のわずか下で、あるいは液相の形成
の場合は銅の融点の約５０°Ｃ上で焼結する。焼結した
素材を、アーク溶解炉中の溶融電極として使用し、還元
剤として放気の水素あるいは一酸化炭素を混和してもよ
い保護ガスとしての一すウムのもとて溶解する。必要な
高いエネルギー密度を得るために、アーク電流は与えら
れたて」〆去にお゛いて少なくとも１００ＯＡでならな
ければならない。溶は落ちた電極材料は水冷式の網金型
中で凝同じ、その場合生ずる鋳塊は一ト方へ引き抜かれ
、溶融電極は上からつづいて導かれる。
例２ 無酸素銅からなる肉厚の銅管を、鋼管の質量とクロム粉
末の質量が等しくなるようにクロム粉末で満たす。次い
で管を端部で閉じ、クロム粉末の断面縮小と繊密化のた
めに押出し工具中で細くする。この複合材をアーク炉中
の溶融電極として使用し、例１において記載した方法に
よって溶解する。
例３ クロムおよび銅粉末から焼結・溶浸法によって作られた
約５０質量チのクロム含有量をもつクロム・銅素材を水
冷された調合型中に挿入し、真空中で電子線銃により数
ミリメートルの深さまで溶解する。インパルス駆動にお
いても作動できる電子線はその場合素材の１（二、後の
接触子の遮断表面全体が順次溶解されるがしかし同じ時
点には、熱力学的な平衡状態に達することがなく凝固が
急速に行われ得るような材料の小部分だけが常に溶融状
態にあるように連続的に又は段階的に導かれ・その結果
クロム樹枝状晶の細かく分かれた析出を持つ一様なマク
ロ組織が得られる。
例４ クロムおよび銅粉末から圧縮され、約４５質量チのクロ
ム含有量をもつ素材を約１４２３にで焼結し、続いて残
留空孔溶浸のために液体鋼をもう一度浸透させる。この
素材から、最終的接触子寸法に対して僅かな余分を有す
る接触子円盤を作り出す。その接触子円盤を冷却された
回転板の上に置き、無電極の高周波プラズマトーチによ
り表面を約１１１１１１１の深さまで溶解し、支持板の
回転によりすべての接触子材料部分がプラズマ焔により
順次溶解される。表面の溶融凹凸を切削の後に接触子円
盤は遮断器バルブの中に直接挿入できる。
第１頁の続き ０発　明　者　ホルスト・キッペンベルクドイツ連邦共
和国へルツオーゲ ンアウラツハ・ズブ−テンシュ トラーセ２４ （ｌ　　明　者　ノルベルト・プレルスドイツ連邦共和
国つエンデルシ ュタイン・ビールベーク１ １５５

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）欠陥部および空孔がなく均一なマクロ組織を持ち、
    少なくとも２５質量チで多くとも６０チのクロム含有量
    を有する銅・クロム溶融合金を製造するだめ、溶融工程
    のだめの原材料を合金成分の銅およびクロムから作り、
    それからこの原材料を溶融合金化のために溶解する方法
    において、溶融合金化のだめの原材料の溶解の際に瞬間
    的な溶融体積の少なくとも部分領域において少なくとも
    ２２７３Ｋに過熱し、次いで第一次のクロム析出もしく
    は分離があられれない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てアーク溶解炉
    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）原材料を電子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。 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て高周波プラズマ
    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／まだは
    焼結による粉末冶金法によっ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
    によっ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譜Ｉ請求の範囲第
    １項ないし第５項のいずれかに記載の装造方法。 ９）クロム粉末で充て／しされた穴と何する銅棒から原
    材オ→を作ることを特徴とする特１；７１’　ｊ＾求の
    範囲第１項ないし５第５項のいずれかに記載の製造方法
    。 １０）クロム粉末て一被覆された釦ｊ俸がら原オＩン１
    を作ることを特徴とする特許請求の範［、’ｔｌ’ｊＮ
    項ないＬ第５項のいずｉｔかに記載の銅・クロノ・溶融
    合金の製造方法。 １１）原イオ料に高くとも１質量喝−までの炭素を還元
    （洛として添加することを特徴とする特許請求のＱ４１
    １［ｌ　”）’、　６項ないし第１０項のいずれツク・
    に記載の製造）５法。 Ｊ２）原材料にジルコンあるいはチタン金・：（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項のいずれかに記載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
    酸化炭素ガスをイ１加することを特徴とする特許請求の
    範υ（１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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