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力學所在銅基合金高密度激光先進改性研究中取得重要進展

作者:何秀麗 2020-06-04 13:21 來源:
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  銅基合金廣泛應用于電力和軌道交通行業的電接觸元件,其表面失效會導致電網癱瘓及高速列車的安全事故,造成國民經濟的重大損失,成爲制約輸變電網絡和軌道交通運輸發展的瓶頸問題。隨著國家運輸壓力增大及輸變電網絡負荷日益增加,高壓真空滅弧室向著小型化、大容量、長壽命方向發展,傳統方法難以滿足工業應用對表面性能的要求,直接制約著電接觸元件表面性能的提升和相關行業的發展。

   中國科學院力学研究所激光先进制造工艺力学课题组提出銅基合金觸頭高密度激光表面熔凝改性技術,成功解決了傳統表面處理技術可控性差、均勻度低、覆蓋面積小、結合力差等問題。研究中突破了高密度激光束焦平面定位技術、高導熱材料局部冷卻及熱應力控制等關鍵技術,研制了高功率密度(107-9W/cm2)、高速度(~10000mm/min)、高精度(μm)、高可控性、具有無氧環境的銅基合金激光表面快速熔凝改性裝備。     

  研究了Cu-Cr系難混溶合金的激光表面快速熔凝過程及機理,分析了冷卻速度對Cu-Cr合金的凝固組織演化過程的影響,在合金表面形成致密、高純度、細小均勻、層深可控的硬化細晶層,制備出厚度300μm的納米結構熔凝層,富Cr相晶球平均直徑從約90μm細化至40nm,首次實現了銅基合金的表面納米化。     

  高功率密度激光表面快速熔凝後的銅基合金觸頭的綜合力學性能及電性能有了大幅提升,耐受電壓和電弧壽命分別提高了21%18%,解決了真空滅弧室觸頭關斷次數少和安全性低的問題,對于實現激光改性銅基合金電接觸元件的産業化應用,保障輸變電網的安全運行具有重要意義。     

     相关成果近期发表在Journal of Alloys and CompoundsOptics and Laser Technology等期刊上。本研究得到了北京市科委科技計劃和中國科學院科研装备研制项目的支持。

图 铜基合金高密度激光改性组织及应用

 

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