CN101217226B - 弱电滑动接点材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型银铜镍镁弱电接触材料，适合于用作弱电流工作条件下的滑动接点材料，如小型直流电动机换向器材料等。所述材料为Ag-Cu-Ni-Mg合金、Ag-Cu-Zn-Ni-Mg合金、Ag-Cu-Pd-Zn-Ni-Mg合金。其中，Cu含量为0.1～10.0％(质量)，Zn含量为0.1～5.0％(质量)，Ni含量为0.01～0.6％(质量)，Pd含量为0.1～1.5％(质量)，Mg含量为0.01～1.0％(质量)其余为Ag。该材料通过在Ag-Cu-Ni系合金添加Mg等元素，提高了此类电接触材料的耐高温、耐磨损、抗硫化、耐电弧烧蚀性和抗熔焊等性能，获得低而稳定的接触电阻，改善Ag-Cu-Ni合金的高温电接触性能。由此滑动电接触材料与铜及其合金通过轧制复合成贵/廉金属复合材料，制成微特电机换向器等零件，适用于家用电器等的小型直流电动机中。
Description
技术领域
本发明涉及一种电接触材料，特别涉及一种在弱电流工作条件下的滑动电接触材料。
背景技术
近年来，在弱电流工作条件下(多数电流≤1A)的电接触材料应用技术领域中，有关新的弱电接触材料的研究与生产正在不断发展，以满足日益发展的各种类型小型直流电动机等对弱电接触材料的需求。
在各种弱电接触材料中，贵/廉金属复合材料由于具有贵金属含量低、综合性能好、价格便宜等特点，在微特电机、继电器、微型开关等实际应用中已得到广泛应用，典型应用如换向器和刷片等。
目前使用贵/廉金属复合材料主要是将滑动接点材料与铜或合金铜或复合后再与金或复合的材料，主要有Ag-Cd/Cu、Ag-Cu/Cu、Ag-Ni/Cu、Ag-Cu-Ni/Cu等系列复合材料。由于Cd有毒，Ag-Cd/Cu已逐渐淘汰。Ag-Cu合金相对于纯Ag具有较好的耐磨性和抗熔焊性能，但在工业气氛下，尤其在高温、高湿和含硫及硫化氢气氛中，其表面容易生成不导电的硫化物以及氧化膜，引起接触电阻不稳定，可靠性降低，同时，其硬度和耐磨性也较低。另外，银铜合金有偏析倾向，添加适当的Ni形成Ag-Cu-Ni合金，可显著减少其偏折，改善其耐磨性和耐腐蚀性能，并得到广泛应用，但这种合金在较高温度使用时，耐磨性能及使用寿命有所降低。
随着微电子，机电一体化，家电工业的发展以及精密仪器的需要，对高质量、长寿命、环保的贵/廉金属复合材料的需求不断增大，应用范围也不断扩大，如高速CD、DVD电机所需的换向器材料等。当CD、DVD等播放器材置于汽车等设备上，要求其在-40～80℃范围内能保持正常使用并保证长久的使用寿命，在此情况下，传统的换向器材料就不能满足要求。
发明内容
本发明目的是提供在一种弱电滑动接点材料，它可以解决弱电滑动接点合金在高温下接触电阻不稳定、接触可靠性降低、硬度和耐磨性低等问题。与铜或合金铜等复合后制备的材料，在-40～80℃温度范围内有质量高、寿命长的优点。
本发明的一种用于作弱电流工作条件下的滑动接点材料，由Cu为0.1～10.0重量百分含量，Ni为0.01～0.6重量百分含量，Mg为0.01～1.0重量百分含量，其余为Ag组成，使Cu金属粒子、Ni金属粒子、Mg金属粒子分散于Ag基体中。
本发明的另一种用于作弱电流工作条件下的滑动接点材料，由Cu为0.1～10.0％重量百分含量，Zn为0.1～5.0％重量百分含量，Ni为0.01～0.6重量百分含量，Mg为0.01～1.0重量百分含量，其余为Ag组成，使Cu金属粒子、Zn金属粒子、Ni金属粒子、Mg金属粒子分散于Ag基体中。
本发明的再一种用于作弱电流工作条件下的滑动接触材料，由Cu为0.1～10.0重量百分含量，Zn为0.1～5.0重量百分含量，Ni为0.01～0.6重量百分含量，Pd为0.1～1.5重量百分含量，Mg为0.01～1.0重量百分含量，其余为Ag组成，使Cu金属粒子、Zn金属粒子、Ni金属粒子、Pd金属粒子、Mg金属粒子分散于Ag基体中。
本发明中Cu元素主要固溶于α-Ag基体中，另部分Cu、Ni、Mg以第二相细小粒子形式分布在α-Ag基体中，在用于微特电机、继电器、微型开关时，如典型的应用于向器和刷片时，Cu在其表面还可以还形成CuO，在电接触过程中起到润滑剂以及灭弧等作用； Ni元素具有细化晶粒，稳定产品尺寸、强化材料、提高耐磨性等作用；Mg元素以细小粒子形式与Cu和Ni形成第二相分布在α-Ag基体中，同时在材料表面以MgO形式存在可以减少电弧引起的损耗，在表面起到润滑剂作用，减少摩擦力，改善Ag-Cu-Ni合金的高温电接触性能；Zn固溶于α-Ag基体中，起到固溶强化作用，还以ZnO粒子形式存在，可以减少电弧损耗，起到润滑剂，降低摩擦力的作用。该材料通过在Ag-Cu-Ni系合金添加Mg元素，提高了此类电接触材料的耐高温、耐磨损、抗硫化、耐电弧烧蚀性和抗熔焊等性能，获得低而稳定的接触电阻。
本发明所述的滑动电接触材料与铜或铜合金通过复合成贵/廉金属复合材料，制成微特电机换向器等零件，用于微电机换向器、温控器、开关等，实现传递电能、电信号、接触和分断电路等功能，如小型直流电动机换向器材料等。换向器与电刷在电机中组成对应的滑动摩擦副，制作换向器具有接触电阻小而稳定、耐电侵蚀及耐机械磨损等性能。
具体实施方式
按照表1所述的配置，取本发明材料，在真空感应熔炼炉中进行冶炼，采用氩气保护气体熔炼--铸锭600～800℃/3h均匀化处理--表面处理--轧制--500～800℃气体保护热处理--轧制--退火，即得本发明所述弱电接触材料。
表1本发明的弱电接触材料的组成(含量)
| 实施例 | 化学成分(质量％) | |||||
| Cu | Ni | Zn | Mg | Pd | Ag | |
| 1 | 4.20 | 0.32 | 0.21 | 95.27 | ||
| 2 | 6.51 | 0.34 | 0.20 | 92.95 | ||
| 3 | 7.83 | 0.29 | 0.18 | 91.7 | ||
| 4 | 4.32 | 0.27 | 0.95 | 0.15 | 94.31 | |
| 5 | 6.30 | 0.28 | 1.10 | 0.16 | 92.16 | |
| 6 | 8.05 | 0.33 | 1.00 | 0.14 | 90.48 | |
| 实施例 | 化学成分(质量％) | |||||
| Cu | Ni | Zn | Mg | Pd | Ag | |
| 7 | 4.02 | 0.24 | 1.30 | 0.12 | 1.00 | 93.32 |
| 8 | 6.02 | 0.31 | 1.35 | 0.11 | 1.30 | 90.91 |
| 9 | 8.10 | 0.35 | 1.20 | 0.10 | 0.55 | 89.7 |
| 比较例1 | 4.51 | 0.36 | 95.13 | |||
| 比较例1 | 6.73 | 0.31 | 92.96 | |||
将本发明上述实施例1～9材料制成的成品与Ag-Cu-Ni系合金的比较例1～2材料制成的成品做金属的机械性能实验，实验结果如表2：
表2 本发明的弱电接触材料(加工态)的主要性能
| 性能 | 硬度(Hv) | 抗拉强度(MPa) | 延伸率(％) |
| 实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8实施例9比较例1比较例1 | 164166171149153167152159158153159 | 571579583543552563543558562553569 | 1817152523212320212522 |
本发明所属材料成品与Ag-Cu-Ni系合金的比较例成品相比较，其硬度、抗拉强度有所提高，延伸率基本相同。
采用以上发明材料与铜或铜合金通过复合制成二层贵廉金属复合材料，与AgPd30电刷材料配对制成电机，在湿度50％，温度60℃条件下的耐久性实验寿命见表3。
表3 本发明的二层贵廉金属复合材料的耐久性实验寿命
| 性能 | 耐久性实验寿命(h) |
| 实施例1 | 1125 |
| 实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8实施例9比较例1比较例2 | 10811024131312361189145313801250743658 |
由表3可以看出，本发明的材料与Ag-Cu-Ni材料相比，其耐久寿命得到明显提高。
在二层贵廉金属复合材料上还可复合上Au或Au合金形成三层贵廉金属复合材料，用于精密小型电动机，同样具有接触电阻小而稳定、耐电侵蚀及耐机械磨损等性能。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (3)
1.弱电滑动接点材料，用于作弱电流工作条件下的滑动接点材料，其特征在于：由Cu为0.1～10.0重量百分含量，Ni为0.01～0.6重量百分含量，Mg为0.01～1.0重量百分含量，其余为Ag组成，使Cu金属粒子、Ni金属粒子、Mg金属粒子分散于Ag基体中。
2.弱电滑动接点材料，用于作弱电流工作条件下的滑动接点材料，其特征在于：由Cu为0.1～10.0重量百分含量，Zn为0.1～5.0重量百分含量，Ni为0.01～0.6重量百分含量，Mg为0.01～1.0重量百分含量，其余为Ag组成，使Cu金属粒子、Zn金属粒子、Ni金属粒子、Mg金属粒子分散于Ag基体中。
3.弱电滑动接触材料，用于作弱电流工作条件下的滑动接点材料，其特征在于：由Cu为0.1～10.0重量百分含量，Zn为0.1～5.0重量百分含量，Ni为0.01～0.6重量百分含量，Pd为0.1～1.5重量百分含量，Mg为0.01～1.0重量百分含量，其余为Ag组成，使Cu金属粒子、Zn金属粒子、Ni金属粒子、Pd金属粒子、Mg金属粒子分散于Ag基体中。
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