專利名稱：細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電接觸材料的制備方法，具體涉及的是一種細(xì)顆粒氧化錫增
強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法，此合金材料制備的銀觸點(diǎn)包括應(yīng)用于各種繼電器、接觸器 開關(guān)使用的電觸點(diǎn)及雙金屬復(fù)合鉚釘電觸點(diǎn)、片材等。
背景技術(shù)：
隨著電器產(chǎn)品向大容量、小體積的方向發(fā)展，對(duì)電觸點(diǎn)材料的要求日益增高要求 材料抗熔焊、耐機(jī)械及耐電磨損性能要好；在分?jǐn)噙^程中產(chǎn)生的金屬飛濺少，燃弧時(shí)間短； 在直流環(huán)境下，抗熔焊性好，材料轉(zhuǎn)移少，接觸電阻低而穩(wěn)定。 目前廣為使用的銀氧化鎘電觸點(diǎn)材料雖然有優(yōu)良的性能和較低的材料成本，尤其 是高氧化鎘含量更是如此，制作工藝也很穩(wěn)定成熟，如中國專利95111070所述，但是金屬 鎘和鎘鹽對(duì)人體和環(huán)境有害，將來的趨勢(shì)是逐漸減少乃至停止使用金屬鎘材料或化學(xué)物的 金屬觸點(diǎn)材料。 目前，最有希望替代Ag-Cd0材料的材料體系主要有Ag-Sn02系列材料。因此尋找
能夠替代Ag-Cd0新型電觸點(diǎn)材料成為目前國內(nèi)外研究的焦點(diǎn)之一。如今Ag-Sn02材料制
備方法主要有粉末冶金方法、內(nèi)氧化法、粉末預(yù)氧化法和化學(xué)包覆法。典型例子如下 (1)納米銀氧化錫電觸頭及其制備方法CN1417817A (2) —種銀氧化錫材料的制備方法CN1425790A (3)銀氧化錫氧化銦電觸點(diǎn)線材及其生產(chǎn)工藝CN1167835A (4)新型銀氧化錫絲材電觸頭材料制造方法CN101202169A 內(nèi)氧化法是將Ag-Sn合金在高溫高壓富氧環(huán)境下加熱，通過氧氣擴(kuò)散在合金內(nèi)部 生成Sn02顆粒。這種方法可以獲得精細(xì)的Sn02粒子，但存在氧化時(shí)間過長(zhǎng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在 氧化梯度等問題。粉末預(yù)氧化法是將AgSn合金霧化制粉，然后再預(yù)氧化的方法，這種方法 對(duì)于超過4% Sn含量的AgSn合金粉而言，內(nèi)氧化速度仍然很慢，同時(shí)容易形成Sn02包Ag 的顆粒情況，粉末冶金加工時(shí)容易形成Sn02隔離Ag基體的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致加工性能差。采用粉 末冶金法制備Ag-Sn(^材料具有添加容易操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但其制備所獲得材料致密性差， 強(qiáng)度不夠，顆粒彌散性不足的缺點(diǎn)。而化學(xué)包覆法制備工序復(fù)雜，不易操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上背景技術(shù)存在的不足，提供一種細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材
料的制備方法，采用機(jī)械合金化與預(yù)氧化相結(jié)合的方法，主要為在機(jī)械合金化過程中充入
高壓氧氣，使得AgSn合金預(yù)氧化和球磨同步進(jìn)行，通過氧氣和巨大球磨能量的共同作用， 改善材料Sn02顆粒的分布，縮短氧化時(shí)間。同時(shí)由于沒有常規(guī)氧化過程中的高溫作用，Sn02 顆粒長(zhǎng)大緩慢，并通過控制機(jī)械合金化工藝即可獲得亞微米或納米Sn02顆粒增強(qiáng)的銀基復(fù) 合材料。本發(fā)明所獲得的AgSn02材料中Sn02平均粒度在0. 01 y m_l y m之間，具有優(yōu)良的 力學(xué)和抗熔焊性能。
為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明所述的銀氧化錫電觸頭材料的制備方法，包括如下步 驟 第一步，將AgSn合金粉和添加劑過篩后混和后高能球磨，球料比在l : 1 50 : 1 之間，球磨氣氛為氧氣，氧壓為0. 5-5MPa ; 所述添加劑不超過細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料總重的1%，可以為以下物 質(zhì)中的一種或幾種W03、 Ge02、 WC、 W、 C、 M03和金剛石。
所述過篩，是指過100目篩。 所述球磨，其轉(zhuǎn)速在200-500轉(zhuǎn)/分鐘之間，球磨時(shí)間在10h-30h之間。 第二步，將球磨后粉末進(jìn)行退火處理，退火氣氛為空氣或惰性氣體； 所述退火，其溫度在300-80(TC之間，退火時(shí)間在lh-5h之間。 第三步，將退火后粉末等靜壓制成坯體； 所述等靜壓壓強(qiáng)在100-500MPa之間。 第四步，將等靜壓獲得坯體在氧氣氣氛下燒結(jié)； 所述燒結(jié)，燒結(jié)溫度在600-90(TC，燒結(jié)時(shí)間在2h-10h之間。 第五步，將燒結(jié)后坯體進(jìn)行熱壓； 所述熱壓，其溫度為400-900 °C ，熱壓壓力為300-700MPa，熱壓時(shí)間為 lmin-30min。 第六步，對(duì)熱壓后坯體進(jìn)行復(fù)燒，復(fù)燒工藝同第四步；
第七步，將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓獲得線材或帶材。 所述熱擠壓，其中坯體加熱溫度在600-90(TC，擠壓比在10-400之間，擠壓速度為 5-8cm/min，擠壓模具預(yù)熱溫度200-500°C 。 本發(fā)明銀氧化錫材料制備方法中，所述AgSn合金粉中Sn含量(以銀錫合金總重 為100%)可以在3-18%重量比之間；AgSn合金粉還可以含有不超過總重3X的In、Cu、Bi、 Sb、Zn中的一種或幾種。 本發(fā)明所述AgSn合金粉可以由霧化方法或機(jī)械破碎方法獲得。
本發(fā)明由于采用了機(jī)械合金化與高壓常溫預(yù)氧化方法相結(jié)合，使得在機(jī)械合金化 過程中不斷的有新鮮AgSn合金粉表面暴露，從而促進(jìn)AgSn合金粉不斷與氧氣相結(jié)合，在巨 大高能撞擊下加速氧化過程的實(shí)現(xiàn)。該方法使得氧化獲得的Sn02顆粒在Ag基體中彌散分 布。同時(shí)，采取這種方法可以任意添加其他成分元素，氧化時(shí)間短、具有工藝操作簡(jiǎn)便靈活 的特點(diǎn)。因此采用本發(fā)明方法制備的AgSn02材料具有理想亞微米或納米組織結(jié)構(gòu)和優(yōu)良 的綜合性能，制備周期縮短1/2，材料強(qiáng)度和硬度提高10%以上，抗熔焊性及耐電弧燒蝕性 能提高15%以上。


圖1為本發(fā)明的方法流程圖 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中采用的充氧高壓機(jī)械合金化設(shè)備簡(jiǎn)圖
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作一詳細(xì)描述，以下的實(shí)施例只是作為理解本發(fā)明技術(shù)方案之用，并不是用于限定本發(fā)明的范圍。 如圖1所示，用于示意本發(fā)明以下實(shí)施例的方法流程。 如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中采用的充氧高壓機(jī)械合金化設(shè)備見簡(jiǎn)圖，其中1-球 磨罐蓋；2-攪拌軸；3-球磨體；4-粉末；5-球磨罐；6-氧氣進(jìn)氣管。首先將球磨罐蓋1打
開，將球磨體3與待球磨粉末4放入球磨罐5中，擰緊球磨罐蓋1后通過氧氣進(jìn)氣管6進(jìn)行 充氧，待氧壓達(dá)到要求后，啟動(dòng)攪拌軸2帶動(dòng)球磨體3進(jìn)行高能球磨。
實(shí)施例一 1、采用霧化方法獲得的AgSn合金粉，其中Sn含量為18%、余量為Ag。將過100 目篩后的10kgAgSn合金粉和130g W03粉末裝入圖2所示球磨罐中，再按球料比50 : l將 磨球加入，然后將圖2所示球磨罐蓋蓋好后擰緊，之后將氧氣通過圖2中所示的輸氣管充入 球磨罐中，使球磨罐內(nèi)氧壓達(dá)到0. 5MPa。球磨轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為3h，球磨氣 氛為氧氣，氧壓為O. 5MPa; 2、將球磨后粉末在空氣中30(TC下退火5h ; 3、然后將退火處理后的粉末在等靜壓強(qiáng)500MPa下壓制成坯； 4、將壓制好的坯體在氧氣氣氛下90(TC燒結(jié)2h ; 5、將燒結(jié)還體在40(TC下700MPa熱壓，熱壓時(shí)間為1分鐘； 6、隨后將熱壓坯體復(fù)燒，即在氧氣氣氛下90(TC燒結(jié)2h ; 7、最后將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓坯體加熱溫度90(TC，模具預(yù)熱500°C， 擠壓比為400，擠壓速度為5cm/min。 通過上述工藝即可獲得彌散分布的Ag-20Sn02材料，此材料中Sn02顆粒平均粒度 為0. 5 ii m，抗拉強(qiáng)度為400MPa，電阻率為3. 5 y Q cm，硬度為135HV。
實(shí)施例二 1、采用霧化方法獲得的AgSnCu合金粉，其中Sn含量為3%、余量為Ag。將過100
目篩后的10kg AgSn合金粉末裝入圖2球磨罐中，再以球料比為l : l將磨球加入，將圖2中
球磨罐蓋蓋好擰緊，之后將氧氣通過圖2中輸氣管充入球磨罐中，使球磨罐內(nèi)氧壓為5MPa。
球磨轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)，球磨時(shí)間為30h，球磨氣氛為氧氣，氧壓為5MPa ; 2、將球磨后粉末在空氣中80(TC下退火lh ; 3、然后將退火處理后的粉末在等靜壓強(qiáng)lOOMPa下壓制成坯； 4、將壓制好的坯體在氧氣氣氛下60(TC燒結(jié)10h ; 5、將燒結(jié)還體在90(TC下300MPa熱壓，熱壓時(shí)間為30分鐘； 6、隨后將熱壓坯體復(fù)燒，即在氧氣氣氛下60(TC燒結(jié)10h ; 7、最后將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓坯體加熱溫度60(TC，模具預(yù)熱200°C， 擠壓比為IO，擠壓速度為8cm/min。 通過上述工藝即可獲得彌散分布的Ag_4Sn02材料，此材料Sn02顆粒平均粒度為 0. 01 ii m，抗拉強(qiáng)度為230MPa，電阻率為2. 0 y Q cm，硬度為55HV。
實(shí)施例三 1、采用霧化方法獲得的AgSnCu合金粉，其中Sn含量為10^、Cu含量為3%、余量 為Ag。將過100目篩后的10kg AgSnCu合金粉和100g W03粉末混合球磨，球料比為15 : 1， 球磨轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)，球磨時(shí)間為10h，球磨氣氛為氧氣，氧壓為lMPa ;
2、將球磨后粉末在空氣中60(TC下退火3h ; 3、然后將退火處理后的粉末在等靜壓強(qiáng)300MPa下壓制成坯； 4、將壓制好的坯體在氧氣氣氛下80(TC燒結(jié)5h ; 5、將燒結(jié)還體在60(TC下500MPa熱壓，熱壓時(shí)間為15分鐘； 6、隨后將熱壓坯體復(fù)燒，即在氧氣氣氛下80(TC燒結(jié)5h ; 7、最后將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓坯體加熱溫度80(TC，模具預(yù)熱400°C， 擠壓比為300，擠壓速度為6cm/min。 通過上述工藝即可獲得彌散分布的Ag_12Sn02材料，此材料Sn02顆粒平均粒度為 0. 2 ii m，抗拉強(qiáng)度為300MPa，電阻率為2. 8 y Q cm，硬度為125HV。
實(shí)施例四 1、采用霧化方法獲得的AgSnlnCu合金粉，其中Sn含量為6X、 Cu占1%、 In占
2X、余量為Ag。將過100目篩后的10kg AgSnlnCu合金粉混合球磨，球料比為25 : l，球
磨轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)，球磨時(shí)間為8h，球磨氣氛為氧氣，氧壓為2MPa ; 2、將球磨后粉末在空氣中40(TC下退火3h ; 3、然后將退火處理后的粉末在等靜壓強(qiáng)250MPa下壓制成坯； 4、將壓制好的坯體在氧氣氣氛下85(TC燒結(jié)3h ; 5、將燒結(jié)還體在75(TC下300MPa熱壓，熱壓時(shí)間為10分鐘； 6、隨后將熱壓坯體復(fù)燒，即在氧氣氣氛下85(TC燒結(jié)3h ; 7、最后將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓坯體加熱溫度83(TC，模具預(yù)熱350°C， 擠壓比為200，擠壓速度為5cm/min。 通過上述工藝即可獲得彌散分布的Ag_8Sn02材料，此材料Sn02顆粒平均粒度為 0. 8 ii m，抗拉強(qiáng)度為285MPa，電阻率為2. 45 y Q cm，度為105HV。
實(shí)施例五 1、采用霧化方法獲得的AgSnBiCu合金粉，其中Sn含量為12%、 Bi占1%、 Cu占
1^、余量為Ag。將過IOO目篩后的10kg AgSnBiCu合金粉、70g M03及30gWC粉末混合球
磨，球料比為50 : l，球磨轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)，球磨時(shí)間為3h，球磨氣氛為氧氣，氧壓為2. 5MPa ; 2、將球磨后粉末在空氣中80(TC下退火lh ; 3、然后將退火處理后的粉末在等靜壓強(qiáng)500MPa下壓制成坯； 4、將壓制好的坯體在氧氣氣氛下85(TC燒結(jié)5h ; 5、將燒結(jié)還體在70(TC下700MPa熱壓，熱壓時(shí)間為5分鐘； 6、隨后將熱壓坯體復(fù)燒，即在氧氣氣氛下85(TC燒結(jié)5h ; 7、最后將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓坯體加熱溫度90(TC，模具預(yù)熱500°C， 擠壓比為400，擠壓速度為5cm/min。 通過上述工藝即可獲得彌散分布的Ag_15Sn02材料，此材料Sn02顆粒平均粒度為 1 y m，抗拉強(qiáng)度為350MPa，電阻率為3. 2 y Q cm，硬度為145HV。
實(shí)施例六 1、采用霧化方法獲得的AgSn合金粉，其中Sn含量為18%、余量為Ag。將過100 目篩后的10kgAgSn合金粉混合球磨，球料比為1 : l，球磨轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)，球磨時(shí)間為30h， 球磨氣氛為氧氣，氧壓為0. 8MPa ;
6
2、將球磨后粉末在空氣中80(TC下退火lh ; 3、然后將退火處理后的粉末在等靜壓強(qiáng)lOOMPa下壓制成坯； 4、將壓制好的坯體在氧氣氣氛下80(TC燒結(jié)6h ; 5、將燒結(jié)還體在60(TC下700MPa熱壓，熱壓時(shí)間為3分鐘； 6、隨后將熱壓坯體復(fù)燒，即在氧氣氣氛下80(TC燒結(jié)6h ; 7、最后將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓坯體加熱溫度80(TC，模具預(yù)熱500°C， 擠壓比為350，擠壓速度為7cm/min。 通過上述工藝即可獲得彌散分布的Ag_15Sn02材料，此材料Sn02顆粒平均粒度為
0. 1 ii m，抗拉強(qiáng)度為340MPa，電阻率為2. 8 y Q cm，硬度為145HV。 由于工藝步驟和操作與以上實(shí)例相似，表1列出以下材料成分及其性能
Sn02粒度 (y m)導(dǎo)電率 li Q . cm抗拉強(qiáng)度 MPa硬度 (HV)
Ag-10Sn02-lWC0. 22. 6350115
Ag-12Sn02-lW0. 12. 7360125
Ag-12Sn02-0. 3W-0. 2金剛石0. 053. 0365135
Ag-8Sn02-0. 3Ge02-0. 2CuO0. 32. 7335120
Ag-8Sn02-0. 6Ge02-2In2030. 52. 65320125
Ag-12Sn02-0. 5W-0. 5石墨12. 8375135
權(quán)利要求
一種細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟第一步，將AgSn合金粉、添加劑過篩后混合高能球磨，球料比在1∶1～50∶1之間，球磨氣氛為氧氣，氧壓為0.5MPa～5MPa；所述添加劑不超過細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料總重1％，為以下物質(zhì)中的一種或幾種WO3、GeO2、WC、W、C、MO3和金剛石；第二步，將球磨后粉末進(jìn)行退火處理，退火氣氛為空氣或惰性氣體；第三步，將退火后粉末等靜壓制成坯體；第四步，將等靜壓獲得坯體在氧氣氣氛下燒結(jié)；第五步，將燒結(jié)后坯體進(jìn)行熱壓；第六步，對(duì)熱壓后坯體進(jìn)行復(fù)燒，復(fù)燒工藝同第四步；第七步，將復(fù)燒后坯體進(jìn)行熱擠壓獲得線材或帶材。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法，其特征在 于，第一步中，所述過篩，是指過100目篩。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法，其特征在 于，第一步中，所述球磨，其轉(zhuǎn)速在200 500轉(zhuǎn)/分鐘之間，球磨時(shí)間在10h-30h之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法，其特征在 于，第二步中，所述退火，其溫度在300 80(TC之間，退火時(shí)間在lh 5h之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法，其特征在 于，第三步中，所述等靜壓壓強(qiáng)在100 500MPa之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法，其特征在 于，第四步中，所述燒結(jié)，燒結(jié)溫度在600 90(TC，燒結(jié)時(shí)間在2h 10h之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法，其特征在 于，第五步中，所述熱壓，其溫度為400 90(TC，熱壓壓力為300 700MPa，熱壓時(shí)間為 lmin 30min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法，其特征在 于，第七步中，所述熱擠壓，其中坯體加熱溫度在600 90(TC，擠壓比在10 400之間，擠 壓速度為5 8cm/min，擠壓模具預(yù)熱溫度200 500°C 。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法，其特征在 于，所述AgSn合金粉中Sn含量，占AgSn合金總重的3 18%之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法，其特征 在于，所述AgSn合金粉還可以含有不超過AgSn合金總重量3%的In、Cu、Bi、Sb、Zn中的一 種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開一種細(xì)顆粒氧化錫增強(qiáng)銀基電觸頭材料的制備方法，采用AgSn合金粉在球磨過程中相互混合碰撞，同時(shí)在球磨過程中保持高壓氧化氛圍，使得AgSn合金粉末預(yù)氧化與球磨分散過程同步進(jìn)行，可以極大縮短AgSn合金預(yù)氧化的時(shí)間，無需高溫氧化，改善SnO2分布狀況。本發(fā)明方法具有操作簡(jiǎn)單靈活的特點(diǎn)，采用本發(fā)明方法制備的銀氧化錫材料具有亞微米或納米SnO2顆粒增強(qiáng)相彌散分布的理想結(jié)構(gòu)，從而使得材料具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率及優(yōu)良的電學(xué)性能。
文檔編號(hào)C22C5/06GK101707153SQ20091019627
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者甘可可, 祁更新, 陳樂生, 陳曉 申請(qǐng)人:溫州宏豐電工合金有限公司