CN100591465C - 异型复合接点带的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异型复合接点带的制备方法。该方法将两条或多条性能匹配的洁净带材，按一定速度通过刷毛机构、高频感应加热器在保护性气氛中快速加热，通过模具自身精密定位后，在氢气、氮气或氩气等保护气氛条件下，按一定的加工率连续轧制复合，形成一条双层或多层复合的长带材。长带材经热处理后轧制到规定厚度，在精密分条设备上分成数条微小尺寸带材。微小带材经精密模具整形、轧制成型后，制备成异型复合接点带。本发明的优点是：利用高频感应加热的集肤效应，形成紧密结合的同时保护材料自身性能；不需要大型轧制设备；层间接合强度高而稳定；可以连续复合较长的带材；结合精密分条技术，生产效率高，适合大批量化生产。

Description

异型复合接点带的制备方法

技术领域

本发明涉及一种运用高频感应复合技术和精密分条技术相结合制备异型复合接点带的方法。

背景技术

单体材料在许多领域中常常无法满足特殊的性能需求，为此常把具有不同性能的材料紧密接合在一起，形成一种能满足综合性能或具备新性能的复合材料。热双金属带、异型复合接点带等是最常见的复合材料的应用例子。

异型复合接点带是随继电器和开关向小型轻量化、高度集成化方向发展，而出现的一种多层复合、截面较小的电接触材料，其横截面不规则，多为三角形、梯形和其他异型。制备异型复合接点带，是通过一定方法使贵金属表层电接触材料、中间层与非贵金属基底材料结合成一体，其界面形成牢固、稳定、一致的结合。贵金属表层电接触材料仅复合在异型接点带电接触层的必要位置上，满足电接触性能需求，更有效地节约了贵金属，降低了价格。表层电接触材料应具有良好的电接触性能、良好的耐蚀性能等，主要包括金、金银合金、金镍合金、金钴合金、金钯合金、金银钯合金、金银铂合金等贵金属材料；中间层材料一般具有好的导电、导热性，或具有阻挡扩散的作用，中间层材料主要包括银、银钯合金、银镍粉末冶金材料、银氧化物粉末冶金材料，钯、钯铜合金，金银合金、金钯合金，镍和其他合金；基底层材料一般具有良好的机械性能、焊接性能和电性能，主要包括铜、镍、铜镍合金、铜锡合金和其他合金。

异型复合接点带主要应用于通用继电器、通讯继电器、印刷线路板继电器、汽车继电器、断路器、按键、计算机键盘、微型开关、数码开关、断路器、控制器及连接器等可靠性要求极高的场合。其主要特点可以概括为：(1)可兼有单一金属所没有的综合特性；(2)可满足自动化生产的要求，保证电器元器件的可靠性；(3)实现小型化；(4)可节约高价金属，尤其是贵金属；(5)减少二次加工，使工序合理化。

异型复合接点带按其复合工艺有轧制复合、焊接、电镀、物理气相沉积等几种类型。

通常的轧制复合方法分为冷轧法和热轧法，适用于层厚不小于10微米的复合。冷轧复合又称固相轧制复合，其过程为：将贵金属带材与非贵金属基底带材连续地输进大型压力复合轧机的轧辊下，通过较大的塑性变形(一般加工率在50％以上)，在使结合材料的结合面活化的瞬间使之接合在一起。其缺点是：层间接合强度不稳定，设备要求高。热轧复合是一种利用轧机轧辊的压力，使加热的坯料复合的一种方法。作为两种金属间的复合方式，这最为简便，层间结合强度较高，应用较为广泛。其缺点是扩散区较宽，成品较短。

焊接方法是利用焊接变压器产生强大的电流，同时加压装置施加一定的压力，在电阻热和压力的共同作用下使待复合材料结合在一起的方法。其中连续滚焊复合法，是在有一定压力的圆盘状电极转动的同时，加上脉冲电流进行的断续电阻焊，该种方法能获得很长的复层材料，是一种高效率的复合方法。圆盘状电极的焊接复合带材容易出现中间部位局部焊合、而边缘部分不焊合的现象，在要求较严和尺寸不合适的产品中不能满足使用。该方法对于宽度稍大(＞1.2mm)或稍小尺寸(＜0.8mm)的带材不太合适；对于稍大尺寸带材复合，边缘不焊合现象严重，在后续加工中容易引起层间整体分开现象；对于小尺寸带材复合，高达数千安培的复合电流容易发生击穿、烧断带材的现象。

电镀法是运用电化学原理，在基体带材表面连续镀上微米级厚度贵金属层的制备方法。电镀法的缺点是：不易实现单面镀层，镀层存在针孔效应，镀层结合强度不高，不适合10微米以上电接触层的制备。

物理气相沉积方法中，最常见的有蒸镀法和磁控溅射法。该类方法制备的金属薄膜层较纯净，金属层致密，易实现单面或三面镀层，适合超薄电接触层的制备。该类方法真空设备制作成本较高，生产率较低，不适合10微米以上电接触层的制备。

除以上方法外，异型复合接点带的复合方法还有钎焊复合、摩擦焊复合、爆炸复合、挤压复合、热扩散复合、热敷锡等。

某些专利中，以接近于成品的尺寸进行复合，存在复合加工时间长、效率低、前后复合强度不一致等缺点。本发明以较宽尺寸带材进行复合，复合后用精密分剪技术进行分条加工，效率高，质量稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的高效制备异型复合接点带的方法，避免上述方法中的缺点，从而实现规模生产化生产。本发明采用高频感应复合和精密分条技术相结合的方法，制备异型复合接点带，所制备的异型复合接点带在纵向和横向截面上尺寸稳定性、一致性好；采用精密分条设备，生产效率高。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案；

一种异型复合接点带的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)带材平轧整形步骤，将待复合的圆丝材或扁带毛坯，经平轧机轧至预期的厚度和宽度，然后，通过模具拉拔或型轧，得到所需待复合尺寸的金属带材；

(2)连续超声清洗步骤，在收排线系统配合下，用超声清洗装置将带材平轧整形步骤得到的金属带材连续清洗，去除表面污染物；

(3)连续热处理步骤，在收放线装置配合下，在氢气、氮气或氩气保护气氛条件下，将经连续超声清洗步骤的金属带材在管式退火炉中进行连续热处理；

(4)表面处理步骤，用连续滚动的沙带或毛刷，将经连续热处理步骤后的金属带材表面处理到粗糙度Rz20-Rz50；

(5)高频感应复合步骤，在收放线装置配合下，将单条、双条或多条表面处理后的金属带材通过高频感应线圈，金属带材表面迅速升温，待复合的两条或多条金属带材通过模具的自身定位一齐进入轧制模具中，复合成为一条连续复合带材，该复合带材是由两条或多条金属带材复合成的两层或多层结构；复合过程和加热过程均在氢气、氮气或氩气保护气氛中进行；

(6)整形步骤(也称精密整形步骤)，在收放线系统配合下，去掉复合带材边角存在的毛刺；将去毛刺后的复合带材用整形模具进行拉拔或模具轧制整形，获得异型复合接点带。

在本发明的方法中，从所述的带材平轧整形步骤到整形步骤反复进行。

本发明的方法还包括以下步骤：(7)分剪步骤(也称精密分剪步骤)：是在收放线系统的配合下，将整形后的宽带材通过分剪刀具后，按照需求分成多条带材；(8)轧制步骤(也称精密轧制步骤)：分剪后的带材，进入轧制模具中轧制成具有符合需求的横截面形状和尺寸的异型复合接点带。

所述的异型复合接点带的层数目为2～5层，包括表层、中间层、基底层；其中，表层为0～1层、中间层为0～3层，基底层为1层，且表层和中间层不能同时为0。

在高频电磁场作用下，由于电磁感应作用，在导体内会产生高频感应涡流而引起温升。感应涡流分布从外到里按指数函数方式减小，这就是感应加热存在的集肤效应。按照习惯，高频的频率范围为10kHZ-1MHZ。频率越高，集肤效应越强烈。集肤效应会使导体表面快速升温，而中心部分的温度升高只能依靠热传导作用。利用高频电流对导体表层进行局部快速加热，当表层温度接近半熔化状态时，在氢气、氮气和氩气等保护气氛中，在一定压力作用下，很容易实现层间达到原子间结合，成为牢固的整体；复合时，带材中心部分温度还很低，材料物理性能不受影响，能维持连续复合时收线和放线所必需的强度。表层高温区的厚度δ与高频加热的频率f、导体的电阻率ρ和相对导磁率μ有关，其关系为δ＝[(ρ×10⁹)/(μf)]^0.5/(2π)。

高频感应加热克服了普通热复合扩散层厚的弱点，扩散层较薄，层间接合强度极高，可以实现连续式生产。该方法还可以实现较宽覆的复合，复合宽度可达70毫米。

在易氧化的材料复合时，加热和复合部位处于氢气、氮气或氩气等保护性气体的气氛覆盖下。

运用高频感应复合方法制备的较宽覆的复合带，经冷轧和热处理相结合，调整至合适的厚度和强度。该带材通过精密分条技术，可以同时分成多个窄条。根据精度，目前最小分条宽度可到0.2毫米。因为刀具配合精度高，分条过程中不会造成不良变形，分条后形状规则、接合面整齐。分条后的窄带，通过精密整形模具进行尺寸微调整形，然后进入精密轧机轧制成各种尺寸的异型复合接点带。

该方法克服了滚焊复合法复合尺寸的局限性和多道次滚模拉拔易出毛刺和边界不整齐的局限性，可以制备所有常用宽度范围的异型复合接点带。

其具体的工艺流程为：

带材平轧整形—连续超声清洗—连续热处理—表面处理—高频感应复合—精密整形—连续热处理—精密分剪—精密整形—连续热处理—精密型轧。

各工序分述如下：

(1)带材平轧整形

将待复合的圆丝材或扁带毛坯，经平轧机轧至预期的厚度和宽度。然后，通过精密模具拉拔或型轧至所需的待复合尺寸。该过程的带材为盘装，每盘可达15公斤。加工时，必须通过张力放线机放线，然后通过平轧辊或模具加工，再由具有排线功能的收线机进行精密收排线，较宽带材也可以单排收线。

(2)连续超声清洗

平轧整形、精密型轧等加工后的带材表面残存有润滑油脂等污染物，必须彻底清洗后才能不对后续工序造成不良影响。如清洗不干净，可以造成热处理后表面增碳、复合强度不稳定等缺陷。超声清洗利用超声波的空化效应，将油脂等污染物从丝带材表面剥离去除。超声清洗是在收排线系统配合下连续进行的。

(3)连续热处理

金属带材在经过变形加工后，由于加工硬化，硬度明显升高，变性阻力会明显增大。为了改善其加工性能，或调整加工后所需的硬度，必须进行合适的热处理。金属带材热处理在管式退火炉中进行，通过张力放线机放线，然后连续进入管式退火炉的设定温度区和水冷区域，再由收线机按一定速度收排线。退火温度和退火速度的设定应根据材料种类和尺寸大小确定。大多数铜合金、银合金及其复合带材连续热处理时，退火炉中通入氢气保护。金及金合金的退火温度一般为600-700℃，保温时间为0.5-3min.；银及银合金的退火温度一般为600-700℃，保温时间为0.5-3min.；钯及钯合金的退火温度一般为800-850℃，保温时间为0.5-3min.；铜及铜合金的退火温度一般为700-850℃，保温时间为0.5-3min.；镍的退火温度一般为780-850℃，保温时间为0.5-3min.。复合带材的退火温度及保温时间按熔点较低的复合层材料热处理工艺进行。冷却速度为800-1600℃/min.，出口温度低于100℃。

(4)表面处理

复合前，金属带材的表面必须进行连续表面处理，用连续滚动的沙带或毛刷，将金属带材表面处理到Rz20～Rz50的粗糙度，有利于保证良好的结合强度。根据实际复合需要，可以将金属带材的单面或双面进行表面处理。表面处理设备可以和独立的收放线装置配合使用，也可以和高频感应复合工序共用收放线设备。

(5)高频感应复合

将单条、双条或三条表面处理后的带材通过高频感应线圈(如图1所示，可三条都加热，也可以只加热一条或两条，如图2、3所示)，带材表面被迅速加热到复合温度，其中心部位则处于较低的温度，从而保持材料本身的性能。在收放线装置配合下，表面迅速升温的带材和其他待复合带材通过模具的自身定位一齐进入轧制模具中，在20-50％加工率下，成为一个连续的复合带材。根据需要，感应加热和复合轧制时，可以使热态下的带材处于点燃的氢气、氮气或氩气保护气氛中。

(6)精密整形

复合后的带材往往在下部边角处存在毛刺，必须使用特殊刀具在收放线系统配合下去掉毛刺。将去毛刺后或精密分剪后的复合带材，用精密整形模具进行拉拔整形或通过精密模具轧制，获得合适的尺寸和形状。

(7)精密分剪

在收放线系统的配合下，将精密整形后的带材通过精密分剪刀具后，按照需求分成多条小尺寸的带材。由于精密分剪刀具精度较高，经分剪后的小尺寸带材很少有毛刺产生。

(8)精密轧制

精密分剪后的小尺寸带材，经过精密整形和热处理后，在收放线设备的配合下，通过导位系统，进入精密轧制模具中轧制成具有一定横截面形状和尺寸的异型复合接点带。

(9)真空包装

在进行超声清洗后，用收放线系统将异型复合接点带收在塑料盘上，根据需要，带材层间可以用无屑纸隔开。将收成盘状的异型复合接点带装入真空袋中，加入干燥剂后用真空封装机封口，以利长期贮存。

上述各工序根据复合层数不同，可以反复进行。

所述的异型复合接点带的表层电接触材料为金、金银合金、金镍合金、金钴合金、金钯合金、金铂合金、金银钯合金、金银铂合金中的一种。

所述的异型复合接点带的中间层材料包括银、银钯合金、银镍粉末冶金材料、银氧化物粉末冶金材料、镍、钯、钯铜合金中的一种。

所述的异型复合接点带的基底层材料为铜、镍、铜镍合金、铜锌合金、铜镍锌合金、锡磷青铜中的一种。

所述的异型复合接点带的表层电接触材料可以省略，基底层材料也可以省略。所述的异型复合接点带的层数目为2～5层。

所述的异型复合接点带的表层电接触材料厚度范围为0.5微米～200微米，宽度为0.2毫米～6毫米，长度不低于100米；表层材料可以覆盖中间层材料的全部或部分覆盖。

所述的异型复合接点带的中间层材料厚度范围为0.05毫米～1毫米，宽度为0.2毫米～6毫米，长度不低于100米。

所述的异型复合接点带的基底层材料厚度范围为0.05毫米～1毫米，宽度为0.2毫米～6毫米，长度不低于100米。

本发明的优点是：利用高频感应加热的集肤效应，形成紧密结合的同时，保护材料自身性能；不需要大型轧制设备；层间形成冶金结合，接合强度高而稳定；各层材料根据实际需要可选；各层厚度根据实际需要可选；可以连续复合较长的带材；异型复合接点带在纵向和横向截面上尺寸稳定性、一致性好；采用精密分条设备，生产效率高，适合大批量化生产。

附图说明

图1高频感应复合示意图一(三条金属带材进入高频感应加热器进行高频感应复合)。

图2高频感应复合示意图二(两条金属带材进入高频感应加热器进行高频感应复合)。

图3高频感应复合示意图三(两条金属带材中的一条金属带材进入高频感应加热器进行高频感应复合)。

图4典型异型复合接点带横截面金相照片

具体实施方式

本发明公开了一种异型复合接点带的制备方法，可广泛应用于电接触复合材料、双金属带材、复合钎料等的生产。如图1、2和3所示，该方法将两条或多条性能匹配的洁净带材，通过放线装置1，按一定速度通过表面处理机构3，(在表面处理机构3前后有稳定装置2、4)，然后经过矫直机构5，进入高频感应加热器6，其中，图1所示为三条金属带材进入高频感应加热器进行高频感应复合；图2所示为两条金属带材进入高频感应加热器进行高频感应复合；图3所示为两条金属带材中的一条金属带材进入高频感应加热器进行高频感应复合。在氢气、氮气或氩气等保护性气氛中快速加热，通过模具自身精密定位后，按一定的加工率，通过轧制模具7进行连续轧制复合，形成一条双层或多层复合的长带材，长带材通过收线机构8收成盘状。长带材轧制到规定厚度，在精密分剪设备上分成数条微小尺寸带材。微小带材经精密模具轧制成型后，制备成异型复合接点带。本发明的优点是：利用高频感应加热的集肤效应，保证层间结合强度的同时保护材料自身性能。轧制加工率要求不高，不需要大型轧制设备。层间结合处洁净，层间接合强度高，可以连续复合较长的带材。结合精密分条技术，生产过程稳定，尺寸精度高，适合大批量化生产。

在下述实施例中所采用的合金的表达方式均是国际上标准的标注方式，如合金AuAg10，表示其合金的成份和含量是Au90wt.％，Ag10wt.％。

实施例，将直径1.25mm的AuAg10圆丝平轧成4.10mm宽、0.10mm厚的扁带材；将直径3.50mm的AgNi10圆丝平轧成4.10mm宽、2.00mm厚的扁带材；将两种带材用通过式超声清洗机进行超声清洗；超声清洗后，以6m/min的速度在H-1型通过式H₂保护气氛热处理炉中分别以600℃和650℃进行连续热处理，氢气的流量为5L/Min.，氢气的压力为0.1kPa，出口处点燃，冷却区域长度1m，材料出口温度低于100℃。(以下热处理保护条件相同)；将AuAg10和AgNi10的待复合面通过刷毛机构进行表面处理至约Rz35；AgNi10扁带材通过HGT4型高频感应复合装置，而AuAg10直接进入复合模具，在H₂保护下进行轧制复合成4.10mm宽，0.52mm厚的AuAg10/AgNi10复合扁带材；将AuAg10/AgNi10复合扁带材用通过式超声清洗机进行超声清洗；超声清洗后，以5m/min的速度在H-1型通过式H₂保护气氛热处理炉中以600℃进行连续热处理。

将直径2.50mm的CuNi30圆丝平轧成4.10mm宽、0.50mm厚的扁带材；将CuNi30带材用通过式超声清洗机进行超声清洗；超声清洗后，以5m/min的速度在H-1型通过式H₂保护气氛热处理炉中以850℃进行连续热处理。

将AuAg10/AgNi10和CuNi30的待复合面通过刷毛机构进行表面处理；CuNi30扁带材通过HGT4型高频感应复合装置，而AuAg10/AgNi10直接进入复合模具，在H₂保护下进行复合轧制成4.10mm宽，0.40mm厚的AuAg10/AgNi10/CuNi30复合扁带材；用去毛刺装置去除带材复合毛刺，然后以4m/min的速度在H-1型通过式H₂保护气氛热处理炉中分别以620℃进行连续热处理；通过精密分剪装置，将AuAg10/AgNi10/CuNi30带材分剪成6条0.60mm宽，0.40mm厚的细小带材；细小带材经模具精密整形和超声清洗后，进行硬度调整退火，退火速度5m/min，退火温度600℃；通过精密成型模具轧制成宽度为0.60mm宽，0.20mm厚的异型复合接点带材(其横截面金相照片如图4所示)；该异型复合接点带材的表层电接触材料AuAg10的厚度为5μm，中间层材料AgNi10的厚度为0.1mm，基底层材料CuNi30的厚度为0.1mm；异型复合接点带材经超声清洗后，进行真空封装。

本发明制备的异型复合接点带的层数组成、各层材料种类、材料层厚度和外形尺寸可以根据实际需要进行调整。

Claims (10)

1.一种异型复合接点带的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)带材平轧整形步骤，将待复合的圆丝材或扁带毛坯，经平轧机轧至预期的厚度和宽度，然后，通过模具拉拔或型轧，得到所需待复合尺寸的金属带材；

(2)连续超声清洗步骤，在收放线装置配合下，用超声清洗装置将带材平轧整形步骤得到的金属带材连续清洗，去除表面污染物；

(3)连续热处理步骤，在收放线装置配合下，在氢气、氮气或氩气保护气氛条件下，将经连续超声清洗步骤的金属带材在管式退火炉中进行连续热处理；

(4)表面处理步骤，用连续滚动的沙带或毛刷，将经连续热处理步骤后的金属带材表面处理到粗糙度Rz20～Rz50；

(5)高频感应复合步骤，在收放线装置配合下，将单条或多条表面处理后的金属带材通过高频感应线圈，金属带材表面迅速升温，待复合的多条金属带材通过模具的自身定位一齐进入轧制模具中，复合成为一条连续复合带材，该复合带材是由多条金属带材复合成的多层结构；复合过程和加热过程均在氢气、氮气或氩气保护气氛中进行；

(6)整形步骤，在收放线装置配合下，去掉复合带材边角存在的毛刺；将去毛刺后的复合带材用整形模具进行拉拔或模具轧制整形，获得异型复合接点带。

2.根据权利要求1所述的异型复合接点带的制备方法，其特征在于：在该方法中，从所述的带材平轧整形步骤到整形步骤反复进行。

3.根据权利要求2所述的异型复合接点带的制备方法，其特征在于：该方法还包括以下步骤：(7)分剪步骤：是在收放线装置的配合下，将整形步骤后获得的异型复合接点带通过分剪刀具后，按照需求分成多条带材；(8)轧制步骤：分剪后的带材，进入轧制模具中轧制成具有符合需求的横截面形状和尺寸的异型复合接点带。

4.根据权利要求1或3所述的异型复合接点带的制备方法，其特征在于：所述的异型复合接点带的层数目为2～5层，包括表层、中间层、基底层；其中，表层为0～1层、中间层为0～3层，基底层为1层，且表层和中间层不能同时为0。

5.根据权利要求4所述的异型复合接点带的制备方法，其特征在于：所述的异型复合接点带中的表层为电接触材料的金属带材，该电接触材料为金、金银合金、金镍合金、金钴合金、金钯合金、金铂合金、金银钯合金或金银铂合金中的一种。

6.根据权利要求5所述的异型复合接点带的制备方法，其特征在于：所述的异型复合接点带中的中间层的金属带材的材料为银、银钯合金、银镍粉末冶金材料、银氧化物粉末冶金材料、镍、钯和钯铜合金中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的异型复合接点带的制备方法，其特征在于：所述的异型复合接点带中的基底层的金属带材的材料为铜、镍、铜镍合金、铜锌合金、铜镍锌合金和锡磷青铜中的一种。

8.根据权利要求4所述的异型复合接点带的制备方法，其特征在于：所述的表层的电接触材料的金属带材的厚度范围为0.5微米～200微米，宽度为0.2毫米～6毫米，长度不低于100米。

9.根据权利要求8所述的异型复合接点带的制备方法，其特征在于：所述的中间层的金属带材的厚度范围为0.05毫米～1毫米，宽度为0.2毫米～6毫米，长度不低于100米；并且，表层全部覆盖中间层或部分覆盖中间层。

10.据权利要求9所述的异型复合接点带的制备方法，其特征在于：所述的基底层的金属带材厚度范围为0.05毫米～1毫米，宽度为0.2毫米～6毫米，长度不低于100米。

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