一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料。通過(guò)包覆制備銀合金粉末，機(jī)械法制備銅合金粉末，之后將銀合金粉末、銅合金粉末、釬料制備成帶材，經(jīng)過(guò)符合得到三復(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】
一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料及其制備方法
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)是涉及一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料及其制備方法。
【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)熔釬釀成安全事故。
[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，電器制備商對(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]一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料，其制備方法包括:
[0009]步驟1:
[0010]步驟1-1采用包覆法制備銀合金粉末；[0011 ]步驟1-2采用機(jī)械法制備銅合金粉末；
[0012]步驟2:將銀合金粉末和銅合金粉末進(jìn)行燒結(jié)。
[0013]步驟3:分別將銀合金粉末、銅合金粉末和釬料制備成所要求厚度的帶材;步驟4:將銀合金層帶材、銅合金層帶材、釬料帶材依次疊加在一起進(jìn)行熱復(fù)合；
[0014]步驟5:將熱復(fù)合后的帶材經(jīng)冷乳、沖制等工藝制備成三層復(fù)合觸點(diǎn)。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1-1:稱取銀，使用硝酸溶解銀，制取硝酸銀，在硝酸銀溶液中加入金屬或金屬氧化物、非金屬或非金屬化合物、金剛石微粉、稀土或稀土化合物，再加入氨水，采用還原劑還原制取銀包覆粉，采用氨水調(diào)節(jié)PH值，PH值范圍控制在7.5?9.5，包覆粉末的制備粒度控制在-50目至500目之間，得到銀合金粉末，所述還原劑優(yōu)選水合肼。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟2中焙燒溫度為300?850V，焙燒時(shí)間為2?4小時(shí)。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3，將銀合金粉末、銅合金粉末經(jīng)過(guò)粉末壓錠、燒結(jié)、擠壓、冷乳得到銀合金帶材、銅合金帶材，將釬料經(jīng)過(guò)擠壓、冷乳得到釬料帶材，所述粉末壓錠，初坯成型壓強(qiáng)為90?450Mpa，控制密度為理論密度的75?88%，所述擠壓溫度在700?900。。。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1-2:將銅粉、金屬或金屬氧化物、非金屬或非金屬化合物、金剛石微粉、稀土或稀土化合物，通過(guò)球磨機(jī)進(jìn)行混粉，混粉時(shí)間為6?10小時(shí)，球料比為15?25:1，獲得銅合金粉末。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3中，燒結(jié)溫度為850?950°C，燒結(jié)時(shí)間為2?5小時(shí)，經(jīng)過(guò)燒結(jié)后進(jìn)行擠壓成型。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):步驟1-1和步驟1-2中的金屬或金屬氧化物為鋁、鎳、鈦、銀、絡(luò)、猛、鐵、鈷、鋅、錯(cuò)、銀、鉬、銀、銦、錫、鋪、碲、給、鉭、媽、錸及其對(duì)應(yīng)的氧化物;所述步驟1-1和步驟1-2中的非金屬或非金屬化合物為石墨、硼、硅、磷及其對(duì)應(yīng)的化合物;所述步驟1-1和步驟1-2中的稀土或稀土化合物為鈧、釔、鑭、鈰、釹、鐿、镥以及相對(duì)應(yīng)的化合物。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述釬料為銀銅磷釬料、銀銅鋅釬料或非晶釬料。一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料:包括依次設(shè)置的銀合金層、銅合金層、釬料層，
[0022]所述銀合金層包括下列重量百分?jǐn)?shù)組成:
[0023]銀80 ?99.9%;
[0024]銀層添加物:
[0025]金屬、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種:0.1?10.3%、
[0026]金剛石微粉0.05?4%、稀土元素總量0.01?5.7 % ;
[0027]所述銅合金層包括下列重量百分?jǐn)?shù)組成:
[0028]銅80?99.9%;
[0029]銅層添加物:
[0030]金屬、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種:0.1?10.3%、
[0031]金剛石微粉0.05?4%、
[0032]稀土元素總量0.01?5.7%;
[0033]所述釬料層為銀銅磷釬料、銀銅鋅釬料或非晶釬料。
[0034]本發(fā)明的有益效果，
[0035]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、鑰、銀、銅、錫、鋪、石市、組、媽、鍊、秘、銳、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，提高了材料的抗熔釬性和耐電弧燒損性。
[0036]2、采用化學(xué)包覆法制備銀合金粉，避免因材料不同屬性而產(chǎn)生的添加物偏析。
[0037]3.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。
[0038]4.采用大變形量熱復(fù)合工藝制備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。
[0039]5.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)良的抗熔釬性和耐電弧燒損性等特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0040]實(shí)施例:
[0041 ]包覆粉制備銀合金/銅合金/釬料三層復(fù)合電觸頭材料
[0042]銀合金粉采用包覆法獲得，其方法是將一定比例的硝酸銀，倒入裝有添加金屬、非金屬、非金屬化合物或金屬氧化物的一種或兩種以上元素或物質(zhì)，或加入稀土銅合金、金剛石微粉、鋯、釔、鏑合金的一種或兩種以上元素的盛器中，加入氨水，調(diào)節(jié)PH值在9.5，攪拌均勻后，加入一定量的水合肼，使硝酸銀完全沉淀，將沉淀過(guò)濾、清洗干凈并烘干。
[0043]銅合金粉采用機(jī)械混粉制備，其方法是將銅粉97.6%、金剛石微粉1.5%、鎢粉
0.2%,氧化鑭粉0.5%,鎳粉0.2 %進(jìn)行混粉，混粉在球磨機(jī)內(nèi)混合均勻，混粉時(shí)間8小時(shí)，球料比20:1，獲得銅合金粉末。
[0044]將銀合金粉末和銅合金粉末，經(jīng)焙燒處理得到金屬、非金屬或金屬氧化物粉末，焙燒溫度為7000C，時(shí)間為3小時(shí)。
[0045]將得到的混合物進(jìn)行靜壓初成型、燒結(jié)得到錠坯。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60 °C以下出爐。
[0046]將上述所得到錠坯進(jìn)行復(fù)壓、擠壓和乳制。將錠坯進(jìn)行復(fù)壓后，擠壓成帶材，然后再進(jìn)行乳制獲得含添加元素或金屬氧化物的銀合金帶材備用。擠壓溫度為900°C，擠壓比為100。
[0047]按上述步驟，制備好的銅合金帶材備用。
[0048]釬料層采用銀銅磷釬料或特殊釬料，制備工藝采用熔煉法，通過(guò)擠壓和乳制工藝，制備成帶材備用。
[0049]分別將含有添加元素的銀合金、銅合金和釬料帶材的復(fù)合面打磨并酸洗干凈，再將其分別或同時(shí)在熱復(fù)合設(shè)備上復(fù)合好，其復(fù)合溫度為850 V，速度為4米/分。
[0050]將熱復(fù)合后的帶材經(jīng)冷乳、沖制等工藝制備成節(jié)銀、環(huán)保型三層復(fù)合觸點(diǎn)。在加工過(guò)程中，帶材退火需使用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)，溫度為650°C，時(shí)間為2小時(shí)，冷乳時(shí)每次乳制量小于20%。采用本發(fā)明制備的含有添加物的三層復(fù)合材料，其主要性能如下:
[0051]1.密度:彡8.38/0113;
[0052]2.硬度(HB)彡 70;
[0053]3.電阻率:彡2.15μΩ.cm;
[0054]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)】
1.一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料的制備方法，其特征在于:制備方法包括: 步驟1: 步驟1-1采用包覆法制備銀合金粉末； 步驟1-2采用機(jī)械法制備銅合金粉末； 步驟2:將銀合金粉末和銅合金粉末進(jìn)行燒結(jié)； 步驟3:分別將銀合金粉末、銅合金粉末和釬料制備成所要求厚度的帶材； 步驟4:將銀合金層帶材、銅合金層帶材、釬料帶材依次疊加在一起進(jìn)行熱復(fù)合； 步驟5:將熱復(fù)合后的帶材經(jīng)冷乳、沖制等工藝制備成三層復(fù)合觸點(diǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料的制備方法，其特征在于:所述步驟1-1:稱取銀，使用硝酸溶解銀，制取硝酸銀，在硝酸銀溶液中加入金屬或金屬氧化物、非金屬或非金屬化合物、金剛石微粉、稀土或稀土化合物，再加入氨水，采用還原劑還原制取銀包覆粉，采用氨水調(diào)節(jié)PH值，PH值范圍控制在7.5?9.5，包覆粉末的制備粒度控制在-50目至500目之間，得到銀合金粉末，所述還原劑優(yōu)選水合肼。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料的制備方法，其特征在于:所述步驟2中焙燒溫度為300?8500C，焙燒時(shí)間為2?4小時(shí)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料，其特征在于: 所述步驟3，將銀合金粉末、銅合金粉末經(jīng)過(guò)粉末壓錠、燒結(jié)、擠壓、冷乳得到銀合金帶材、銅合金帶材，將釬料經(jīng)過(guò)擠壓、冷乳得到釬料帶材，所述粉末壓錠，初坯成型壓強(qiáng)為90?450Mpa，控制密度為理論密度的75?88%，所述擠壓溫度在700?900°C。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料的制備方法，其特征在于: 所述步驟1-2:將銅粉、金屬或金屬氧化物、非金屬或非金屬化合物、金剛石微粉、稀土或稀土化合物，通過(guò)球磨機(jī)進(jìn)行混粉，混粉時(shí)間為6?10小時(shí)，球料比為15?25:1，獲得銅合金粉末。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料的制備方法，其特征在于:所述步驟3中，燒結(jié)溫度為850?9500C，燒結(jié)時(shí)間為2?5小時(shí)，經(jīng)過(guò)燒結(jié)后進(jìn)行擠壓成型。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料的制備方法，其特征在于:步驟1-1和步驟1-2中的金屬或金屬氧化物為鋁、鎳、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鋅、鋯、鈮、鉬、銀、銦、錫、銻、碲、鉿、鉭、鎢、錸及其對(duì)應(yīng)的氧化物;所述步驟1-1和步驟1-2中的非金屬或非金屬化合物為石墨、硼、硅、磷及其對(duì)應(yīng)的化合物;所述步驟1-1和步驟1-2中的稀土或稀土化合物為鈧、釔、鑭、鈰、釹、鐿、镥以及相對(duì)應(yīng)的化合物。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種包套法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制備方法:所述釬料為銀銅磷釬料、銀銅鋅釬料或非晶釬料。9.如權(quán)利要求1至8所述制備方法制備的材料，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:0.1?10.3%、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:0.1?10.3%、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)】H01H11/04GK106057527SQ201610504467
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】馮如信, 鄭元龍, 蔣源, 何高明
【申請(qǐng)人】溫州中希電工合金有限公司