铜铬铌合金、制备方法及真空灭弧室

176 编辑：中冶有色技术网来源：陕西斯瑞新材料股份有限公司

2025-01-08 15:59:09

权利要求

1.一种铜铬铌合金，其特征在于，所述铜铬铌合金的组分以及各组分的质量百分比为：

Cr3.0~3.5%

Nb2.2~3.0%

Cu 余量。

2.一种铜铬铌合金制备方法，其特征在于，所述方法包括：

将铬块和铌块加热熔化，以制备Cr2Nb中间合金;

将所述Cr2Nb中间合金与铜棒进行熔炼，以获得Cu4Cr2Nb合金液;

对所述Cu4Cr2Nb合金液进行雾化制粉，以获得Cu4Cr2Nb合金粉;

将所述Cu4Cr2Nb合金粉进行冷等静压，以获得Cu4Cr2Nb合金棒料;

将所述Cu4Cr2Nb合金棒料进行热等静压，以获得Cu4Cr2Nb合金锭;

对所述Cu4Cr2Nb合金锭进行热挤压，以获得Cu4Cr2Nb合金锭毛坯;

对所述Cu4Cr2Nb合金锭毛坯进行机械加工，以获得铜铬铌合金。

3.根据权利要求2所述的一种铜铬铌合金制备方法，其特征在于，所述Cr2Nb中间合金的质量百分比为2~7%。

4.根据权利要求2所述的一种铜铬铌合金制备方法，其特征在于，采用梯度式升温对铬块和铌块进行加热熔化。

5.根据权利要求2所述的一种铜铬铌合金制备方法，其特征在于，在1800~1900℃的温度下对所述Cr2Nb中间合金与铜棒进行熔炼。

6.根据权利要求2所述的一种铜铬铌合金制备方法，其特征在于，对所述Cu4Cr2Nb合金粉进行冷等静压的压力设置为150~300Mpa，保压时间设置为7~10min。

7.根据权利要求2所述的一种铜铬铌合金制备方法，其特征在于，将所述Cu4Cr2Nb合金棒料进行热等静压，以获得Cu4Cr2Nb合金锭，包括：

将所述Cu4Cr2Nb合金棒料包上钢套，形成包套;

对包套进行加热，加热完毕后，对包套进行除气;

除气完毕后，对包套进行封焊，并对封焊后的包套进行烧结，保压冷却后获得Cu4Cr2Nb合金锭。

8.根据权利要求6所述的一种铜铬铌合金制备方法，其特征在于，对包套进行加热的加热温度为500~600℃。

9.根据权利要求2所述的一种铜铬铌合金制备方法，其特征在于，在800~950℃的温度下对所述Cu4Cr2Nb合金锭进行热挤压。

10.一种真空灭弧室，其特征在于，所述真空灭弧室包括触头，所述触头采用铜铬铌合金制备，所述铜铬铌合金由权利要求2至9任一项所述的一种铜铬铌合金制备方法制备获得。

说明书

技术领域

[0001]本申请属于材料科学与冶金工程领域，具体涉及一种铜铬铌合金、制备方法及真空灭弧室。

背景技术

[0002]随着全球对气候变化的关注增加，要求在72.5kV、126kV、252kV电压等级用真空开关代替SF6开关，以减少SF6温室气体对气候变暖的影响。随着电压等级的提升，灭弧室尺寸也不断加大，灭弧室开断过程开距也加大，开断过程中的开合力也在加大，再加之开断过程中电弧能量升高，对触头杯材料及导电杆材料的耐高温软化性能提出了更高的要求，现有真空灭弧室的导电杆和触头杯主要采用无氧铜材和少量的CuCr材料制备，但这两种材料在真空灭弧室生产过程中，经过高温(820℃~850℃)真空钎焊后，强度均大幅下降(下降幅度超过50%以上)，在较高频次使用时会出现动导电杆弯曲、墩粗等变形问题，大大降低真空灭弧室的使用寿命，并且会造成严重故障，导致无法迅速、可靠、安全地切断电源。

发明内容

[0003]本申请的主要目的在于提供一种铜铬铌合金、制备方法及真空灭弧室，本申请能够提高铜铬铌合金的机械性能和导电性。

[0004]一种铜铬铌合金，所述铜铬铌合金的组分以及各组分的质量百分比为：Cr3.0~3.5%，Nb2.2~3.0%，Cu 余量。

[0005]本申请还提供一种铜铬铌合金制备方法，所述方法包括：将铬块和铌块加热熔化，以制备Cr2Nb中间合金;将所述Cr2Nb中间合金与铜棒进行熔炼，以获得Cu4Cr2Nb合金液;对所述Cu4Cr2Nb合金液进行雾化制粉，以获得Cu4Cr2Nb合金粉;将所述Cu4Cr2Nb合金粉进行冷等静压，以获得Cu4Cr2Nb合金棒料;将所述Cu4Cr2Nb合金棒料进行热等静压，以获得Cu4Cr2Nb合金锭;对所述Cu4Cr2Nb合金锭进行热挤压，以获得Cu4Cr2Nb合金锭毛坯;对所述Cu4Cr2Nb合金锭毛坯进行机械加工，以获得铜铬铌合金。

[0006]可选的，所述Cr2Nb中间合金的质量百分比为2~7%。

[0007]可选的，采用梯度式升温对铬块和铌块进行加热熔化。

[0008]可选的，在1800~1900℃的温度下对所述Cr2Nb中间合金与铜棒进行熔炼。

[0009]可选的，对所述Cu4Cr2Nb合金粉进行冷等静压的压力设置为150 ~300Mpa，保压时间设置为7~10min。

[0010]可选的，将所述Cu4Cr2Nb合金棒料进行热等静压，以获得Cu4Cr2Nb合金锭，包括：将所述Cu4Cr2Nb合金棒料包上钢套，形成包套;对包套进行加热，加热完毕后，对包套进行除气;除气完毕后，对包套进行封焊，并对封焊后的包套进行烧结，保压冷却后获得Cu4Cr2Nb合金锭。

[0011]可选的，对包套进行加热的加热温度为500~600℃。

[0012]可选的，在800~950℃的温度下对所述Cu4Cr2Nb合金锭进行热挤压。

[0013]此外，本申请还提供一种真空灭弧室，所述真空灭弧室包括触头，所述触头采用铜铬铌合金制备，所述铜铬铌合金由如前任一项所述的一种铜铬铌合金制备方法制备获得。

[0014]与现有技术相比，本申请能够带来以下有益效果：本申请采用合金粉先冷等静压再热等静压得到铜铬铌合金棒料，相比直接将铜铬铌合金粉包套再热等静压，大大减少了热等除气过程棒料的变形程度，提高了加工过程中材料的利用率;另外，将棒料再通过热挤压变形处理，得到接近产品尺寸的毛坯形状，又进一步提升了毛坯阶段材料的利用率，使得产品的材料利用率进一步提升，大大降低了产品生产成本。

附图说明

[0015]图1是本申请一个实施例提供的一种铜铬铌合金制备方法的流程示意图;

图2是本申请另一个实施例提供的铜铬铌合金的金相图;

图3是基于现有方法制备获得的铜铬铌合金的金相图;

图4是本申请另一个实施例提供的热等静压毛坯及热挤压毛坯示意图。

具体实施方式

[0016]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0017]需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

[0018]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0019]另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0020]一个示例性实施例中，本申请提供一种铜铬铌合金，所述铜铬铌合金的组分以及各组分的质量百分比为：Cr 3.0~3.5%，Nb 2.2~3.0%，Cu 余量。

[0021]本实施例中，上述组分的比例是本申请通过一系列实验研究确定的，以下是具体的确定方法：

本申请制备了不同Cr和Nb含量的CuCrNb合金样品，并对每个样品进行物理和机械性能测试，如拉伸强度、硬度、导电性、耐高温性能和耐腐蚀性能，同时使用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察铜铬铌合金的微观结构。结果表明，当Cr含量在3.0~3.5%时，合金的强度和硬度达到最佳水平，同时保持良好的延展性和加工性能，且当Nb含量在2.2~3.0%时，合金的耐高温性能和抗蠕变性能最优，同时保持良好的导电性和耐腐蚀性能。此外，本申请还对不同成分的CuCrNb合金样品进行不同的热处理工艺，如退火、淬火和回火，结果发现，在3.0~3.5%的Cr和2.2~3.0%的Nb含量范围内，铜铬铌合金经过适当的热处理后，性能最佳。

[0022]进一步的，本申请还使用热力学软件(如FactSage)计算不同成分的CuCrNb合金在熔炼和凝固过程中的热力学参数，如自由能、活度等，以及使用动力学模型(如Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov模型)预测合金的凝固速率和晶粒尺寸，结果发现：在3.0~3.5%的Cr和2.2~3.0%的Nb含量范围内，合金的凝固速率适中，晶粒尺寸均匀，有利于铜铬铌提高合金的综合性能。

[0023]另一个示例性实施例中，本申请还提供一种铜铬铌合金制备方法，如图1所示，所述制备方法包括以下步骤：

S1：制备铬铌(Cr2Nb)中间合金;

该步骤中，将铬块(Cr)和铌块(Nb)装入坩埚，再将坩埚放置于真空熔炼炉中，启动真空泵将炉内抽真空至1*10-2Pa，以确保熔炼过程中避免杂质和氧化物的生产。然后开启电磁感应器，通过电磁场作用在金属原料上(Cr和Nb)产生涡流，涡流产生的热量使得金属原料逐渐升温直至熔化，在此过程中，电磁感应器采用梯度升温的方式，首先，将电磁感应器的功率调整至25kW，并在此功率下保温3min，以初步加热Cr块和Nb块，接着，将功率调整至50kW，并在此功率下保温3min，以进一步提高温度使得金属原料开始熔化，最后，将功率调整至70kW，并在此功率下保持1min，以确保Cr块和Nb块完全熔化。待Cr块和Nb块完全熔化后，将电磁感应器的功率调整至10kV，关闭加热源，并将熔融金属倒入模具中进行浇铸，在浇铸过程中充入氩气，冷却后即可获得铬铌(Cr2Nb)中间合金。

[0024]需要说明的是，在制备铬铌(Cr2Nb)中间合金的过程中，之所以对铬块(Cr)和铌块(Nb)采用梯度式升温的方式，原因在于：一是梯度升温可以减少铬块(Cr)和铌块(Nb)内部由于温差引起的热应力，避免因温度骤变导致的裂纹或其他损伤，从而提高中间合金的质量;而如果直接快速升温，由于铬块(Cr)和铌块(Nb)的内外部温差大，容易引起热应力集中，会导致铬块(Cr)和铌块(Nb)内部或表面产生裂纹，这种裂纹不仅会影响中间合金的完整性，还会降低中间合金的机械性能。二是通过逐步增加温度，可以更好地使铬(Cr)和铌(Nb)两种元素充分熔合，避免局部过热导致成分偏析，确保中间合金的成分均匀;而如果直接快速升温，会导致局部过热，使得某些区域的金属提前熔化，而其他区域尚未达到熔点，从而导致中间合金的成分分布不均。三是梯度升温可以在较低温度下先行排除材料表面的吸附气体和杂质，减少熔炼过程中材料与空气接触的机会，降低氧化和污染的风险;而如果直接快速升温，则会使得铬块(Cr)和铌块(Nb)表面的吸附气体和杂质来不及逸出就被高温熔化，这些杂质混入熔体中会影响合金的纯度

综上，采用梯度升温的方式不仅能够提高铬铌(Cr2Nb)中间制备过程中的稳定性和可控性，还能显著改善合金的质量和性能。因此，在制备铬铌(Cr2Nb)中间合金时，相比直接快速升温，采用梯度升温是一种更为科学和合理的选择。

[0025]S2：将质量百分比为2%的铬铌(Cr2Nb)中间合金与铜棒(余量)加入真空感应气雾化设备的坩埚中，并按照步骤S1的方法进行熔炼使得铬铌(Cr2Nb)中间合金与铜棒产生物理融合，获得Cu4Cr2Nb合金液，将Cu4Cr2Nb合金液倒入真空感应气雾化设备的中间包中进行雾化制粉，以获得Cu4Cr2Nb合金粉;

该步骤中，在制备Cu4Cr2Nb合金液的过程中，采用电磁感应器将坩埚加热至1800℃，同时通入惰性气体(例如氩气)，以防止金属液与空气接触发生氧化反应。此外，利用惰性气体的吹散作用，将中间包下方的金属液流分散成细小的液滴，液滴在冷却过程中凝固，最终形成Cu4Cr2Nb合金粉。

[0026]在Cu4Cr2Nb合金液的制备过程中，由于Cu4Cr2Nb合金的熔点较高，约为1000℃左右，但为了确保合金液具有良好的流动性，通常需要将其加热至远高于熔点的温度，经检验，1800℃是一个确保合金液具有良好流动性的温度，如果加热温度低于1800℃，合金液的流动性可能不足，导致雾化过程中液滴不易分散，形成较大的颗粒，从而影响Cu4Cr2Nb合金粉的粒度分布和均匀性。另外，如果温度低于1800℃，合金液的冷却速度会减慢，导致形成的颗粒较大，粒度分布不均匀，从而会影响Cu4Cr2Nb合金粉的性能。

[0027]综上，1800℃可作为该步骤中对中间包进行加热的最小有效加热温度。

[0028]S3：将所述Cu4Cr2Nb合金粉通过冷等静压压制成Cu4Cr2Nb合金棒料;

该步骤中，需要先将所述Cu4Cr2Nb合金粉装入胶套内墩粉，具体的，所述墩粉方法为：将装完粉的胶套机械振动30s，以确保所述Cu4Cr2Nb合金粉在胶套内均匀分布，以减少空隙，为后续压实操作奠定基础，以提高粉末的填充密度;对装有粉末的胶套墩粉8次，以压实粉末从而增加粉末的紧密度，以为后续冷等静压操作创造良好的条件;然后盖上胶套塞，擀料3min，以进一步压实粉末，然后使用钢卡缩紧胶套口，确保胶套密封，以防止粉末泄漏，同时也能保证冷等静压过程中压力的均匀分布;将胶套头朝下，再反向墩粉2次，以进一步提高粉末的密实度，特别是胶套底部区域的粉末，确保整个粉末体的均匀性和密实度。通过上述步骤，不仅可以显著提高粉末的密实度和均匀性，而且能够有效减少材料内部的缺陷，提高最终制品的质量和性能。待墩粉完成后，将墩好粉的胶套放入冷等静压机进行压坯，冷等静压机的压力设置为150Mpa，保压时间为7min，保压完成后即可获得Cu4Cr2Nb合金棒料。

[0029]需要说明的是，经实验，在将墩好粉的胶套放入冷等静压机进行压坯的过程中，150Mpa可作为最小有效压力，在该压力下，可以有效地提高粉末的密度，减少内部空隙，使粉末颗粒之间紧密结合，形成致密的棒料。但如果压力小于150Mpa，则会导致压力不足，从而会导致粉末之间的结合不够紧密，形成较多的空隙，进而降低棒料的密度，而低密度的棒料在后续加工和使用过程中容易出现裂纹、断裂等问题，影响最终产品的机械性能。另外，7min的保压时间也是一个适当的时间设置，如果保压时间小于7min，则压力难以在粉末中充分传递，会导致粉末颗粒之间结合不紧密而形成较多的空隙，从而降低棒料的密度。

[0030]S4：将所述Cu4Cr2Nb合金棒料通过热等静压制备成Cu4Cr2Nb合金锭;

该步骤中，首先将所述Cu4Cr2Nb合金棒料包上钢套，形成包套(包套处理可以保护合金棒料免受外界污染，同时在后续的高温处理过程中，防止合金与空气接触发生氧化反应，保证合金的纯净度)，并置于热处理炉中加热至500℃(将包套加热至500℃，可以对所述Cu4Cr2Nb合金棒料进行预热，使其达到适合高温除气的温度，有助于后续除气过程的有效进行)，随后，将加热后的包套从热处理炉中取出，并放入脱气设备中，使用真空抽气系统对包套进行高温抽气(通过高温除气，可以有效去除合金材料中的残余气体，减少材料内部的气孔和微裂纹，提高材料的致密度和力学性能)，除气时间持续8h，待包套内真空度达1×10-3Pa后，停止除气，并用氩弧焊对抽气口进行封焊，随后将封焊后的包套放入温度为920℃的热等静压炉腔内进行热等静压烧结，烧结完毕后保压3h，冷却后即可获得Cu4Cr2Nb合金锭。

需要说明的是，烧结温度设置为920℃，可以确保Cu4Cr2Nb合金锭中的低熔点组分，如铜，形成液相，液相的存在可以促进颗粒之间的扩散和重排，从而提高Cu4Cr2Nb合金锭的烧结密度，增强其机械性能。如果温度大于920℃，Cu4Cr2Nb合金中的某些元素(如铌和铬)在高温下会发生挥发或化学反应，导致成分变化，而成分变化会影响合金的化学稳定性和机械性能，从而导致Cu4Cr2Nb合金锭的强度、硬度和韧性下降。另外，如果温度过高，原子扩散速率会加快，晶粒生长速度增加，从而导致晶粒变得粗大，而粗大的晶粒会降低Cu4Cr2Nb合金锭的强度和韧性，并且增加其内部应力，最终影响Cu4Cr2Nb合金锭的机械性能。相反的，如果温度过低(小于920℃)，则导致原子扩散速率变慢，晶粒生长速度放缓，从而会导致晶粒分布不均匀，而不均匀的晶粒结构会降低Cu4Cr2Nb合金锭的强度和韧性，增加其内部应力，从而影响Cu4Cr2Nb合金锭的机械性能。

[0031]S5：对所述Cu4Cr2Nb合金锭进行热挤压，以获得接近产品尺寸的Cu4Cr2Nb合金锭毛坯。

[0032]该步骤中，需要将所述Cu4Cr2Nb合金锭从钢套中取出并去除包套，将去除包套后的所述Cu4Cr2Nb合金锭锯切至接近成品的高度(将所述Cu4Cr2Nb合金锭锯切至接近成品的高度，可以减少后续加工的余量，提高材料利用率，降低生产成本)，然后将锯切好的Cu4Cr2Nb合金锭装入置于热挤压炉内的模具中，并通过电阻炉将热挤压炉加热至800℃，启动热挤压机对所述Cu4Cr2Nb合金锭进行热挤压使得所述Cu4Cr2Nb合金锭发生塑性变形，并通过模具内腔挤出，从而形成Cu4Cr2Nb合金锭毛坯。需要说明的是，在热挤压过程中，模具内腔的设计尺寸应接近成品外形尺寸，但比成品外形尺寸大1mm(可以在热挤压过程中留出适当的余量)，以确保最终产品的尺寸精度。

[0033]S6：使用砂轮或磨床对所述Cu4Cr2Nb合金锭毛坯表面进行打磨，去除表面的氧化皮、毛刺和不平整的部分，然后使用车床、铣床、钻床等设备对所述Cu4Cr2Nb合金锭毛坯进行外圆、平面、孔等部位的机械加工，确保尺寸和形状符合设计要求;

S7：对机械加工后的所述Cu4Cr2Nb合金锭毛坯进行退火或淬火处理，最后进行精加工，例如先使用磨床对所述Cu4Cr2Nb合金锭毛坯的关键部位进行精磨，然后使用抛光机对精磨后的所述Cu4Cr2Nb合金锭毛坯进行抛光，即可获得最终的铜铬铌合金。

[0034]另一个示例性实施例中，本申请还提供一种高电压等级灭弧室用CuCrNb材料的制备方法，如图1所示，所述制备方法包括以下步骤：

S10：制备铬铌(Cr2Nb)中间合金;

与上一实施例不同的是，该步骤中的铬块(Cr)和铌块(Nb)的质量百分比分别为。

[0035]S20：将质量百分比为7%的铬铌(Cr2Nb)中间合金与铜棒(余量)加入真空感应气雾化设备的坩埚中，并按照前述方法进行熔炼，获得Cu4Cr2Nb合金液，将Cu4Cr2Nb合金液倒入真空感应气雾化设备的中间包中进行雾化制粉，以获得Cu4Cr2Nb合金粉;

与上一实施例不同的是，该步骤中，在制备Cu4Cr2Nb合金液的过程中，采用电磁感应器将坩埚加热至1900℃。

[0036]需要说明的是，相比前一实施例所述的将坩埚加热至1800℃，将坩埚加热至1900℃，能够使得合金液的流动性进一步增加，从而更有利于合金液在雾化过程中液滴的均匀分散和细化。但是，经检验，如果加热温度大于1900℃，则合金液与空气接触时的氧化反应会加剧，会导致更多的氧化物生成，反而会影响Cu4Cr2Nb合金粉的纯净度和性能。另外，如果加热温度大于1900℃，合金液的冷却速度会非常快，会导致液滴在雾化过程中迅速凝固，形成不规则的颗粒，从而影响Cu4Cr2Nb合金粉的粒度分布和均匀性。

[0037]综上，1900℃可作为该步骤中对中间包进行加热的最大有效加热温度。

[0038]S30：将所述Cu4Cr2Nb合金粉通过冷等静压压制成Cu4Cr2Nb合金棒料;

该步骤中，需要先将所述Cu4Cr2Nb合金粉装入胶套内墩粉，具体的，所述墩粉方法为：将装完粉的胶套机械振动50s，以确保所述Cu4Cr2Nb合金粉在胶套内均匀分布，以减少空隙，为后续压实操作奠定基础，以提高粉末的填充密度;对装有粉末的胶套墩粉10次，以压实粉末从而增加粉末的紧密度，以为后续冷等静压操作创造良好的条件;然后盖上胶套塞，擀料8min，以进一步压实粉末，然后使用钢卡缩紧胶套口，确保胶套密封，以防止粉末泄漏，同时也能保证冷等静压过程中压力的均匀分布;将胶套头朝下，再反向墩粉3次，以进一步提高粉末的密实度，特别是胶套底部区域的粉末，确保整个粉末体的均匀性和密实度。将墩好粉的胶套放入冷等静压机进行压坯，冷等静压机的压力设置为300Mpa，保压时间为10min，保压完成后即可获得Cu4Cr2Nb合金棒料。

[0039]需要说明的是，经实验，在将墩好粉的胶套放入冷等静压机进行压坯的过程中，300Mpa可作为最大有效压力，在该压力下，可以进一步提高粉末的密度，使得颗粒更加紧密地堆积，从而提高整体密度。另外，相比前一实施例中施加的150Mpa的压力，300Mpa的压力可以更有效地传递到粉末的每一个角落，使粉末颗粒在模腔内更加均匀地分布，从而可以改善棒料的后续加工性能。但如果压力大于300Mpa，则会导致粉末内部产生过多的内部应力，从而使得棒料变脆，降低其韧性和延展性。另外，相比前述实施例所设定的保压时间(7min)，10min的保压时间可以确保压力在粉末中更充分地传递，使粉末颗粒之间更加紧密地结合，进一步减少内部空隙，从而能够进一步提高棒料的强度和硬度。另外，10min的保压时间有助于进一步减少粉末颗粒之间的微小空隙和裂纹，从而提高棒料的均匀性和完整性。但是，如果保压过长(大于10min)，反而会导致Cu4Cr2Nb合金粉内部应力的积累，从而会增加棒料内部的微观缺陷，进而影响棒料的机械性能。

[0040]S40：将所述Cu4Cr2Nb合金棒料通过热等静压制备成Cu4Cr2Nb合金锭;

该步骤中，首先需要将所述Cu4Cr2Nb合金棒料包上钢套，形成包套，并放置于热处理炉中加热至600℃(该温度下，可以更充分的对棒料进行预热，有助于更快地使得棒料达到均匀的温度分布，从而进一步减少后续高温处理过程中的热应力，避免出现裂纹和变形)，随后，将加热后的包套从热处理炉中取出，并放入脱气设备中，使用真空抽气系统对包套进行高温除气，除气时间持续20h，待包套内真空度达1×10-5Pa后，停止除气，并用氩弧焊对抽气口进行封焊，以确保包套密封，随后将封焊后的包套放入温度为920℃的热等静压炉腔内进行热等静压烧结，烧结完毕后保压3h，即可获得Cu4Cr2Nb合金锭。

S50：对所述Cu4Cr2Nb合金锭进行热挤压，以获得接近产品尺寸的Cu4Cr2Nb合金锭毛坯。

[0041]该步骤中，需要将所述Cu4Cr2Nb合金锭从钢套中取出并去除包套，将去除包套后的所述Cu4Cr2Nb合金锭锯切至接近成品的高度(将所述Cu4Cr2Nb合金锭锯切至接近成品的高度，可以减少后续加工的余量，提高材料利用率，降低生产成本)，然后将锯切好的Cu4Cr2Nb合金锭装入置于热挤压炉内的模具中，并通过电阻炉将热挤压炉加热至950℃，启动热挤压机对所述Cu4Cr2Nb合金锭进行热挤压使得所述Cu4Cr2Nb合金锭发生塑性变形，并通过模具内腔挤出，从而形成Cu4Cr2Nb合金锭毛坯。需要说明的是，在热挤压过程中，模具内腔的设计尺寸应接近成品外形尺寸，但比成品外形尺寸大1.5mm(可以在热挤压过程中留出适当的余量)，以确保最终产品的尺寸精度。

[0042]相比前述实施例中，将模具内腔的设计尺寸从比成品外形尺寸大1mm调整为1.5mm，一是可以更好的补偿材料的收缩，确保最终产品的尺寸更接近设计要求;二是1.5mm的余量可以提供更多的缓冲，确保即使在材料流动不均匀或模具轻微磨损的情况下，最终产品的尺寸依然能够满足设计要求。

[0043]S60：使用砂轮或磨床对所述Cu4Cr2Nb合金锭毛坯表面进行打磨，去除表面的氧化皮、毛刺和不平整的部分，然后使用车床、铣床、钻床等设备对所述Cu4Cr2Nb合金锭毛坯进行外圆、平面、孔等部位的机械加工，确保尺寸和形状符合设计要求;

S70：对机械加工后的所述Cu4Cr2Nb合金锭毛坯进行退火或淬火处理，最后进行精加工，例如先使用磨床对所述Cu4Cr2Nb合金锭毛坯的关键部位进行精磨，然后使用抛光机对精磨后的所述Cu4Cr2Nb合金锭毛坯进行抛光，即可获得最终的铜铬铌合金。

[0044]在上述实施例中，本申请在对所述述Cu4Cr2Nb合金锭进行热挤压的过程中，将热挤压炉的加热温度设定在800至950℃之间，是因为：在该温度范围内，所述Cu4Cr2Nb合金锭中的铜基体会部分熔化，形成液相，有助于颗粒之间的扩散和重排，提高材料的塑性，良好的塑性变形能力可以确保合金在热挤压过程中顺利通过模具，形成所需的形状和尺寸。如果温度大于950℃，Cu4Cr2Nb合金锭中的某些元素(如铌和铬)在高温下则会发生挥发或化学反应，导致成分变化，从而可能导致Cu4Cr2Nb合金锭毛坯的强度、硬度和韧性下降。相反地，如果温度小于800℃，合金中的颗粒之间的扩散和结合速度会变慢，从而导致合金内部空隙较多，致密度不足，而致密度不足则会降低合金的机械性能，如强度、硬度和韧性。

[0045]综上，在热挤压过程中，800~950℃是一个合理有效的热挤压温度，有助于制备出高质量的Cu4Cr2Nb合金锭毛坯，确保其在高电压等级灭弧室等高性能应用中的可靠性和安全性。

[0046]在上述实施例中，在制备Cu4Cr2Nb合金液的过程中，铬铌(Cr2Nb)中间合金的质量百分比设定在2~7%之间，这一范围的选择是经过优化的，旨在确保最终合金具有最佳的物理和机械性能。如果铬铌(Cr2Nb)中间合金的比例过高(大于7%)，会导致制备过程中晶粒过度生长，形成粗大的晶粒，粗大的晶粒会降低合金的强度和韧性，增加合金内部应力，经检验，会使得最终制备的合金变脆，且延展性和加工性能均有下降。相反，如果铬铌(Cr2Nb)中间合金的比例过低(小于2%)，会导致合金的强度和硬度不足，从而影响合金的加工性能。

[0047]综上，铬铌(Cr2Nb)中间合金的质量百分比设定在2~7%，是一个合理且有效的范围，有助于制备出具有最佳硬度、强度和导电性能的Cu4Cr2Nb合金，确保其在高电压等级灭弧室等高性能应用中的可靠性和安全性。

[0048]下面，本申请对基于本申请所述方法制备获得的CuCrNb合金的各性能进行了检测，检测结果如表1所示：

表1

[0049]此外，本申请还对基于现有方法制备获得的CuCrNb合金的各性能进行了检测，检测结果如表2所示：

表2

[0050]通过表1和表2可知，基于本申请所述方法制备获得的合金的氧含量和含氮量均更低，表明合金的纯净度更高;此外，基于本申请所述方法制备获得的合金的电导率更高，表明合金的导电性能更好。

[0051]综上，通过对比表1和表2的数据，可以看出基于本申请方法制备的CuCrNb材料在气体含量(氧含量和氮含量)方面表现出更高的纯净度，同时在电导率方面也略优于现有方法制备的材料。这些改进有助于提高材料的整体性能，特别是在纯净度和导电性能方面的提升，使其更适合用于高电压等级灭弧室等高性能应用。

[0052]图2是基于本申请所述方法制备获得的CuCrNb合金的金相图，图2中，可以看到Cr2Nb2相在基体中呈弥散分布，意味着Cr2Nb2相在整个基体中均匀分布，没有明显的聚集或团聚现象，从而可以有效提高合金的强度和硬度，同时保持良好的塑性和韧性。另外，图2中，Cr2Nb2相的尺寸在3~4μm范围内，表明Cr2Nb2相的尺寸相对均匀，没有明显的大小差异。此外，由图2可以看到，通过挤压变形处理后，合金中的颗粒边界变得较为平滑，部分颗粒边界已经消失，这表明通过热挤压变形，能够有效地消除合金中部分颗粒边界，从而提高了合金的致密度和力学性能，减少潜在的应力集中点。

[0053]图3是基于现有方法制备获得的CuCrNb合金的金相图，图3中，Cr2Nb2相在基体中也有分布，但明显存在一定程度的聚集和团聚现象。另外，由图3可以看到，基于现有方法制备的合金中的颗粒边界较为明显，没有明显的消除现象，表明现有方法在消除颗粒边界方面效果有限，而颗粒边界的存在往往会导致应力集中，降低合金的疲劳强度和抗裂纹扩展能力。进一步的，基体结构中还可以看到一些微小的孔洞和缺陷，这会降低合金的致密度，影响合金的强度和耐腐蚀性能。

[0054]综上，通过对比图2和图3可以看出，基于本申请所述方法制备的CuCrNb合金在相的分布、颗粒边界消除和基体结构的均匀性方面表现更好。这些改进有助于提高CuCrNb合金的综合性能，特别是在强度、硬度、塑性和韧性等方面的提升，使其更适合用于高电压等级灭弧室等高性能应用。

[0055]图4是热等静压毛坯及热挤压毛坯示意图，如图4所示，本申请通过采用热挤压，使得毛坯的尺寸接近最终成品的尺寸(如图4中阴影部分)，与传统的使用整个热等静压圆柱锭来加工毛坯的方法相比，采用热挤压的方法显著减少了后续加工所需的材料切除量，大大提高了原材料利用率。具体来说，热挤压后的毛坯在形状和尺寸上已经非常接近最终产品，减少了不必要的加工余量，从而降低了生产成本，提高了材料的使用效率。

[0056]在上述实施例的基础上，本申请还提供一种真空灭弧室，所述真空灭弧室包括触头，所述触头采用铜铬铌合金制备，所述铜铬铌合金由上述任意实施例所述的制备方法制备获得。

[0057]在高电压等级的真空灭弧室中，触头需要承受高温和高电流的冲击。基于本申请所述方法制备获得的CuCrNb合金的耐高温性能可以确保触头在频繁的开断过程中不会发生变形、磨损和断裂，并且能够减少触头在大电流通过时的发热、降低能耗，从而延长触头的使用寿命。

[0058]以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

说明书附图(4)