一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料及其制造方法。通過(guò)霧化法或混粉法制造銀合金粉末和制造銅合金粉末，之后將銀合金粉末、銅合金粉末先制造成銀合金/銅合金帶材，之后將銀合金/銅合金帶材與釬料帶材經(jīng)過(guò)復(fù)合得到三復(fù)合電觸頭材料。提供了一種材料成本低、綜合電氣性能優(yōu)良的節(jié)銀、環(huán)保的電觸頭材料來(lái)替代傳統(tǒng)的銅合金觸頭、銀合金觸頭及銀銅合金觸頭材料。
【專利說(shuō)明】
一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種合金材料，更具體的說(shuō)是涉及一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料。
【背景技術(shù)】
[0002]繼電器、接觸器、斷路器的核心元件為電觸頭(點(diǎn))，它承擔(dān)著接通分?jǐn)嚯娏鞯姆敝厝蝿?wù)，觸頭元件的優(yōu)劣取決于電觸頭(點(diǎn))材料的性能和科學(xué)有效的組合，它是電器安全的重要保證。
[0003]目前，市場(chǎng)上使用量最大的觸頭材料是銀合金和銅合金兩大類。銅合金觸頭材料部分應(yīng)用在斷路器及高壓開(kāi)關(guān)上，銅合金觸頭材料雖然價(jià)格低廉，但銅合金電觸頭抗氧化性能差，在裝機(jī)后到商用的時(shí)間長(zhǎng)短不一，電器擱置時(shí)間長(zhǎng)、使用時(shí)電觸頭表面會(huì)形成氧化膜，另外在使用時(shí)分?jǐn)鄷?huì)釋放大量的熱，也會(huì)造成表面受熱氧化生成氧化膜，使接觸電阻增大影響導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，使電器的溫升增加;開(kāi)關(guān)溫升的增高，會(huì)加速開(kāi)關(guān)內(nèi)所有元器件的失效，縮短其電壽命。因此出現(xiàn)惡性循環(huán)，使電器過(guò)熱導(dǎo)致?lián)p壞及出現(xiàn)觸點(diǎn)熔焊釀成安全事故。
[0004]現(xiàn)有銀合金觸頭材料廣泛應(yīng)用在繼電器、接觸器、斷路器上。其中，銀鎢和銀碳化鎢石墨是使用在斷路器上的典型材料。
[0005]另外一般的小型斷路器使用銀氧化鎘或銀石墨合金(如AgC4)觸頭材料等。但其含銀量都很高，銀氧化鎘觸頭材料的含銀量均在85%以上，且是目前觸頭材料市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，每年耗銀量相當(dāng)龐大。然而如今的白銀資源非常有限，隨著用量的增加，必將導(dǎo)致白銀價(jià)格飛漲，從而使生產(chǎn)電觸頭材料的成本居高不下，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益下降，社會(huì)效益也大為削減。而且該類產(chǎn)品的另一金屬元素鎘對(duì)環(huán)境污染較大，不符合如今環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)。因此，電器制造商對(duì)在保證質(zhì)量的前提下，要求合金行業(yè)采用賤金屬代替貴金屬銀來(lái)減低產(chǎn)品成本的呼聲越來(lái)越高。為此，我們需要尋求一種能綜合銅合金觸頭和銀合金觸頭優(yōu)良性能，且材料成本低、綜合電氣性能優(yōu)良的節(jié)銀、環(huán)保的電觸頭材料來(lái)替代傳統(tǒng)的銅合金觸頭、銀合金觸頭及銀銅合金觸頭材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種材料成本低、綜合電氣性能優(yōu)良的節(jié)銀、環(huán)保的電觸頭材料來(lái)替代傳統(tǒng)的銅合金觸頭、銀合金觸頭及銀銅合金觸頭材料。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:
[0008]一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制造方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1:制備釬料，將銀、鎳、磷、錫、鋅等元素中的一種或兩種及以上金屬與銅進(jìn)行熔煉、鑄錠、擠壓、乳制成所需的帶材厚度備用。
[0010]步驟2:制備銀合金粉與銅合金粉，通過(guò)金屬熔煉、霧化、粉末氧化等工藝獲得銀合金粉;通過(guò)金屬熔煉、霧化等工藝銅合金粉;或采用在銀粉或銅粉中直接混入所需比例的金屬氧化物粉獲得銀合金粉或銅合金粉。
[0011]步驟3:將步驟2所得的銀合金粉和銅合金粉，分別按所需比例，采用混粉法，加入添加物，和一定比例的磨料進(jìn)行混合，分別得到銀合金混粉和銅合金混粉；
[0012]步驟4:在橡膠包套內(nèi)按比例設(shè)置隔板，將銀合金混粉和銅合金混粉分別倒入橡膠包套隔板的兩端后，緩慢取出隔板，鎖緊橡膠包套，放入等靜壓擠壓缸內(nèi)，擠壓成銀合金/銅合金錠；
[0013]步驟5:將銀合金/銅合金錠進(jìn)行燒結(jié)；
[0014]步驟6:將燒結(jié)后的銀合金/銅合金錠進(jìn)行復(fù)壓、擠壓和制扎得到銀合金/銅合金料帶；
[0015]將釬料制成釬料層帶材，所述釬料為銀銅磷釬料、銀銅鋅釬料或非晶釬料；
[0016]步驟7:銀合金/銅合金料帶、釬料帶材依次疊加在一起進(jìn)行熱復(fù)合；
[0017]步驟8:將熱復(fù)合后的帶材經(jīng)冷乳、沖制等工藝制造成三層復(fù)合觸點(diǎn)。
[0018]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟2:將銀和所添加金屬元素以及稀土元素，進(jìn)行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1400°C，合金化后用高壓水使其霧化成銀合金粉末，然后烘干并過(guò)150?250目篩得到銀合金粉末，再進(jìn)行氧化處理；
[0019]將銅和所添加金屬元素以及稀土元素，進(jìn)行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1400°C，合金化后用高壓水使其霧化成銀合金粉末，然后烘干并過(guò)150?250目篩得到銅合金粉末。
[0020]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟2中的氧化溫度為500?700°C，氧氣壓強(qiáng)為I?3Mpa，時(shí)間為5?15小時(shí)。
[0021 ]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):其特征在于:
[0022]所述步驟3中添加物為金剛石、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種，混合方式為球磨，混粉時(shí)間為6?10小時(shí)，球料比為15?25: I。
[0023]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟4中其等靜壓初坯成型壓強(qiáng)150?200Mpa，控制密度為理論密度的75?90%，初坯裝入燒結(jié)爐后抽真空充入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，燒結(jié)溫度為800?1000°C，時(shí)間為2?5小時(shí)，而后隨爐冷卻至50°C以下出爐。作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟5中，擠壓溫度為880°C，擠壓比為100;
[0024]所述步驟7中復(fù)合溫度為800?900 °C，速度為3?5米/分；
[0025]所述步驟7中將熱復(fù)合好后的帶材進(jìn)行保溫退火，同時(shí)使用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)，溫度為500?650°C，時(shí)間為I?3小時(shí)，冷乳時(shí)每道乳制量小于20%。
[0026]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟2中金屬元素為鎳、鎂、鋁、鈣、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鋅、鋯、鈮、鉬、銀、銦、錫、銻、碲、鉿、鉭、鎢、錸、鉍以及其相對(duì)應(yīng)的氧化物中至少一種;所述稀土元素為鈧、釔、鑭、鈰、釹、鐿、镥以及相對(duì)應(yīng)的上稀土合金中至少一種。
[0027]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟3中非金屬為石墨、硼、娃、磷中至少一種，所述非金屬化合物為硼、硅、磷的化合物以及碳化硅中至少一種。
[0028]作為發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟I和步驟3中的金屬氧化物為Sn02、ZnO、CuO、Fe203、CdO、In203、Bi203、A1203、Mo03、Zr02 中至少一種。
[0029]一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料:
[0030]依次設(shè)置的銀合金層、銅合金層、釬料層:
[0031]所述銀合金層包括下列重量百分?jǐn)?shù)組成:銀80?99.9% ;
[0032]銀層添加物:
[0033]金屬、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種:0.1?12%、
[0034]金剛石微粉0.05?4%、
[0035]稀土元素總量0.01?5.7%;
[0036]所述銅合金層包括下列重量百分?jǐn)?shù)組成:銅80?99.9% ;
[0037]銅層添加物:
[0038]金屬、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種:0.1?12%、
[0039]金剛石微粉0.05?4%、
[0040]稀土元素總量0.01?5.7%;
[0041 ]所述釬料層為銀銅磷釬料、銀銅鋅釬料或非晶釬料。
[0042]本發(fā)明的有益效果，
[0043]1.在銀合金層和銅合金層中添加金剛石微粉和鎳粉，占總量0.5?40%，以及石墨、棚、招、娃、憐、欽、?凡、絡(luò)、猛、鐵、鉆、梓、錯(cuò)、銀、給、鑰、銀、銅、錫、鋪、石市、組、媽、鍊、秘、鈧、釔、鑭、鈰、釹、鐿、镥中的金屬、非金屬、金屬氧化物或非金屬化合物的一種或幾種，對(duì)材料的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，提高了材料的抗熔焊性和耐電弧燒損性。
[0044]2.采用了三層復(fù)合材料，提高了銅合金材料的抗氧化性，降低了材料的接觸電阻，提高了材料的導(dǎo)電率，降低了開(kāi)關(guān)電器的溫升。
[0045]3.采用大變形量熱復(fù)合工藝制造的加入添加物的三層復(fù)合材料，其銀合金層與銅合金層、銅合金層與釬料層之間結(jié)合牢固，并因復(fù)合效應(yīng)而提升了產(chǎn)品的綜合性能，提高了開(kāi)關(guān)電器的使用壽命。由于采用了三層復(fù)合工藝，節(jié)銀效果明顯，節(jié)銀量為70%左右，進(jìn)一步降低了電觸頭材料的成本。
[0046]4.由于本發(fā)明配方和工藝等設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)的電觸頭材料具有導(dǎo)電率高，接觸電阻低，組織均勻致密，結(jié)合強(qiáng)度高，抗氧化性好，具有優(yōu)良的抗熔焊性和耐電弧燒損性等特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0047]實(shí)施例:
[0048]包套擠壓制造銀合金/銅合金/釬料三層復(fù)合電觸頭材料
[0049]1、備料
[0050](I)制造銀金屬合金粉
[0051 ]制造銀金屬合金粉末時(shí)，將銀和所添加金屬元素以及稀土元素，進(jìn)行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1400 0C，合金化后使溶液溫度在1100 ± 30 °C時(shí)，用高壓水使其霧化成銀合金粉末，然后烘干并過(guò)200目篩，其中所用原料按質(zhì)量百分比計(jì)為:銀99%，鈰0.3%，釔
0.5%、鎳 0.2%。
[0052](2)制造銅金屬合金粉
[0053]制造銅金屬合金粉末時(shí)，將銅和所添加金屬元素以及稀土元素，進(jìn)行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1400°C，合金化后使溶液溫度在1150±30°C時(shí)，用高壓水使其霧化成銅合金粉末，然后烘干并過(guò)200目篩，其中所用原料按質(zhì)量百分比計(jì)為:銅98.9%，稀土鑭、釔、鈰合金 0.8%，鉍 0.1%，鎳 0.2%。
[0054](3)釬料:將銀、鋅、銅磷合金作為原料與銅按比例配方制造釬料，按(以質(zhì)量百分比計(jì)):銀2%、鋅5%、磷6%、銅余量，進(jìn)行恪煉、鑄錠。
[0055]2.合金粉球磨
[0056](I)將上步驟I所得的銀金屬合金粉末中添加鎳、金剛石微粉、氧化釔、氧化鑭、石墨、碳化硅，按銀金屬合金88%，鎳10%，金剛石微粉1%，鑭、釔0.5%，其他0.5%，在混粉球磨機(jī)內(nèi)均勻混合，混粉時(shí)間為8小時(shí)，球料比為20:1。
[0057](2)將上步驟I所得的銅金屬合金粉末中添加鎳、金剛石微粉、碳化硅，
[0058]按銅金屬合金97%，鎳1%，金剛石微粉1%，碳化硅1%，在混粉球磨機(jī)內(nèi)均勻混合，混粉時(shí)間為8小時(shí)，球料比為20: I。
[0059]3.等靜壓
[0060]將步驟2中的合金粉在橡膠包套內(nèi)，按產(chǎn)品的銀合金層厚度要求，按比例做隔板，將制造好的銀金屬合金粉末和銅合金粉末，分別倒入橡膠包套隔板的兩端，將其倒入的銀合金粉末和銅合金粉末搗實(shí)，緩慢取出包套內(nèi)隔板，鎖緊包套蓋子，放入等靜壓擠壓缸內(nèi)，擠壓成錠。等靜壓初坯成型壓強(qiáng)為180Mpa，控制密度為理論密度的90%，初坯裝入燒結(jié)爐后抽真空充入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，燒結(jié)溫度為930°C，時(shí)間為3小時(shí)，而后隨爐冷卻至40°C出爐。
[0061]4、擠壓乳制
[0062](I)將步驟3所得到錠坯進(jìn)行復(fù)壓、擠壓和乳制。將錠坯進(jìn)行復(fù)壓后，擠壓成板材，然后再進(jìn)行乳制獲得含添加物的銀合金/銅合金料帶備用。擠壓溫度為900°C，擠壓比為100。
[0063](2)將步驟I中的釬料錠進(jìn)行擠壓成板材，再通過(guò)冷乳、退火等工藝制造成釬料帶。
[0064]5、熱復(fù)合
[0065]將銀合金/銅合金料帶材和釬料帶材的復(fù)合面打磨干凈，再將其熱復(fù)合設(shè)備上進(jìn)行復(fù)合，其復(fù)合溫度為850°C，速度為4米/分。
[0066]6、乳制沖壓
[0067]將復(fù)合好的三層復(fù)合材料，乳制到所需的厚度，再?zèng)_制成產(chǎn)品。在加工過(guò)程中，帶材的退火需使用保護(hù)氣氛進(jìn)行保護(hù)，溫度為650°C，時(shí)間為2小時(shí)，冷乳時(shí)每道乳制量小于20%。
[0068]采用本發(fā)明制造的含有添加物的三層復(fù)合材料，其主要性能如下:
[0069]1.密度:彡8.38/0113;
[0070]2.硬度(HB)彡 70;
[0071]3.電阻率:彡2.15μΩ.cm;
[0072]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制造方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:制備釬料，將銀、鎳、磷、錫、鋅等元素中的一種或兩種及以上金屬與銅進(jìn)行熔煉、鑄錠、擠壓、乳制成所需的帶材厚度備用。 步驟2:制備銀合金粉與銅合金粉，通過(guò)金屬熔煉、霧化、粉末氧化等工藝獲得銀合金粉;通過(guò)金屬熔煉、霧化等工藝銅合金粉;或采用在銀粉或銅粉中直接混入所需比例的金屬氧化物粉獲得銀合金粉或銅合金粉。 步驟3:將步驟2所得的銀合金粉和銅合金粉，分別按所需比例，采用混粉法，加入添加物，和一定比例的磨料進(jìn)行混合，分別得到銀合金混粉和銅合金混粉； 步驟4:在橡膠包套內(nèi)設(shè)置隔板，將銀合金混粉和銅合金混粉分別倒入橡膠包套隔板的兩端后，緩慢取出隔板，鎖緊橡膠包套，放入等靜壓擠壓缸內(nèi)，擠壓成銀合金/銅合金錠； 步驟5:將銀合金/銅合金錠進(jìn)行燒結(jié)； 步驟6:將燒結(jié)后的銀合金/銅合金錠進(jìn)行復(fù)壓、擠壓和制扎得到銀合金/銅合金料帶； 將釬料制成釬料層帶材，所述釬料為銀銅磷釬料、銀銅鋅釬料或非晶釬料； 步驟7:銀合金/銅合金料帶、釬料帶材依次疊加在一起進(jìn)行熱復(fù)合； 步驟8:將熱復(fù)合后的帶材經(jīng)冷乳、沖制等工藝制造成三層復(fù)合觸點(diǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟2:將銀中添加金屬元素以及稀土元素，進(jìn)行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1400°C，合金化后用高壓水使其霧化成銀合金粉末，然后烘干并過(guò)150?250目篩得到銀合金粉末，再進(jìn)行氧化處理； 將銅中所添加金屬元素以及稀土元素，進(jìn)行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1400°C，合金化后用高壓水使其霧化成銅合金粉末，然后烘干并過(guò)150?250目篩得到銅合金粉末。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制造方法:其特征在于: 所述步驟2中的氧化溫度為500?7000C，氧氣壓強(qiáng)為I?3Mpa，時(shí)間為5?15小時(shí)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟3中添加物為金剛石、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種，混合方式為球磨，混粉時(shí)間為6?10小時(shí)，球料比為15?25: I。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟4中其等靜壓初坯成型壓強(qiáng)150?200Mpa，控制密度為理論密度的75?90%，初坯裝入燒結(jié)爐后抽真空充入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，燒結(jié)溫度為800?1000°C，時(shí)間為2?5小時(shí)，而后隨爐冷卻至50°C以下出爐。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟5中擠壓溫度為880°C，擠壓比為100; 所述步驟7中復(fù)合溫度為800?900°C，速度為3?5米/分； 所述步驟7中將熱復(fù)合好后的帶材進(jìn)行保溫退火，同時(shí)使用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)，溫度為500?650°C，時(shí)間為I?3小時(shí)，冷乳時(shí)每道乳制量小于20%。7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟2中金屬元素為鎳、鎂、招、I丐、鈦、銀、絡(luò)、猛、鐵、鈷、鋅、錯(cuò)、銀、鉬、銀、銦、錫、銻、碲、鉿、鉭、鎢、錸、鉍以及其相對(duì)應(yīng)的氧化物中至少一種;所述稀土元素為鈧、釔、鑭、鈰、釹、鐿、镥以及相對(duì)應(yīng)的稀土合金中至少一種。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制造方法:其特征在于:所述步驟3中非金屬為石墨、硼、硅、磷中至少一種，所述非金屬化合物為硼、硅、磷的化合物以及碳化硅中至少一種。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制造方法: 所述步驟2和步驟3中的金屬氧化物為51102、2110、010小6203工(10、111203、8丨203)1203、Mo03、Zr02中至少一種。10.如權(quán)利要求1至9所述制造方法制造的材料，其特征在于:包括依次設(shè)置的銀合金層、銅合金層、釬料層； 所述銀合金層包括下列重量百分?jǐn)?shù)組成:銀80?99.9%； 銀層添加物: 金屬、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種:0.04?12 %、 金剛石微粉0.05?4%、 稀土元素總量0.0I?5.7% ； 所述銅合金層包括下列重量百分?jǐn)?shù)組成:銅80?99.9%； 銅層添加物: 金屬、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種:0.04?12 %、 金剛石微粉0.05?4%、 稀土元素總量0.0I?5.7% ； 所述釬料層為銀銅磷釬料、銀銅鋅釬料或非晶釬料。
【文檔編號(hào)】H01H11/04GK106057526SQ201610504454
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】蔣源, 馮如信, 鄭元龍, 何高明
【申請(qǐng)人】溫州中希電工合金有限公司