CN101241804A - 一种银-氧化锌电触头及其制备方法 - Google Patents

一种银-氧化锌电触头及其制备方法 Download PDF

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一种银－氧化锌电触头及其制备方法，本发明所涉及的电触头由银、氧化锌和添加剂组成。制备方法：将Ag和Zn按比例配好，熔化后采用气体雾化制取Ag－Zn合金粉末，球磨处理后对合金粉氧化，然后加入添加剂、成型、烧结和热加工工艺制得丝材或片材。采用本发明制得的银氧化锌材料，其锌氧化充分，氧化效率高，氧化锌弥散分布在粉末颗粒内部，组织均匀和综合性能优良；具有优良的抗熔焊性、好的耐电弧腐蚀性、低而稳定的接触电阻，易焊接且对人体及环境无危害，适于工业化生产，可代替有毒的银氧化镉触头。

Description

一种银-氧化锌电触头及其制备方法
技术领域
本发明涉及银-金属氧化物(Ag-MeO)电触头材料领域，具体为一种银-氧化锌电触头及其制备方法。
技术背景
近年来，银-金属氧化物(Ag-MeO)触头材料得到了越来越广泛的应用，其中Ag-CdO具有良好的使用性能，应用的电压从几伏到上千伏的多种低压电器中，曾被称为万能触点。但是Ag-CdO材料在制造和使用过程中产生的“镉毒”污染，引起了世界各国政府的高度重视。自2006年6月1日起，欧盟市场已开始禁用Ag-CdO系触头材料。作为Ag-CdO的替代材料，银-氧化锌(Ag-ZnO)具有优良的抗熔焊性、好的耐电弧腐蚀性、低而稳定的接触电阻，易焊接且对人体及环境无危害等特点[J.Mater.Sci.Technol.2004，20(1)：45-92]。
Ag-ZnO触头材料目前的制造方法主要有合金内氧化法[专利：TW517095B、US4131458和US3880777]和粉末冶金法[专利：JP7054078和US4479892]。粉末冶金法包括混粉法、共沉积法和包覆法，其中的混粉法是将银粉和氧化锌粉混合，再成型，烧结[AdvancedMaterials & Processes，2000，158(4)：16和The International Journal ofPowder Metallurgy，1998，34(4)：63-74]。此工艺要求原料粉末的粒度非常细小才能获得均匀的组织，但是，过于细小的粉末难以均匀混合，而且制备粒度小于5μm的原材料粉末较为困难。采用粉末冶金法中的共沉积法或包覆法制备Ag-ZnO材料[上海有色金属，1994，15(2)：92-95]，都会产生废水和废气污染环境。而且Ag-ZnO触头材料中的银和氧化锌相互间的润湿性较差，导致材料的耐电弧侵蚀能力不强，同时沉积在触头表面的氧化锌颗粒使得材料接触电阻偏高。
文献[电工合金，1999，3：18-21]研究结果表明：采用内氧化法制备的Ag-MeO触头材料时，银合金片材的氧化程度在片材表面与芯部不同。即芯部存在贫氧化物区。在触头材料工作过程中，当电弧烧损到中心部位时，因无氧化物颗粒存在而容易导致触头失效。
采用雾化工艺制备的银锌合金粉进行内氧化，能够避免上述贫氧化物区的出现且能提高氧化效率[中国有色金属学报，1995，5(3)：112-114和Rare Metals，1998，17(3)：188-192]。但该工艺的不足之处为：Ag-Zn合金粉末氧化后，生成的ZnO会聚集在合金颗粒表面(见图2)，使得Ag-ZnO合金粉末在压制和加工过程中的接触界面为：ZnO-ZnO，ZnO属于硬脆相，因此，Ag-ZnO材料的后续加工变得异常困难。同时也对材料的组织和性能产生不利影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决Ag-Zn合金粉末在内氧化过程中出现ZnO颗粒团聚在合金粉末表面的问题，使弥散的ZnO和Ag基体之间具有良好的结合界面，改善材料的成型性和后续加工性，提高材料的抗熔焊性和抗电弧侵蚀性的银-氧化锌电触头及其制备方法。
本发明----一种银-氧化锌电触头，由下述组分组成(重量百分比)：
ZnO    5％～15％
添加剂 0.5％～5％
Ag     80％～90％
本发明----一种银-氧化锌电触头中，所述的添加剂为WO3、MoO3、La2O3、Bi2O3、Y2O3、ZrO2、GeO2、RuO2、Ta2O5、TaC中的一种或几种的混合物
本发明----一种银-氧化锌电触头的制备方法，包括下述步骤：
1、熔化
银锌按一定比例配比后，在加热炉中熔化，温度1100℃-1200℃；
2、制粉
用0.7-08MPa压力的气体将熔融银锌合金雾化，筛选取粒度在100-325目的粉末；
3、球磨
将2步所得粉末进行球磨，球磨时间25-100小时，球料比(5-10)：
1，球磨介质为酒精；
4、氧化
将球磨后粉末加热氧化，氧化温度：400-700℃，氧气压力：
1-15atm，氧化时间：1---4小时；
5、混合成型
在氧化后的银锌粉末中按一定比例加入添加剂，混合均匀，将混合粉末放入球磨机内进行机械合金化，再经常规成型；
6、烧结、热锻
将混合成型后的合金加热到550-860℃烧结1---3小时，取出热锻，制得片材。
本发明----一种银-氧化锌电触头的制备方法中，所述的添加剂为WO3、MoO3、La2O3、Bi2O3、Y2O3、ZrO2、GeO2、RuO2、Ta2O5、TaC中的一种或几种的混合物
本发明由于采用上述工艺方法及配方，具有如下优点：
1.银锌按一定比例配比后在中频感应炉内熔化，保证了银锌合金的分布均匀性。
2.氧化前将合金粉末在球磨机内进行球磨处理，改变了粉末的内部微观结构，增加了粉末内部的缺陷，提高了粉末的活性，同时细化了粉末，使得合金粉末氧化后，生成的ZnO弥散分布在合金粉末内部，避免了ZnO在粉末表面的团聚，同时提高了氧化效率。
3.由于加入了WO3、MoO3、La2O3、Bi2O3、Y2O3、ZrO2、GeO2、RuO2、Ta2O5、TaC中的一种或几种的混合物作为添加剂；不但能改善Ag和ZnO间的润湿性，也能提高Ag-ZnO材料的抗熔焊性和抗电弧侵蚀性。
4.采用挤压、拉拔或热锻等热加工工艺可以使得Ag-ZnO材料的组织均匀，致密度和电性能更高。
综上所述，采用本发明制得的银氧化锌材料，其锌氧化充分，氧化效率高，氧化锌弥散分布在粉末颗粒内部，组织均匀和综合性能优良；具有优良的抗熔焊性、好的耐电弧腐蚀性、低而稳定的接触电阻，易焊接且对人体及环境无危害，适于工业化生产，可代替有毒的银氧化镉触头。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为Ag-Zn合金粉直接氧化后的金相组织照片；
图3为通过球磨处理后的Ag-Zn合金粉氧化后的金相组织照片；
图4为本发明制得成品纵截面的金相组织
图5为本发明制得成品横截面的金相组织；
图6为对比例制得成品的金相组织。
具体实施方式
实施例1：取银2公斤，锌252克，置于中频感应炉内熔炼成液态后，用高压气体雾化设备进行合金雾化，雾化后的含固体颗粒液体经烘干成合金粉末，筛选后将粒度在100-325目的粉末装入球磨机内进行球磨处理，球磨时间25小时，球料比5∶1，球磨介质为酒精。球磨后将粉末装入氧化炉中氧化，氧化温度控制在500℃，保持20atm的氧气压，氧化4小时取出，经检验符合要求后加入125克MoO3、La2O3、和Bi2O3混合均匀，将混合粉末放入球磨机内进行机械合金化，再经常规成型，700℃烧结5小时，取出热锻，制得片材。
实施例2：取银2公斤，锌237克，置于中频感应炉内熔炼成液态后，用高压气体雾化设备进行合金雾化，雾化后的含固体颗粒液体经烘干成合金粉末，筛选后将粒度在100-325目的粉末装入球磨机内进行球磨处理，球磨时间100小时，球料比10∶1，球磨介质为酒精。球磨后将粉末装入氧化炉中氧化，氧化温度控制在700℃，保持50atm的氧气压，氧化1.5小时取出，加入5.9克WO3混合均匀，将混合粉末放入球磨机内进行机械合金化，再经成型，860℃烧结3小时，取出挤压成丝后，再拉丝即得成品。
实施例3：取银2公斤，锌119克，置于中频感应炉内熔炼成液态后，用高压气体雾化设备进行合金雾化，雾化后的含固体颗粒液体经烘干成合金粉末，筛选后将粒度在100-325目的粉末装入球磨机内进行球磨处理，球磨时间50小时，球料比5∶1，球磨介质为酒精。球磨后将粉末装入氧化炉中氧化，氧化温度控制在600℃，保持30atm的氧气压，氧化2.5小时取出，经检验符合要求后加入44克ZrO2和TaC混合均匀，将混合粉末放入球磨机内进行机械合金化，再经成型，800℃烧结4小时，取出挤压成丝后，再拉丝即得成品。
实施例4：取银2公斤，锌75克，置于中频感应炉内熔炼成液态后，用高压气体雾化设备进行合金雾化，雾化后的含固体颗粒液体经烘干成合金粉末，筛选后将粒度在100-325目的粉末装入球磨机内进行球磨处理，球磨时间25小时，球料比5∶1，球磨介质为酒精。球磨后将粉末装入氧化炉中氧化，氧化温度控制在400℃，保持15atm的氧气压，氧化4小时取出，经检验符合要求后加入111克Y2O3、GeO2、RuO2和Ta2O5混合均匀，将混合粉末放入球磨机内进行机械合金化，再经常规成型，650℃烧结6小时，取出热锻，制得片材。
对比例5：取银2公斤，锌237克，置于中频感应炉内熔炼成液态后，用高压气体雾化设备进行合金雾化，雾化后的含固体颗粒液体经烘干成合金粉末，筛选后将粒度在100-325目的粉末装入氧化炉中氧化，氧化温度控制在700℃，保持50atm的氧气压，氧化1.5小时取出，再经成型，860℃烧结3小时，取出挤压成丝后，再拉丝即得成品。
上述实施例和对比例的性能指标如下表：
  成品   密度g/cm3   硬度HV/MPa   电阻率μΩgcm   抗拉强度MPa   伸长率％
 实施例1   9.52   950   3.0   380   23
 实施例2   9.67   870   2.5   340   26
 实施例3   9.8   700   2.2   300   35
 实施例4   9.82   650   2.1   280   36
 对比例5   9.48   1000   3.2   400   20
                                                                                                           。

Claims (4)

1. 一种银-氧化锌电触头，由下述组分组成(重量百分比)：
ZnO           5％～15％
添加剂        0.5％～5％
Ag            80％～90％
2. 根据权利要求1所述的一种银-氧化锌电触头，其特征在于：所述的添加剂为WO3、MoO3、La2O3、Bi2O3、Y2O3、ZrO2、GeO2、RuO2、Ta2O5、TaC中的一种或几种的混合物
3. 一种银-氧化锌电触头的制备方法，包括下述步骤：
(1)熔化
银锌按一定比例配比后，在加热炉中熔化，温度1100℃-1200℃；
(2)制粉
用0.7---0.8MPa压力的气体将熔融银锌合金雾化，筛选取粒度在100-325目的粉末；
(3)球磨
将(2)步所得粉末进行球磨，球磨时间25-100小时，球料比5∶1或10∶1，球磨介质为酒精；
(4)氧化
将球磨后粉末加热氧化，氧化温度：400-700℃，氧气压力：
1-15atm，氧化时间：1---4小时；
(5)混合成型
在氧化后的银锌粉末中按一定比例加入添加剂，混合均匀，将混
合粉末放入球磨机内进行机械合金化，再经常规成型；
(6)烧结、热锻
将混合成型后的合金加热到550℃-860℃烧结1---3小时，取出热锻，制得片材。
4. 根据权利要求3所述的一种银-氧化锌电触头材料的制备方法，其特征在于：所述添加剂为WO3、MoO3、La2O3、Bi2O3、Y2O3、ZrO2、GeO2、RuO2、Ta2O5、TaC中的一种或几种的混合物
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