一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法。該方法適用于兩類材料，一類為銀氧化鎘材料，按重量百分比，含銀75-82%，氧化鎘15-22%，氧化銅0-5.5%、氧化鎳0.1-0.3%，以及微量其它氧化物；另一類為銀氧化錫氧化銦材料，按重量百分比，含銀78-85%，氧化錫11-17%，氧化銦3-8%、氧化鎳0.05-0.25%，以及微量其它氧化物。該制備方法包括熔煉、擠壓、復(fù)銀熱軋、冷軋、沖制、高溫?cái)U(kuò)散退火處理、內(nèi)氧化處理和后處理工序，所制備電接觸材料具有氧化物含量高、復(fù)銀界面結(jié)合強(qiáng)度高的特點(diǎn)，而且生產(chǎn)流程簡單，適合大批量生產(chǎn)。
【專利說明】一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電觸頭的制造工藝，尤其是一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]銀金屬氧化物觸點(diǎn)材料具有優(yōu)良的抗熔焊性、抗電弧侵蝕性、低而穩(wěn)定的接觸電阻以及良好的加工性能，在繼電器、控制器、各種電流等級(jí)交流接觸器和小型斷路器上得到廣泛應(yīng)用。目前銀金屬氧化物觸點(diǎn)材料通常采用合金預(yù)氧化法和合金內(nèi)氧化法制備。合金預(yù)氧化法制備觸頭氧化物顆粒細(xì)小，組織均勻，但材料致密性和加工性差，角料回收復(fù)雜困難。合金內(nèi)氧化法采用常規(guī)的熔鑄-擠壓-熱軋-冷軋-沖制-內(nèi)氧化工藝，適合大批量生產(chǎn)，是目前銀金屬氧化物片狀觸點(diǎn)的主要制備方法。
[0003]目前廣泛應(yīng)用的內(nèi)氧化法制備銀氧化鎘、銀氧化錫氧化銦觸頭材料氧化物含量約為15wt%及以下，即銀含量在85被％及以上。隨著貴金屬資源日益枯竭和銀價(jià)的持續(xù)波動(dòng)，電器生產(chǎn)廠家在觸點(diǎn)方面的成本壓力日益明顯，開發(fā)性能優(yōu)良的高氧化物含量觸點(diǎn)以達(dá)到節(jié)銀目的，成為廣大觸點(diǎn)制造商的一個(gè)研究方向。據(jù)報(bào)道，AgCd017觸點(diǎn)已經(jīng)成功批量應(yīng)用于32-800A等級(jí)的交流接觸器上，而該觸點(diǎn)材料較AgCd012觸點(diǎn)節(jié)銀效果可達(dá)10%左右。專利CN 101651051B報(bào)道了一種霧化法制備的多元增強(qiáng)銀氧化鎘電接觸材料，含CdO5-12wt%，ZnO l-5wt%，SnO2 l_5wt%的一種或者幾種，余量Ag，取得良好的節(jié)銀效果。
[0004]由于銀金屬氧化物抗熔焊性能極好，故難以與其它元件的焊接，通常在觸點(diǎn)內(nèi)氧化前復(fù)合一層純銀，以提高焊接面與焊料的潤濕性，便于與其它元件的焊接。因此，在銀金屬氧化物觸點(diǎn)和銀層的接合處就存在著一個(gè)氧化物濃度從高到零的斷崖。由于銀層和合金層是一種機(jī)械接合界面，接合面雖然有溶質(zhì)原子濃度差，但是在較高氧壓條件下內(nèi)氧化，溶質(zhì)原子在較短時(shí)間內(nèi)來不及穿過該機(jī)械接合面，就被原位氧化成金屬氧化物顆粒并擴(kuò)散困難，而材料內(nèi)部與氧氣形成逆擴(kuò)散的溶質(zhì)原子則不斷地往材料表面擴(kuò)散，擴(kuò)散至該接合面后又被氧化固定，這就造成了界面處氧化物含量濃度高而形成聚集。對(duì)于低氧化物含量的銀氧化物觸點(diǎn)而言，銀層和銀氧化物層的氧化物濃度相差小，對(duì)銀層和銀氧化物層的結(jié)合強(qiáng)度影響較??；而高氧化物含量的銀金屬氧化物材料，復(fù)銀界面兩側(cè)的氧化物濃度差別大，易出現(xiàn)復(fù)銀界面氧化物聚集現(xiàn)象。圖1示出了常規(guī)內(nèi)氧化工藝處理后的高氧化物含量材料掃描電鏡照片及區(qū)域能譜分析鎘元素隨距離變化曲線，可見常規(guī)工藝制備材料在復(fù)銀界面形成了氧化物聚集，在復(fù)銀結(jié)合面兩側(cè)存在鎘濃度的斷崖。由于銀層和銀氧化物層的物理性能大不相同，復(fù)銀界面形成氧化物聚集后，可大大降低焊接銀層與銀氧化物的結(jié)合強(qiáng)度，在觸點(diǎn)分?jǐn)鄷r(shí)易發(fā)生銀層與銀氧化物分離或脫落的現(xiàn)象，導(dǎo)致觸點(diǎn)失效。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服高氧化物含量觸點(diǎn)材料存在的不足，本發(fā)明提供一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法，該方法結(jié)合傳統(tǒng)制備工藝與高溫?cái)U(kuò)散退火，制備的電接觸材料具有氧化物含量高、復(fù)銀界面結(jié)合強(qiáng)度高的特點(diǎn)，本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案是:
一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)合金熔煉鑄造:稱取銀錠，在中頻感應(yīng)爐中熔化后，依次加入鎘錠、無氧銅、鎳片以及含招元素、鋅元素、秘元素中一種或幾種的原料或錫錠、銦錠、鎳片以及含銅元素、鋅元素、銻元素中一種或幾種的原料，熔化完全均勻后澆鑄成鑄錠；
(2)擠壓:在加熱爐中保溫加熱，擠壓成板材；
(3)復(fù)銀熱軋:將板材焊接銀板后一同放入加熱爐中加熱，熱軋成復(fù)銀板材；
(4)冷軋-沖制:將復(fù)銀板材經(jīng)多道次冷軋后沖制成片狀觸點(diǎn)，所述的片狀觸點(diǎn)厚度為0.5-3mm ；
(5)高溫?cái)U(kuò)散退火處理:將片狀觸點(diǎn)在中性保護(hù)性氣氛下，加熱至500-800°C退火2h，保溫l_8h ；
(6)內(nèi)氧化處理:將退火處理的觸點(diǎn)取出放入內(nèi)氧化爐里進(jìn)行內(nèi)氧化處理，內(nèi)氧化溫度為 600-800°C，氧壓 0.5-1.2MPa，時(shí)間為 15_150h，；
(7)后處理:內(nèi)氧化處理后的觸點(diǎn)經(jīng)研磨、拋光、清洗干燥后即得所述的高氧化物含量片狀觸頭材料。
[0007]所述的一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法，所述的步驟(2)擠壓中在爐中加熱時(shí)間為10min-4h，溫度為600_850°C，加熱爐為中頻感應(yīng)爐和電阻爐的一種。
[0008]所述的一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法，所述的步驟(3)復(fù)銀熱軋中在加熱爐中加熱5min-2h，加熱溫度為550_800°C，加熱爐為中頻感應(yīng)爐和電阻爐的一種。
[0009]所述的一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法，所述的步驟(5)中所述中性保護(hù)性氣氛為氮?dú)夂蜌鍤庵械囊环N，加熱方式為電阻爐加熱。
[0010]所述的一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法，適用于以下兩類材料: 一類是銀氧化鎘電觸頭材料，按重量百分比，其組分和含量分別如下:銀75-82%，氧化鎘15-22%,氧化銅0-5.5%、氧化鎳0.1-0.3%,余量為氧化招、氧化鋅、氧化秘中的一種或幾種；
一類是銀錫銦合金電觸頭材料:銀78-85%，氧化錫11-17%，氧化銦3-8%、氧化鎳0.05-0.25%,余量為氧化銅、氧化鋅、氧化鋪的一種或幾種。
[0011]本發(fā)明提供了一種高氧化物含量片狀觸頭材料及其制備方法，本發(fā)明的有益效果如下:
(I)氧化物含量高:本發(fā)明制備的銀氧化鎘觸點(diǎn)材料氧化物含量范圍為17%- 25%，銀氧化錫氧化銦觸點(diǎn)材料的氧化物含量為15%-22%。觸點(diǎn)材料中氧化物含量高，相應(yīng)的其銀含量就低，可達(dá)到節(jié)銀的目的。
[0012](2)復(fù)銀界面結(jié)合強(qiáng)度高:將界面附近溶質(zhì)原子氧化物的斷崖式濃度分布轉(zhuǎn)變成梯度濃度分布，從根本上解決了高氧化物含量觸點(diǎn)材料復(fù)銀界面氧化物聚集而導(dǎo)致結(jié)合強(qiáng)度低的問題。
[0013](3)工藝連續(xù)簡單:本專利提供的高氧化物含量觸頭材料的制備工藝，連續(xù)簡單，適合大批量生產(chǎn)。
[0014]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是常規(guī)內(nèi)氧化工藝處理后的高氧化鎘含量觸點(diǎn)的掃描電鏡照片和對(duì)應(yīng)區(qū)域能譜分析鎘濃度隨距離變化曲線。
[0016]圖2實(shí)施例一所制備材料的掃描電鏡照片和對(duì)應(yīng)區(qū)域能譜分析鎘濃度隨距離變化曲線。
[0017]
【具體實(shí)施方式】:
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，該領(lǐng)域的技術(shù)工程師可根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0018]實(shí)施例一
稱取16.2kg銀錠，在中頻感應(yīng)爐中熔化后，依次加入3.09kg鎘錠、0.66kg無氧銅、0.04kg鎳片以及0.01kg鋁鋅中間合金，熔化完全均勻后澆鑄成鑄錠，在850°C爐子中保溫4小時(shí)，擠壓成板材，板材焊接銀板后一同放入中頻感應(yīng)加熱爐中加熱5分鐘至700°C，熱軋成復(fù)銀板材，板材經(jīng)多道次冷軋后沖制成1.50_厚的片狀觸點(diǎn)，然后將觸點(diǎn)在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，700°C退火2h，然后將觸點(diǎn)取出放入內(nèi)氧化爐里進(jìn)行內(nèi)氧化處理，內(nèi)氧化溫度為750°C，氧壓0.8MPa，時(shí)間為65小時(shí)，最后經(jīng)研磨、拋光、清洗干燥后即得成品。
[0019]本實(shí)施例所制得銀氧化鎘電觸頭材料成品含氧化鎘17%，氧化銅4%，氧化鎳0.24%，余量為銀和微量氧化鋁、氧化鋅。成品物理性能為:密度9.78g/cm3 (不含銀層)，電阻率3.24 μ Ω.cm，材料內(nèi)部硬度(HV0.3) 103，抗拉強(qiáng)度305MPa。
[0020]
實(shí)施例二
稱取15.95kg銀錠，在中頻感應(yīng)爐中熔化后，依次加入3.60kg鎘錠、0.41kg無氧銅、0.03kg鎳片以及0.01kg鋁錠和鉍錠，熔煉均勻后澆鑄成鑄錠，車削后在感應(yīng)爐中加熱10分鐘至770°C，擠壓成板材，板材鉚接銀板后在中頻感應(yīng)爐內(nèi)加熱5分鐘至550°C，熱軋成復(fù)銀板材，板材經(jīng)多道次冷軋并沖制成0.6_厚的片狀觸點(diǎn)，然后將觸點(diǎn)在氬氣保護(hù)氣氛下，500°C退火8小時(shí)，然后放入內(nèi)氧化爐里進(jìn)行內(nèi)氧化處理，內(nèi)氧化溫度為800 V，氧壓0.5MPa,時(shí)間為15小時(shí)，最后經(jīng)研磨、拋光、清洗干燥后即得成品。
[0021]本實(shí)施例所制得銀氧化鎘電觸頭材料成品含氧化鎘20%,氧化銅2.5%，氧化鎳0.18%，余量為銀和微量氧化鉍、氧化鋅。其物理性能為:密度9.75g/cm3 (不含銀層)，電阻率3.41 μ Ω.cm，材料內(nèi)部硬度(HV0.3) 108，抗拉強(qiáng)度325MPa。
[0022]
實(shí)施例三
稱取17.24kg銀錠，在中頻感應(yīng)爐中熔化后，依次加入2.04kg錫錠、0.68kg銦錠、0.03kg鎳片和0.01kg無氧銅和鉍錠，熔煉均勻后澆鑄成鑄錠，車削后在650°C管式爐中保溫4小時(shí)，擠壓成板材，板材焊接銀板后在600°C爐子中保溫2小時(shí)，熱軋成復(fù)銀板材，板材經(jīng)多道次冷軋并沖制成3.0mm厚的片狀觸點(diǎn)，然后將觸點(diǎn)在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，800°C退火1小時(shí)，然后放入內(nèi)氧化爐里進(jìn)行內(nèi)氧化處理，內(nèi)氧化溫度為650°C,氧壓1.2MPa,時(shí)間為150小時(shí)，最后經(jīng)研磨、拋光、清洗干燥后即得成品。
[0023]本實(shí)施例所制得銀氧化錫氧化銦電觸頭材料成品含氧化錫12.5%，氧化銦4%，氧化鎳0.2%，余量為銀和微量氧化銅、氧化鉍。其物理性能為:密度9.70g/cm3(不含銀層)，電阻率3.38μ Ω.cm，材料內(nèi)部硬度(HV0.3) 118，抗拉強(qiáng)度345MPa。
[0024]
實(shí)施例四
稱取16.54kg銀錠，在中頻感應(yīng)爐中熔化后，依次加入2.39kg錫錠、1.04kg銦錠、0.02kg鎳片以及0.01kg銻錠，熔煉均勻后澆鑄成鑄錠，車削后在感應(yīng)爐中加熱5分鐘至800°C，擠壓成板材，板材焊接銀板后在中頻感應(yīng)加熱爐中加熱至750°C，熱軋成復(fù)銀板材，板材經(jīng)多道次冷軋并沖制成2.5mm厚的片狀觸點(diǎn)，然后將觸點(diǎn)在氬氣保護(hù)氣氛下，650°C退火4小時(shí)，放入內(nèi)氧化爐里進(jìn)行內(nèi)氧化處理，內(nèi)氧化溫度為750°C，氧壓1.0 MPa，時(shí)間為105小時(shí)，最后經(jīng)研磨、拋光、清洗干燥后即得成品。
[0025]本實(shí)施例所制得銀氧化錫氧化銦電觸頭材料成品含氧化錫14.5%，氧化銦6.3%、氧化鎳0.15%，余量為銀和微量氧化銻。其成品的物理性能為:密度9.64g/cm3(不含銀層)，電阻率3.56μ Ω.cm，材料內(nèi)部硬度(HV0.3) 108，抗拉強(qiáng)度315MPa。
[0026]本專利所述制備方法使機(jī)械結(jié)合的復(fù)銀界面達(dá)到近似冶金結(jié)合狀態(tài)，同時(shí)部分溶質(zhì)原子從高濃度的合金層擴(kuò)散至復(fù)合的焊接銀層，經(jīng)氧化后則形成氧化物濃度由高到低的梯度分布界面擴(kuò)散層，但該擴(kuò)散層也不宜過厚，否則溶質(zhì)原子擴(kuò)散至銀層表面形成氧化物后將劇烈損害觸點(diǎn)焊接性能。圖2所示即為實(shí)施例一所制備材料的金相組織照片和區(qū)域能譜分析鎘濃度隨距離變化曲線。與圖1對(duì)比可見，實(shí)施例一所制備材料，界面處無氧化物聚集；在觸點(diǎn)復(fù)銀界面附近，從工作層至銀層的不同位置處，Cd元素濃度呈梯度遞減，最終減小到零。即在不降低材料的焊接性能的前提下，將界面附近溶質(zhì)原子氧化物的斷崖式濃度分布轉(zhuǎn)變成梯度濃度分布，緩和了界面兩側(cè)材料物理性能的差異。其它實(shí)施例與實(shí)施例一具有相似的效果。
【權(quán)利要求】
1.一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)合金熔煉鑄造:稱取銀錠，在中頻感應(yīng)爐中熔化后，依次加入鎘錠、無氧銅、鎳片以及含招元素、鋅元素、秘元素中一種或幾種的原料或錫錠、銦錠、鎳片以及含銅元素、鋅元素、銻元素中一種或幾種的原料，熔化完全均勻后澆鑄成鑄錠； (2)擠壓:在加熱爐中保溫加熱，擠壓成板材； (3)復(fù)銀熱軋:將板材焊接銀板后一同放入加熱爐中加熱，熱軋成復(fù)銀板材； (4)冷軋-沖制:將復(fù)銀板材經(jīng)多道次冷軋后沖制成片狀觸點(diǎn)，所述的片狀觸點(diǎn)厚度為0.5-3mm ； (5)高溫?cái)U(kuò)散退火處理:將片狀觸點(diǎn)在中性保護(hù)性氣氛下，加熱至500-800°C退火2h，保溫l_8h ； (6)內(nèi)氧化處理:將退火處理的觸點(diǎn)取出放入內(nèi)氧化爐里進(jìn)行內(nèi)氧化處理，內(nèi)氧化溫度為 600-800°C，氧壓 0.5-1.2MPa，時(shí)間為 15_150h,； (7)后處理:內(nèi)氧化處理后的觸點(diǎn)經(jīng)研磨、拋光、清洗干燥后即得所述的高氧化物含量片狀觸頭材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法，其特征在于:所述的步驟(2)擠壓中在爐中加熱時(shí)間為10min-4h，溫度為600_850°C，加熱爐為中頻感應(yīng)爐和電阻爐的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法，其特征在于:所述的步驟(3)復(fù)銀熱軋中在加熱爐中加熱5min-2h，加熱溫度為550_800°C，加熱爐為中頻感應(yīng)爐和電阻爐的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法，其特征在于:所述的步驟(5)中所述中性保護(hù)性氣氛為氮?dú)夂蜌鍤庵械囊环N，加熱方式為電阻爐加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法，所述的高氧化物含量片狀觸頭材料包括銀氧化鎘電觸頭材料，其特征在于，按重量百分比，其組分和含量分別如下，銀75-82%，氧化鎘15-22%，氧化銅0-5.5%、氧化鎳0.1-0.3%，余量為氧化鋁、氧化鋅、氧化鉍中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氧化物含量片狀觸頭材料的制備方法，所述的高氧化物含量片狀觸頭材料包括銀錫銦合金電觸頭材料，其特征在于，按重量百分比，其組分和含量分別如下，銀78-85%，氧化錫11-17%，氧化銦3-8%、氧化鎳0.05-0.25%，余量為氧化銅、氧化鋅、氧化銻的一種或幾種。
【文檔編號(hào)】C22F1/14GK104404419SQ201410604339
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】夏承東, 萬岱, 翁桅, 繆仁梁, 劉立強(qiáng), 柏小平, 魯香粉, 林萬煥 申請(qǐng)人:福達(dá)合金材料股份有限公司