一種霧化法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料及其制備方法。通過制備銀合金粉末、銅合金粉末、釬料，之后將銀合金粉末、銅合金粉末、釬料制備成帶材，經(jīng)過復(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。
【專利說明】
一種霧化法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種合金材料，更具體的說是涉及一種霧化法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料的制備方法。
【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)，它承擔著接通分斷電流的繁重任務(wù)，觸頭元件的優(yōu)劣取決于電觸頭(點)材料的性能和科學有效的組合，它是電器安全的重要保證。
[0003]目前，市場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關(guān)上，銅合金觸頭材料雖然價格低廉，但銅合金電觸頭抗氧化性能差，在裝機后到商用的時間長短不一，電器擱置時間長、使用時電觸頭表面會形成氧化膜，另外在使用時分斷會釋放大量的熱，也會造成表面受熱氧化生成氧化膜，使接觸電阻增大影響導電性和導熱性，使電器的溫升增加;開關(guān)溫升的增高，會加速開關(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)，使電器過熱導致?lián)p壞及出現(xiàn)觸點熔焊釀成安全事故。
[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的主流產(chǎn)品，每年耗銀量相當龐大。然而如今的白銀資源非常有限，隨著用量的增加，必將導致白銀價格飛漲，從而使生產(chǎn)電觸頭材料的成本居高不下，企業(yè)經(jīng)濟效益下降，社會效益也大為削減。而且該類產(chǎn)品的另一金屬元素鎘對環(huán)境污染較大，不符合如今環(huán)保的發(fā)展趨勢。因此，電器制備商對在保證質(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減低產(chǎn)品成本的呼聲越來越高。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]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:
[0008]一種霧化法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭材料，
[0009]依次包括:銀合金層(含銀量以質(zhì)量百分比計為70?99.9%);
[0010]銅合金層(含銅量以質(zhì)量百分比計為80?99.9%);
[0011 ]釬料層(銀銅磷釬料、銀銅鋅釬料或非晶釬料)。
[0012]其制備方法包括:
[0013]步驟1:采用霧化法制備銀合金粉末和銅合金粉末，以及采用熔煉法制備釬料；
[0014]步驟2:將銀合金粉末和銅合金粉末進行氧化處理，得到氧化銀合金粉末和氧化銅合金粉末；
[0015]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行混合，分別得到銀合金混粉和銅合金混粉；
[0016]步驟4:將銀合金混粉和銅合金混粉分別進行成型、燒結(jié)得到銀合金層錠坯以及銅合金層錠坯；
[0017]步驟5:所得到銀合金層錠坯、銅合金層錠坯，進行復(fù)壓、擠壓和乳制得到銀合金層帶材、銅合金層帶材；
[0018]步驟6:將釬料制成釬料層帶材；
[0019]步驟7: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行熱復(fù)合；
[0020]步驟8: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。
[0021]作為本發(fā)明的進一步改性，
[0022]所述銀合金層包括下列重量百分數(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:0.04?12%、
[0026]金剛石微粉0.05?4%、
[0027]稀土元素總量0.01?5.7%;
[0028]所述銅合金層包括下列重量百分數(shù)組成:
[0029]銅80?99.9%;
[0030]銅層添加物:
[0031]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%、
[0032]金剛石微粉0.05?4%、
[0033]稀土元素總量0.01?5.7%。
[0034]作為本發(fā)明的進一步改性，
[0035]所述銀層添加物為:包括金剛石微粉、石墨、硼、招、娃、磷、鈦、銀、絡(luò)、猛、鐵、鈷、銀、銅、梓、錯、銀、鑰、銅、錫、鋪、蹄、給、組、媽、鍊、秘、銳、?乙、銅、鋪、欽、鏡、錯以及相對應(yīng)的非金屬化合物或金屬氧化物中至少一種；
[0036]所述銅層添加物為:包括金剛石微粉、石墨、硼、鋁、硅、磷、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、銀、銅、梓、錯、銀、鑰、銅、錫、鋪、蹄、給、組、媽、鍊、秘、銳、?乙、銅、鋪、欽、鏡、錯以及相對應(yīng)的非金屬化合物或金屬氧化物中至少一種。
[0037]作為本發(fā)明的進一步改性，
[0038]所述銀層添加物和銅層添加物中的金屬氧化物為51102、2110、(:110、？6203、0(10、In203、Bi203、A1203、Mo03、Zr02中的一種或多種氧化物，所述銀層添加物和銅層添加物中的的稀土元素為鈧、釔、鑭、鈰、釹、鐿、镥中的一種或多種組合。
[0039]作為本發(fā)明的進一步改性，
[0040]所述步驟I:將銀和所添加金屬元素以及稀土元素，進行高溫熔煉，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150?250目篩得到銀合金粉末；
[0041 ] 將銅和所添加金屬元素以及稀土元素，進行高溫熔煉，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150?250目篩得到銅合金粉末。
[0042]作為本發(fā)明的進一步改性，
[0043]所述步驟2中的氧化溫度為500?700°C，氧氣壓強為I?3Mpa，時間為5?15小時。
[0044]作為本發(fā)明的進一步改性，
[0045]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，混粉時間為6?10小時，球料比為15?25: I。
[0046]作為本發(fā)明的進一步改性，
[0047]所述步驟4中其等靜壓初坯成型壓強150?2000Mpa，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行保護，燒結(jié)溫度為800?1000°C，時間為2?5小時，而后隨爐冷卻至5 O °C以下出爐。
[0048]作為本發(fā)明的進一步改性:
[0049]所述步驟5中擠壓溫度為880°C，擠壓比為100;
[0050]所述步驟6中復(fù)合溫度為800?850 °C，速度為3?5米/分；
[0051]所述步驟7中將熱復(fù)合好后的帶材進行保溫退火，同時使用保護氣體進行保護，溫度為500?650°C，時間為I?3小時，冷乳時每道乳制量小于20%。
[0052]本發(fā)明的有益效果，
[0053]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、銀、鑰、銀、銅、錫、鋪、石市、給、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，對材料的組織結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，提高了材料的抗熔焊性和耐電弧燒損性。
[0054]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，提高了材料的導電率，降低了開關(guān)電器的溫升。
[0055]3.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，進一步降低了電觸頭材料的成本。
[0056]4.由于本發(fā)明配方和工藝等設(shè)計合理，生產(chǎn)的電觸頭材料具有導電率高，接觸電阻低，組織均勻致密，結(jié)合強度高，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。
【具體實施方式】
[0057]實施例一:
[0058]步驟1、霧化制粉:包括制備銀金屬合金粉與銅金屬合金粉。
[0059]制備銀金屬合金粉末或銅金屬合金粉末時，在銀或銅中添加鋁、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鋯、銦、錫、銻、碲、鉍的一種或兩種及以上金屬，或鈧、釔、鑭、鈰、釹、鐿、镥中的一種或兩種及以上稀土合金，進行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1450°C，待其充分合金化后用高壓水使其霧化成銀金屬合金粉末或銅金屬合金粉末，然后烘干并過50?500目篩。
[0060]步驟1-1制備銀金屬合金粉
[0061 ]制備銀金屬合金粉末時，將銀和所添加金屬元素以及稀土元素，進行高溫熔煉，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200目篩，其中所用原料按質(zhì)量百分比計為:銀98.5%,稀土釔鈰合金0.3 %，銦I %、和鎳0.2 %。
[0062]步驟1-2制備銅金屬合金粉
[0063]制備銅金屬合金粉末時，將銅和所添加金屬元素以及稀土元素，進行高溫熔煉，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200目篩，其中所用原料按質(zhì)量百分比計為:銅99.05 %，稀土鑭、釔、鈰合金0.6 %，鉍0.15%、和鎳
0.2%。
[0064]步驟2.將銀金屬合金粉經(jīng)焙燒氧化處理得到銀金屬氧化物粉末，氧化溫度為6000C，氧氣壓強為3Mpa，時間為10小時。
[0065]步驟3.將上步驟2所得的銀金屬合金粉末，在其中添加石墨、鎳、碳化硅、釔、氧化鑭、和金剛石微粉，按銀金屬合金88 %，鎳10 %，金剛石I %，氧化鑭0.2%,其他0.5%,在混粉球磨機內(nèi)均勻混合，混粉時間為8小時，球料比為20:1。
[0066]步驟4.將步驟3得到的混合物進行成型、燒結(jié)得到錠坯。其等靜壓初坯成型壓強180Mpa，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行保護，燒結(jié)溫度為9000C，時間為3小時，而后隨爐冷卻至50°C以下出爐。
[0067]步驟5.將上述所得到錠坯，復(fù)壓、擠壓和乳制。將錠坯進行復(fù)壓后，擠壓成帶材，然后再進行乳制獲得含添加物或金屬氧化物的銀合金層電觸頭材料備用。擠壓溫度為880°C，擠壓比為100。
[0068]步驟6.按上述步驟2、3、4、5步驟相同，制備好銅合金層帶材，最終含量為:金剛石微粉I %，鑭釔鈰0.9%，鉍0.15%，鎳0.2%，銅96.75%，其他I %。
[0069]步驟7.釬料層采用非晶釬料，制備工藝采用熔煉法。通過擠壓、乳制和退火工藝，制備成帶材備用。
[0070]步驟8.分別將含有添加物的銀合金、銅合金和釬料帶材的復(fù)合面打磨干凈，再將其分別或同時在熱復(fù)合設(shè)備上進行復(fù)合，其復(fù)合溫度為830 °C，速度為4米/分。
[0071]步驟9.將熱復(fù)合好后的帶材經(jīng)冷乳、沖制等制備成節(jié)銀、環(huán)保型三層復(fù)合觸點。在加工過程中，帶材保溫退火時需使用保護氣體進行保護，溫度為600°C，時間為2小時，冷乳時每道乳制量小于20 %。
[0072]實施例二:
[0073]與實施例一的區(qū)別在于:
[0074]步驟3:將上步驟2所得的銀金屬合金粉末，在其中添加石墨、鎳、碳化硅、釔、氧化鑭、和金剛石微粉，按銀金屬合金90%，鎳5.7 %，金剛石1.2 %，氧化鑭1.5 %，釔0.5%、氧化鋁0.2%，氧化鋯0.1%，氧化鉍0.8%，在混粉球磨機內(nèi)均勻混合，混粉時間為8小時，球料比為20:1。
[0075]步驟6.按上述步驟2、3、4、5步驟相同，制備好銅合金層帶材，最終含量為:銅:
89%，鎳3.7 %，金剛石1.5 %，氧化鑭1.5 %，釔0.5 %、氧化鈧0.5%,氧化鋅I %，氧化鋁
0.1%,氧化鋯0.3%,氧化鉍I %，鑭釔鈰合金0.9 %。
[0076]實施例三
[0077]與實施例一的區(qū)別在于:
[0078]步驟3:將上步驟2所得的銀金屬合金粉末，在其中添加石墨、鎳、碳化硅、釔、氧化鑭、和金剛石微粉，按銀金屬合金96 %，鎳0.5%，金剛石1.5%，氧化鑭2%，在混粉球磨機內(nèi)均勻混合，混粉時間為8小時，球料比為20:1。
[0079]步驟6.按上述步驟2、3、4、5步驟相同，制備好銅合金層帶材，最終含量為:銅:
90%，鎳3 %，釩I %，錳0.5 %，氧化鋅I %，二氧化鈦I %，金剛石0.5 %，氧化鑭1.5 %，鑭釔鈰合金0.9%，鈧0.1%，其他I %。
[0080]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:
[0081]1.密度:彡8.38/0113;
[0082]2.硬度(HB)彡 70;
[0083]3.電阻率:彡2.15μΩ.cm;
[0084]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種霧化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:包括 步驟1:采用霧化法制備銀合金粉末和銅合金粉末，以及采用熔煉法制備釬料； 步驟2:將銀合金粉末和銅合金粉末進行氧化處理，得到氧化銀合金粉末和氧化銅合金粉末； 步驟3:將步驟2所得的銀合金粉和銅合金粉，采用混粉法，加入添加物，和磨料進行混合，分別得到銀合金混粉和銅合金混粉； 步驟4:將銀合金混粉和銅合金混粉分別進行成型、燒結(jié)得到銀合金層錠坯以及銅合金層錠坯； 步驟5:所得到銀合金層錠坯、銅合金層錠坯，進行復(fù)壓、擠壓和乳制得到銀合金層帶材、銅合金層帶材； 步驟6:將釬料制成釬料層帶材； 步驟7: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、沖制等工藝制備成三層復(fù)合觸點。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種霧化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I是將銀中添加金屬元素以及稀土元素，進行高溫熔煉，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150?250目篩得到銀合金粉末； 將銅中添加金屬元素以及稀土元素，進行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?14000C，合金化后用高壓水使其霧化成銅合金粉末，然后烘干并過150?250目篩得到銅合金粉末。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種霧化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中的氧化溫度為500?7000C，氧氣壓強為I?3Mpa，時間為5?15小時。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種霧化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，混粉時間為6?10小時，球料比為15?25: I。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的一種霧化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4中其等靜壓初坯成型壓強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行保護，燒結(jié)溫度為800?1000°C，時間為2?5小時，而后隨爐冷卻至50°C以下出爐。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種霧化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5中，擠壓溫度為880°C，擠壓比為100; 所述步驟6中復(fù)合溫度為800?850°C，速度為3?5米/分； 所述步驟7中將熱復(fù)合好后的帶材進行保溫退火，同時使用保護氣體進行保護，溫度為500?650°C，時間為I?3小時，冷乳時每道乳制量小于20%。7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制備方法，其特征在于:所述步驟I中金屬元素為鎂、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、镥以及相對應(yīng)的上稀土合金中至少一種。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制備方法: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所述的一種包覆法制備的層狀銀銅釬三復(fù)合電觸頭的制備方法: 所述步驟1和步驟3中的金屬氧化物為31102、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數(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?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數(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?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】H01H1/021GK106067391SQ201610504087
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月27日 公開號201610504087.5, CN 106067391 A, CN 106067391A, CN 201610504087, CN-A-106067391, CN106067391 A, CN106067391A, CN201610504087, CN201610504087.5
【發(fā)明人】蔣源, 馮如信, 鄭元龍, 何高明
【申請人】溫州中希電工合金有限公司