一種用于斷路器的AgW50復(fù)Cu電接觸材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料技術(shù)領(lǐng)域的電觸頭材料及其制備方法，具體地說(shuō)，涉及的是一種用于斷路器的AgW50復(fù)Cu電接觸材料的制備方法以及由該方法制備的AgW50復(fù)Cu電接觸材料。
【背景技術(shù)】
[0002]斷路器廣泛應(yīng)用于配電系統(tǒng)各級(jí)樞紐控制端，承擔(dān)設(shè)備的電源控制和用電終端管理任務(wù)。電接觸材料是斷路器的核心元件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的接通和分?jǐn)?，它的性能直接影響著斷路器的可靠性和穩(wěn)定性。目前國(guó)內(nèi)外斷路器用的電接觸材料整體銀含量較高，既造成了部分貴金屬浪費(fèi)，同時(shí)也使得電接觸材料成本較高。近年來(lái)，人們采取各種措施，在不降低觸頭性能的條件下，降低觸頭材料中的銀含量，同時(shí)開(kāi)發(fā)賤金屬材料來(lái)替代資源有限且價(jià)格昂貴的白銀。
[0003]AgW50系電觸頭材料作為新一代觸頭材料，主要利用了 Ag的良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性以及W的高熔點(diǎn)、高硬度和耐磨性好的特點(diǎn)，可經(jīng)受強(qiáng)烈的電弧腐蝕，具有良好的抗熔焊性及耐磨蝕，廣泛用于電力電子、中高壓電器領(lǐng)域的陰極材料和電阻焊、電火花加工等離子體加熱的電極材料以及其它領(lǐng)域。但AgW50中Ag的質(zhì)量百分比達(dá)到50%，使得AgW50系電觸頭材料的原料成本較高。而銅具有與銀相近的物理、化學(xué)、電學(xué)等性能，作為電接觸材料，銅有導(dǎo)電導(dǎo)熱好、熱容大、觸頭溫升低、加工成型性能優(yōu)異、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)。因此，通過(guò)將AgW50與Cu或Cu合金制備AgW50復(fù)Cu復(fù)合材料來(lái)降低銀含量，其中，Agff50為工作層，Cu或Cu合金為焊接層。
[0004]目前制備AgW50材料的方法主要有兩種:⑴粉末冶金方法:即混粉、成型、燒結(jié)、復(fù)壓，但是，這種方法制得的AgW50復(fù)合材料的相對(duì)密度很低，僅為理論密度的90%左右；
(2)熔滲法:將鎢粉或摻入部分銀粉的混合粉壓制成坯塊，然后在坯塊上放置所需的銀粉末，將銀熔化，使銀滲入到壓坯中的孔隙中，形成AgW50復(fù)合材料，所制得的材料致密度高。
[0005]傳統(tǒng)的復(fù)合方式是通過(guò)將AgW50粉與Cu粉兩種組份材料直接壓制成生坯并燒結(jié)的方法進(jìn)行復(fù)合，這種方法制備出的材料的致密度較低，且AgW50層與Cu層結(jié)合處難以避免存在一定的縫隙，從而影響結(jié)合強(qiáng)度，降低電導(dǎo)率。如何在提高效率、不明顯增加成本的前提下，制備電性能與組織性能優(yōu)良的AgW50復(fù)Cu復(fù)合材料，成為研究的難點(diǎn)與熱點(diǎn)。中國(guó)發(fā)明專利CN201410408623.2通過(guò)采用Ag-Cu_Zn焊料將AgW50與紫銅進(jìn)行釬焊復(fù)合，從而增大接頭強(qiáng)度且能承受振動(dòng)載荷，然而由于焊料層的加入會(huì)導(dǎo)致材料整體的電阻率增大，溫升提高，觸頭抗電弧燒損能力低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，提供一種AgW50復(fù)Cu電接觸材料及其制備方法，本發(fā)明方法制備的工作層AgW50致密度高，Agff50復(fù)Cu的復(fù)合界面結(jié)合強(qiáng)度高，燒結(jié)性能好，電壽命、耐電弧燒蝕性能及電導(dǎo)率均有較大的提高，并且加工性能十分優(yōu)良。同時(shí)工藝簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，對(duì)設(shè)備無(wú)特殊要求。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明提供一種用于斷路器的AgW50復(fù)Cu電接觸材料，所述電接觸材料包括焊接層、覆于焊接層上方的工作層，所述工作層為AgW50層，所述焊接層為Cu層，且所述AgW50層厚度與所述Cu層厚度之比在1/3?1之間。
[0009]優(yōu)選地，所述AgW50層與所述Cu層通過(guò)復(fù)合工藝形成AgW50復(fù)Cu電接觸材料。
[0010]優(yōu)選地，所述AgW50層，其與Cu層接觸的一面為鋸齒形或網(wǎng)紋或其它能夠與Cu片接觸面緊密結(jié)合的形狀。
[0011]本發(fā)明提供一種用于斷路器的AgW50復(fù)Cu電接觸材料的制備方法，包括以下步驟:
[0012]S1，將W粉和Ag粉均勻混合，然后進(jìn)行混粉得到AgW混合粉體，其中W粉含量不低于AgW混合粉體整體重量50 %，余量為Ag粉；
[0013]S2，將AgW混合粉體進(jìn)行球磨和過(guò)篩，得到復(fù)合粉體；
[0014]S3，將過(guò)篩后的復(fù)合粉體進(jìn)行造粒；
[0015]S4，將造粒后的粉體進(jìn)行成型壓制得到AgW生坯，其中AgW生坯的一面為能夠與Cu片接觸面緊密結(jié)合的形狀；
[0016]S5，將AgW生坯與Ag通過(guò)熔滲燒結(jié)合成AgW50料塊；
[0017]S6，將Cu片熱處理后進(jìn)行鍍銀；
[0018]S7，將AgW50料塊與鍍銀后Cu片進(jìn)行復(fù)合得到AgW50復(fù)Cu坯體；
[0019]S8，將AgW50復(fù)Cu坯體進(jìn)行燒結(jié)，得到用于斷路器的AgW50復(fù)Cu電接觸材料。
[0020]本發(fā)明通過(guò)S7常溫復(fù)合只是將AgW50與Cu坯體通過(guò)物理機(jī)械力初步結(jié)合，S8燒結(jié)在高溫下原子擴(kuò)散，Agff50與Cu坯體原子互相滲透，進(jìn)一步加強(qiáng)結(jié)合強(qiáng)度。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]本發(fā)明一方面通過(guò)熔滲法制備出高致密度的AgW50材料；另一方面，通過(guò)對(duì)所制得的AgW50料塊進(jìn)行成型，使之呈現(xiàn)出能與Cu片緊密結(jié)合的形狀結(jié)構(gòu)，并對(duì)Cu片進(jìn)行熱處理，使之在后續(xù)的復(fù)合工藝中保持一定程度的軟度，從而大大提高了復(fù)合后AgW50與Cu界面結(jié)合強(qiáng)度，再通過(guò)燒結(jié)，使得金屬原子在高溫下擴(kuò)散，Agff50與Cu坯體中原子互相滲透，進(jìn)一步加強(qiáng)AgW50復(fù)Cu坯體中AgW50層與Cu層的結(jié)合強(qiáng)度。此外本發(fā)明焊接層采用Cu或Cu合金，大大提高了電接觸材料的電導(dǎo)率。本發(fā)明制備的AgW50復(fù)Cu電觸頭材料耐電弧燒蝕能力比傳統(tǒng)方法制備的AgW50復(fù)Cu電觸頭材料提高10-20%，導(dǎo)電率提高5-15%，電壽命提高了 10-30 %，銀含量降低47 %，并且具有優(yōu)良的加工性能，成材率高，適于規(guī)模化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1-圖2是本發(fā)明制備AgW50復(fù)Cu材料的結(jié)構(gòu)示意圖，其中AgW50的一面為鋸齒形；
[0024]圖3-圖4是本發(fā)明制備AgW50復(fù)Cu材料的結(jié)構(gòu)示意圖，其中AgW50的一面為網(wǎng)紋形；
[0025]圖中:1為工作層，2為焊接層。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0027]如圖1-圖2所示，是本發(fā)明制備AgW50復(fù)Cu材料的結(jié)構(gòu)示意圖，所述電接觸材料包括焊接層、覆于焊接層上方的工作層，所述工作層為AgW50層，所述焊接層為Cu層，且所述AgW50層厚度與所述Cu層厚度之比在1/3?1之間；其中AgW50的一面為鋸齒形，該面為與Cu層緊密接觸的一面。所述Cu層為純Cu層或Cu合金層。
[0028]如圖3-圖4所示，是本發(fā)明制備AgW50復(fù)Cu材料的結(jié)構(gòu)示意圖，不同之處在于Agff50的一面為網(wǎng)紋形，該面為與Cu層緊密接觸的一面。
[0029]進(jìn)一步的，本發(fā)明提供一種用于斷路器的AgW50復(fù)Cu電接觸材料及其制備方法，具體的，制備方法可以采用以下步驟和具體參數(shù)進(jìn)行實(shí)施:
[0030]第一步，首先將W粉和Ag粉均勻混合，然后置于混粉機(jī)中進(jìn)行混粉。其中優(yōu)選參數(shù)可以采用:W粉含量為60 %?70 %，Ag粉含量為30 %?40 %?；旆鬯俣仍?0轉(zhuǎn)/分鐘-35轉(zhuǎn)/分鐘之間；混粉時(shí)間在2-5小時(shí)之間。
[0031]第二步，將第一步獲得的混合粉體進(jìn)行球磨造粒和過(guò)篩。其中優(yōu)選參數(shù)可以采用:球磨轉(zhuǎn)速在30轉(zhuǎn)/分鐘-150轉(zhuǎn)/分鐘之間；球磨時(shí)間在5-15小時(shí)；球料比(即球珠和粉體重量比例)在2-10之間；所過(guò)篩的目數(shù)在100目-300目之間。
[0032]第二步，將第二步獲得的復(fù)合粉體進(jìn)行造粒。其中造?？梢悦子盟3父造粒。所述拌膠造粒優(yōu)選參數(shù)為:所用拌膠量為復(fù)合粉體重量的0.5% -1%。
[0033]第四步，將第三步造粒后的粉體進(jìn)行成型壓制得到AgW生坯。其中AgW生坯的一面(與Cu片接觸的一面)為鋸齒形、網(wǎng)紋等能夠與Cu片接觸面緊密結(jié)合的形狀，鋸齒及網(wǎng)紋的高度在0.lmm-0.5mm之間，AgW生坯厚度根據(jù)產(chǎn)品所需計(jì)算獲得，成型壓力在1?15MPa之間。
[0034]第五步，將AgW生還與Ag通過(guò)恪滲燒結(jié)合成AgW50。優(yōu)選地，所述恪滲燒結(jié)是將Ag置于AgW生坯上，在高溫?zé)Y(jié)溫度下液態(tài)的Ag在毛細(xì)管力作用下浸入AgW生坯中，獲得致密燒結(jié)體AgW50復(fù)合材料。更佳的，所述熔滲燒結(jié)的條件可以包括在還原性氣體中，其中，還原性氣體可以為氫氣等。更佳的，燒結(jié)溫度在1000-1200°C之間，保溫時(shí)間在0.5-10小時(shí)之間；Ag和AgW生坯的重量比可以為0.20-0.40: 1，此處所述的和AgW生坯一起進(jìn)行熔滲燒結(jié)的Ag可以以塊狀、片狀和粉末狀等形式存在，優(yōu)選為片狀。
[0035]第六步，將Cu片進(jìn)行熱處理后鍍銀，優(yōu)選地，熱處理溫度在450°C _700°C之間，熱處理時(shí)間在0.5-3小時(shí)，電鍍后銀層3-8 μπι ;
[0036]第七步，將熔滲燒結(jié)獲得的AgW50料塊與鍍銀后的Cu片進(jìn)行復(fù)合得到AgW50復(fù)Cu坯體。其中，復(fù)合工藝采用冷壓復(fù)合，優(yōu)選參數(shù)可以采用:冷壓壓力在4?20MPa，保壓時(shí)間
0.3?5秒，Agff50復(fù)Cu還體中AgW50層厚度與Cu層厚度之比為0.20?1之間。
[0037]第八步，將復(fù)合后獲得的AgW50復(fù)Cu坯體進(jìn)行燒結(jié)，其中優(yōu)選參數(shù)可以采用:燒結(jié)溫度在750-850°C之間；燒結(jié)時(shí)間在0.5-2小時(shí)之間，燒結(jié)氣氛為比或N2氣。
[0038]第九步，將燒結(jié)后的AgW50復(fù)Cu坯體進(jìn)行整形，其中優(yōu)選參數(shù)可以采用:整形壓力4?20MPa之間，保壓時(shí)間0.3?1秒之間。
[0039]第十步，將整形后獲得的AgW50復(fù)Cu坯體進(jìn)行清洗。
[0040]以下通過(guò)具體應(yīng)用