强流脉冲电子束处理铜基触头材料的机理研究

铜基触头材料因具有高的耐电压强度、大的开断电流能力和良好的抗熔焊及低截流性能, 目前广泛用于真空断路器中。在使用过程中，真空断路器的失效主要是由于铜基触头材料表面的失效引起的。然而在以往的研究中，主要集中在新型铜铬合金的制备中，对表面强化和改性的研究相当欠缺。本项目提出通过强流脉冲电子束表面熔凝处理来优化铜基触头材料的特性，从而提高铜基触头材料的使用寿命和性能等。在此基础上系统研究铜基触头材料在强流脉冲电子束作用下的非平衡快速凝固行为特性及机理，为开发具有自主知识产权的高性能铜基触头材料提供理论和实验依据。

1. 强流脉冲电子束（HCPEB）表面重熔CuCr25合金和CuCr50合金.（1）合金经不同次数（1、10、30、50、100）的轰击后表面出现了熔坑，裂纹等典型形貌，并证明了HCPEB的能量最高点集中在合金的次表层。（2）随着轰击次数的不断增加，合金中的富Cr相出现裂纹越来越多，晶粒变得细化，在Cu基体上出现了液相分离产生的球状富Cr相。（3）合金经电子束照射后没有出现新相，其电导率几乎不变，合金表面的耐蚀、耐磨性能显著提高。.2.裂纹的产生机理.HCPEB表面处理Cu-Cr合金在Cr相中裂纹，裂纹首先发生在富Cr相上，随着电子束的轰击，裂纹会沿着原有裂纹进行扩展，且后来电子束熔坑和裂纹优先在Cr相中的裂纹处或者Cu相与Cr相交界处发生。.3. HCPEB表面合金化CuCr25合金和CuCr50合金.磁控溅射镀2-3μm (Al, Zr, Nb, Cr) 膜的合金经不同次数的HCPEB合金化处理后显微组织都得到细化，都出现了典型的熔坑形貌，且在熔坑底部或周围伴随些微裂纹。合金的电导率几乎不变，耐磨性能和耐蚀性能都得到了显著的提高。.(1)CuCr25（Al）合金经HCPEB轰击后出现了新相Al2Cu3。当脉冲次数为30次时，合金表面的综合性能最好。.(2) CuCr25（Zr）合金经HCPEB轰击后出现了新相Cr2Zr。CuCr50（Zr）合金经不同次数的HCPEB轰击后只出现新相Zr。.(3) CuCr25（Nb）合金和CuCr50（Nb）合金经HCPEB轰击后出现了新相Cr2Nb，且Nb在Cu基体固溶度增加。.(4) CuCr25（Cr）合金随着轰击次数的增加，火山坑和裂纹慢慢变少甚至消失。轰击30次时，表面耐腐蚀性能和耐磨性最好。.4. HCPEB表面处理CuFe10合金.HCPEB照射CuFe10合金表面生成了亚稳态液相分离的富Fe球。HCPEB照射表面磁控溅射镀Al膜的CuFe10合金表面生成了CuAl2强化相。CuFe10合金表面显微硬度、耐蚀性能、耐磨性均得到明显提高，主要归功于晶粒的细化和亚稳态液相分离的产生。.5. HCPEB表面处理高强钢.HCPEB表面处理的50BA、30SiMn2MoVA和1.2344等高强钢表面硬度、表面耐磨性和耐蚀性能都得到不同程度的提高。