CN101217074A - 银氧化锡/铜复合电触头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种银氧化锡/铜复合电触头，电触头材料工作层是由银、氧化锡和混合稀土氧化物组成，各组分重量含量为：85％～94％Ag，6％～15％SnO2，0.1％～2.0％混合稀土氧化物，焊接层为T2铜。SnO2重量含量优选为8～12％。混合稀土氧化物是氧化铈、氧化镧、氧化钇的混合物。制备方法是先将银锡按一定比例配比后在中频炉内熔炼，然后用高压水雾化设备进行合金雾化，雾化后烘干成粉末，筛选，装入内氧化炉在一定温度和氧气压下进行氧化，氧化后通过冷等静压加工成坯锭，然后进行烧结、挤压成板材后，再与铜复合轧制得到成品。电触头具有电导率高，组织均匀细致、工作层与焊结层结合强度高、抗熔焊、耐电弧烧损特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种银氧化锡/铜复合电触头及其制备方法，属于金属基复合材料技术领域。
技术背景
电触头是继电器、接触器等电器开关的关键元件，其性能的好坏直接影响电器开关运行的可靠性和使用寿命。长期以来国内外的电器行业大量使用银氧化镉触头材料，但银氧化镉材料有一定的毒性。随着人们生活水平的提高，人们对电器的综合性能的要求也越来越高，银氧化锡材料是当前可在大范围内取代银氧化镉材料的环保型触头材料。
目前国内外大多采用“内氧化法”和“粉末冶金法”研制生产银氧化锡触头材料，这两种方法生产的银氧化锡触头均为整体全银触头，这些工艺的不足之处为：触头材料整体含银量高、生产成本高，同时，对产品的氧化锡含量都有一定限制。
发明内容
本发明的目的在于克服“内氧化法”和“粉末冶金法”生产银氧化锡触头的不足之处，提供一种新的银氧化锡/铜复合的电触头材料及其制备方法，该电触头具有电导率高，组织均匀细致、工作层与焊结层结合强度高、抗熔焊、耐电弧烧损等特点，其制备工艺简单、成本低。
本发明是通过下述技术方案加以实现的：一种银氧化锡/铜复合电触头，电触头材料工作层是由银、氧化锡和混合稀土氧化物组成，各组分重量含量为：85％～94％Ag，6％～15％SnO2，0.1％～2.0％混合稀土氧化物，焊接层为T2铜。SnO2重量含量优选为8～12％。混合稀土氧化物是氧化铈、氧化镧、氧化钇的混合物。
一种采用上述材料的银氧化锡/铜复合电触头的制备方法，其过程主要包括先将银锡按一定比例配比后在中频炉内熔炼，然后用高压水雾化设备进行合金雾化，雾化后烘干成粉末，筛选，装入内氧化炉在一定温度和氧气压下进行氧化，氧化后通过冷等静压加工成坯锭，然后进行烧结、挤压成板材后，再与铜复合轧制得到成品。其特征在于，包括以下步骤：
1)熔炼雾化制备银锡合金粉，以Ag锭、Sn锭和混合稀土并按三者重量比：85％～94％∶4.7％～11.8％∶0.1％～1.7％。
2)将银锡合金粉烘干筛选后，将粒度在100目～300目的粉末装入内氧化炉进行氧化，氧化时温度控制在400℃～800℃，氧气压保持在0.2MPa～0.8MPa，经2h～10h氧化后取出检测。
3)银氧化锡预氧化粉检测符合要求后，在100MPa～250MPa等静压压强下将预氧化后的粉末压制成坯料。
4)在高温烧结炉中对压制成形的坯料烧结，在氮气气氛保护下，烧结温度750℃～900℃，烧结时间1～10h，挤压模具的预热温度为100℃～400℃，挤压速度为3 m/min～8m/min，挤压比为10～120，挤压后的银氧化锡板材厚度为3mm～7mm。
5)T2铜板材厚度为6mm～12mm。
6)将银氧化锡板材、T2铜板接触面清洗干净、烘干，打孔后用铜铆钉固定。
7)在高温烧结炉中对固定好的银氧化锡/铜坯料烧结，在氮气气氛保护下，烧结温度500℃～800℃，烧结时间0.5h～5h，复合轧制变形量为50％～70％，复合轧制后的银氧化锡/铜板材厚度为3mm～6mm。
8)复合轧制后的银氧化锡/铜板材经轧制成带材，带材厚度为0.5mm～2.8mm。
9)将带材冲制成触头，经表面处理后即可制成银氧化锡/铜复合电触头。
本发明的优点在于：
1.银、锡及混合稀土按一定比例配比后在中频炉内熔制，保证了银锡合金成分分布的均匀性。
2.银锡合金粉在内氧化炉中氧化，使材料的晶粒细化、组织均匀、微观结构不出现偏析，消除氧化物贫脊区。
3.采用等静压、挤压加工成板材，从而使银氧化锡的合金组织均匀性更好，使产品的物理性能及电性能明显提高。
4.采用大变形量复合轧制制备的银氧化锡/铜复合材料，银氧化锡与铜基体之间结合牢固，这种复合触头材料的工作层保留银合金材料，焊接面为铜合金材料，达到各组元成分的特性不仅能够得以保留和充分发挥，并因复合效应而产生十分有益的综合性能，而且有效地节约贵金属白银，降低电触头材料成本，是全银触头产品价格的40～60％。
由于本发明配方、工艺合理，生产出来的电触头具有电导率高，组织均匀细致、工作层与焊结层结合强度高、抗熔焊、耐电弧烧损等特点，
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例一：将Ag锭、Sn锭和混合稀土按重量比：88∶9.5∶0.3的比例，取Ag锭26.4Kg、Sn锭2.85Kg和混合稀土0.09Kg，置于中频熔炼炉内熔炼成液态后，用高压水雾化设备进行合金雾化，雾化后的颗粒液体经烘干成合金粉末，筛选后将粒度在100目～300目的粉末装入内氧化炉内氧化，氧化时温度控制在600℃，保持0.6MPa的氧气压，氧化2h后取出，经检测符合要求后采用冷等静压工艺，放入压力150MPa的专用压力设备中加工成坯锭，然后在温度为880℃的设备内烧结5h，挤压成板材后，与铜用Ф6mm铜铆钉固定后，在氮气气氛保护下，烧结温度为780℃，烧结时间为1h，复合轧制变形量为71％，复合轧制后的银氧化锡/铜板材经轧制成带材再冲制成触头，经表面处理后即可制成银氧化锡/铜复合电触头。
实施例二：
将Ag锭、Sn锭和混合稀土按重量比：92∶6.3∶0.3的比例，取Ag锭27.6Kg、Sn锭1.89Kg和混合稀土0.09Kg，置于中频熔炼炉内熔炼成液态后，用高压水雾化设备进行合金雾化，雾化后的颗粒液体经烘干成合金粉末，筛选后将粒度在100～300目的粉末装入内氧化炉内氧化，氧化时温度控制在580℃，保持0.5MPa的氧气压，氧化2小时后取出，经检测符合要求后采用冷等静压工艺，放入压力150MPa的专用压力设备中加工成坯锭，然后在温度为850℃的设备内烧结5小时，挤压成板材后，与铜用Ф5mm铜铆钉固定后，在氮气气氛保护下，烧结温度为750℃，烧结时间为1h，复合轧制变形量为67％，复合轧制后的银氧化锡/铜板材经轧制成带材再冲制成触头，经表面处理后即可制成银氧化锡/铜复合电触头。
采用本发明制得的银氧化锡/铜复合电触头，其银氧化锡工作层性能指标如下：
1.密度：9.3～10.1g/cm3；
2.硬度(HB)：65～100；
3.电阻率：2.20～3.50μΩcm；
4.金相组织：颗粒均匀；
5.结合强度：银氧化锡工作层与基体铜结合面无缝隙。
Claims (6)
1.一种银氧化锡/铜复合电触头，其特征在于：电触头材料工作层是由银、氧化锡和混合稀土氧化物组成，各组分重量含量为：85％～94％Ag，6％～15％SnO2，0.1％～2.0％混合稀土氧化物，焊接层为T2铜。
2.根据权利要求1所述的银氧化锡/铜复合电触头，其特征在于：SnO2重量含量优选为8％～12％。
3.根据权利要求1所述的银氧化锡/铜复合电触头，其特征在于：混合稀土氧化物是氧化铈、氧化镧、氧化钇的混合物。
4.一种如权利要求1所述的银氧化锡/铜复合电触头制备方法，其特征在于：先将银锡按一定比例配比后在中频炉内熔炼，然后用高压水雾化设备进行合金雾化，雾化后烘干成粉末，筛选，装入内氧化炉在一定温度和氧气压下进行氧化，氧化后通过冷等静压加工成坯锭，然后进行烧结、挤压成板材后，再与铜复合轧制得到成品，步骤如下：
1)熔炼雾化制备银锡合金粉，以Ag锭、Sn锭和混合稀土并按三者重量比：85％～94％∶4.7％～11.8％∶0.1％～1.7％；
2)将银锡合金粉烘干筛选后，将粒度在100目～300目的粉末装入内氧化炉进行氧化，氧化时温度控制在400℃～800℃，氧气压保持在0.2MPa～0.8MPa，经2h～10h氧化后取出检测；
3)银氧化锡预氧化粉检测符合要求后，在100MPa～250MPa等静压压强下将预氧化后的粉末压制成坯料；
4)在高温烧结炉中对压制成形的坯料烧结，在氮气气氛保护下，烧结温度750℃～900℃，烧结时间1～10h，挤压模具的预热温度为100℃～400℃，挤压速度为3m/min～8m/min，挤压比为10～120，挤压后的银氧化锡板材厚度为3mm～7mm。
5)T2铜板材厚度为6mm～12mm；
6)将银氧化锡板材、T2铜板接触面清洗干净、烘干，打孔后用铜铆钉固定；
7)在高温烧结炉中对固定好的银氧化锡/铜坯料烧结，在氮气气氛保护下，烧结温度500℃～800℃，烧结时间0.5h～5h，复合轧制变形量为50％～70％，复合轧制后的银氧化锡/铜板材厚度为3mm～6mm；
8)复合轧制后的银氧化锡/铜板材经轧制成带材，带材厚度为0.5mm～2.8mm；
9)将带材冲制成触头，经表面处理后即可制成银氧化锡/铜复合电触头。
5.如权利要求4所述的银氧化锡/铜复合电触头制备方法，其特征在于：将Ag锭、Sn锭和混合稀土按重量比：88∶9.5∶0.3的比例，取Ag锭26.4Kg、Sn锭2.85Kg和混合稀土0.09Kg，置于中频熔炼炉内熔炼成液态后，用高压水雾化设备进行合金雾化，雾化后的颗粒液体经烘干成合金粉末，筛选后将粒度在100目～300目的粉末装入内氧化炉内氧化，氧化时温度控制在600℃，保持0.6MPa的氧气压，氧化2h后取出，经检测符合要求后采用冷等静压工艺，放入压力150MPa的专用压力设备中加工成坯锭，然后在温度为880℃的设备内烧结5h，挤压成板材后，与铜用Ф6mm铜铆钉固定后，在氮气气氛保护下，烧结温度为780℃，烧结时间为1h，复合轧制变形量为71％，复合轧制后的银氧化锡/铜板材经轧制成带材再冲制成触头，经表面处理后即可制成银氧化锡/铜复合电触头。
6.如权利要求4所述的银氧化锡/铜复合电触头制备方法，其特征在于：将Ag锭、Sn锭和混合稀土按重量比：92∶6.3∶0.3的比例，取Ag锭27.6Kg、Sn锭1.89Kg和混合稀土0.09Kg，置于中频熔炼炉内熔炼成液态后，用高压水雾化设备进行合金雾化，雾化后的颗粒液体经烘干成合金粉末，筛选后将粒度在100～300目的粉末装入内氧化炉内氧化，氧化时温度控制在580℃，保持0.5MPa的氧气压，氧化2小时后取出，经检测符合要求后采用冷等静压工艺，放入压力150MPa的专用压力设备中加工成坯锭，然后在温度为850℃的设备内烧结5小时，挤压成板材后，与铜用Ф5mm铜铆钉固定后，在氮气气氛保护下，烧结温度为750℃，烧结时间为1h，复合轧制变形量为67％，复合轧制后的银氧化锡/铜板材经轧制成带材再冲制成触头，经表面处理后即可制成银氧化锡/铜复合电触头。
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