CN101677170B

CN101677170B - 一种滑动电接触材料和电接触金属复合材料

Info

Publication number: CN101677170B
Application number: CN2008100703232A
Authority: CN
Inventors: 章应; 徐永红; 王勇; 向云贵; 李仲才
Original assignee: Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Current assignee: Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2028-09-18
Also published as: CN101677170A

Abstract

本发明公开了两种含金滑动电接触材料，其主要组成分别为AuAgCuY和AuAgCuPdY，在此基础上再分别添加微量元素Zr、Cr、Ta和Ti元素中的一种或多种，这些微量元素的总量不超过2％。本发明的合金具有良好的耐磨性、抗电弧能力和抗有机污染性能，是优良的滑动电接触材料，适合于制作直流电动机的换向器。

Description

一种滑动电接触材料和电接触金属复合材料

技术领域

本发明涉及一种滑动电接触材料，特别涉及一种具有高耐磨性的含金滑动电接触材料以及这种材料作工作层、银合金作中间层、铜或铜合金作基层所组成的三层复合材料。

背景技术

换向器是微电机的核心元件之一，它与电刷片构成滑动电接触导电偶件。在工作过程中承受滑动磨损和电弧侵蚀的双重作用，同时还受到环境气氛中各种腐蚀性介质的影响。因此，换向器材料在要求良好导电性的同时，还需要有良好的耐磨性、抗电弧能力和耐腐蚀性。在多数情况下，银及银合金能够满足换向器的这些要求。

但是，银及其合金的耐腐蚀性不足，在高温、高湿和环境中含S等介质的高腐蚀性恶劣条件下，以及要求电机具有高度稳定性和可靠性的场合，采用银或银合金制成的换向器性能容易波动，难以满足要求，并存在使用寿命偏低等缺点。在这些条件下，通常使用金及金合金作工作面。然而，Au的价格昂贵，工业上不能大量使用，所以必须选择合适的合金元素来改善其组织结构，提高其耐磨性，尽可能延长含金工作面的使用寿命。另外，金容易受有机物污染，在有机气氛存在的情况下，其电接触性能会下降。

目前开发出来的用于滑动电接触的含金合金有AuAg、AuAgCu、AuCuNi等系列，已经在工业上得到应用。中国专利(申请号)200610048862.7公开了一种含微量Y的AuAgZr基合金，适用与电接触领域；中国专利96190113.6发明了一种AuAgCuPd合金，其成分为(重量％)：10-60Ag、0.1-7Pd、0.1-7Cu、余量为Au，主要用作直流电机的换向器材料，在高温下与传统的AuAg40/AgCu4Ni0.5/TU1合金寿命明显提高。为了开发新的合金，还研究了Y、La、Sm、Ce、Zr、Cr、Ti等合金元素对金及其合金组织和性能的影响。但是，以AuAgCu和AuAgCuPd合金为基础，进一步添加稀土元素及Zr、Cr等高熔点元素以制作新型高耐磨、抗有机污染的含金电接触材料，并用于直流电动机换向器的技术还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滑动电接触材料，采用所述材料复合的电接触金属复合材料，用于直流电动机换向器的工作面，具有高耐磨性、抗有机污染性能好，使用寿命长的优点。

实现本发明的第一个技术方案是：滑动电接触材料由Ag、Cu、Y、微量元素和Au组成，各组分质量百分含量为：Ag20-40％；Cu2-8％；Y0.02-1％；微量元素0.05～2.0％；余量为Au。

实现本发明的第二个技术方案是：滑动电接触材料由Ag、Pd、Cu、Y、微量元素和Au组成，各组分质量百分含量为：Ag20-40％；Pd0.5-5％；Cu2-8％；Y0.02-1％；微量元素0.05～2.0％；余量为Au。

本发明所述的第一、二个技术方案中的微量元素为Zr、Cr、Ta、Ti中的一种或几种。

本发明提出的滑动电接触材料制备工艺为：

1)采用真空感应炉熔炼制备上述合金，其中Y、Zr、Cr、Ta、Ti元素可以以中间合金形式加入，也可以以纯金属形式加入。

2)将制备的含稀土电接触合金铸锭经开坯、轧制后，采用热轧复合技术，与银或银合金以和铜或铜合金进行复合，制作成三层复合材料。其中本发明的合金为工作层，银或银合金为中间过渡层，铜或铜合金为基层。

本发明添加稀土元素Y是因为稀土元素性质活泼，在熔炼过程中能够与合金中的杂质反应形成高熔点化合物，在熔体中上浮或下沉，从而易于去除，达到净化合金的目的；另外，稀土元素可以提高合金的再结晶温度，抑制其在高温条件下的软化，从而提高耐磨性；并且稀土元素还可以细化晶粒和提高抗电弧能力。添加Zr、Cr、Ta、Ti中的一种或几种可以进一步提高合金的强度和硬度，细化晶粒、增强耐磨性，并改善合金抗有机污染的能力。

本发明的优点为：

1)采用本发明的滑动电接触材料制作微电机换向器，具有更好的耐磨性、抗有机污染和抗电弧能力，适合于在腐蚀性介质和有机介质较多、要求高稳定性和高可靠性条件下工作的微电机中使用。

2)本发明的滑动电接触材料可以采用普通真空熔炼工艺制造，设备和工艺技术不需要特殊的改造，生产中易于实施。

3)利用本发明的高耐磨含金电接触合金制作三层复合材料时，可以采用普通的金合金/银合金/铜合金电接触复合带材的工艺和设备进行生产，技术易于掌握和实施，也不会增加生产成本。

具体实施方式

本发明所述的滑动电接触材料个组分的重量百分比的配比如表1所示。

表1：滑动电接触材料的成分单位：重量百分比(wt％)

序号	Ag	Cu	Y	Zr	Cr	Ta	Ti	Au	Pd
										1	35	4.35	0.15	0.5	-	-	-	60	-
2	35	4.35	0.15	-	0.5	-	-	60	-
										3	35	4.35	0.15	-	-	0.5	-	60	-
4	35	4.35	0.15	-	-	-	0.5	60	-
										5	35	4.35	0.15	0.5	-	-	-	59	1
6	35	4.35	0.15	-	0.5	-	-	59	1
										7	35	4.35	0.15	-	-	0.5	-	59	1
8	35	4.35	0.15	-	-	-	0.5	59	1
										比较例	35	5	-	-	-	-	-	60	-

备注：制备合金时按照每炉5Kg配料，各金属的重量配比按照表1所示计算取料。

实施例一

用作表面层合金为表1中1号合金(Ag-60Au-4.35Cu-0.5Zr-0.15Y)采用真空熔铸，在750℃温度下热锻后经过多次轧制和退火轧制到所需求的规格。中间层牌号为Ag-4Cu-1Pd-0.5Ni-0.15Ce合金采用真空熔铸，在800℃均匀化退火后冷锻并经过多次轧制和退火轧制到所需求的规格。将用作表层的1号合金(Ag-60Au-4.35Cu-0.5Zr-0.15Y)和用作中间层的Ag-4Cu-1Pd-0.5Ni-0.15Ce带状合金结合，制成带状包层材料，将此包层材料与作为基层材料的TU1合金(表示无氧铜合金)镶嵌复合，制成条复复合材料。将此复合材料在650℃下进行热处理，后经过多次轧制，获得三层复合材料。其总体厚度为：0.25mm，宽度为9mm，由0.0009mm厚的表层，由0.03mm的中间层和基础层构成。

将此复合材料加工成三极换向器，并将此换向器装配在直流电机马达上并与用牌号为AgPd50/BZn18-26合金制成的刷片配对进行寿命考核。

测试条件为：

测试温度：-40℃^-80℃

测试负荷：φ12CD+300g压盘

测试电压：2V

转速：22000RPM

测试电流：170mA

测试电机数量：10台

测试过程中，通过检测电机转速和电流的变化来判定电机的工作状态，出现转速或电流超标或无法启动时均判定为寿命终止，同时此材料与常规表层为Ag-60Au-5Cu，中间层为Ag-4Cu-1Pd-0.5Ni，基层为TU1具有相同规格相同厚度的材料进行寿命对比测试并列入表1中。

实施例二

与实施例一相同的办法，制造由表面层为表1中2号合金(Ag-60Au-4.35Cu-0.5Cr-0.15Y厚度：0.0009mm)、牌号为Ag-4Cu-1Pd-0.5Ni-0.15Ce合金构成的中间层(厚度：0.03mm)和TU1构成的基础层构成镶嵌复合材料并用于微电机中，测试条件与实施案例一相同，其寿命列入表1中。

实施例三

与实施例一相同的办法，制造由表面层为表1中3号合金(Ag-60Au-4.35Cu-0.5Ta-0.15Y厚度：0.0009mm)、牌号为Ag-4Cu-1Pd-0.5Ni-0.15Ce合金构成的中间层(厚度：0.03mm)和TU1构成的基础层构成镶嵌复合材料并用于微电机中，测试条件与实施案例一相同，其寿命列入表1中。

实施例四

与实施例一相同的办法，制造由表面层为表1中4号合金Ag-60Au-4.35Cu-0.5Ti-0.15Y厚度：0.0009mm)、牌号为Ag-4Cu-1Pd-0.5Ni-0.15Ce合金构成的中间层(厚度：0.03mm)和TU1构成的基础层构成镶嵌复合材料并用于微电机中，测试条件与实施案例一相同，其寿命列入表1中。

实施例五

与实施例一相同的办法，制备由表面层为表1中5号合金(Ag-59Au-4.35Cu-1Pd-0.5Zr-0.15Y厚度：0.0009mm)、牌号为Ag-4Cu-1Pd-0.5Ni-0.15Ce合金构成的中间层(厚度：0.03mm)和TU1构成的基础层构成镶嵌复合材料并用于微电机中，测试条件与实施案例一相同，其寿命列入表1中。

实施例六

与实施例一相同的办法，制备由表面层为表1中6号合金Ag-59Au-4.35Cu-1Pd-0.5Cr-0.15Y厚度：0.0009mm)、牌号为Ag-4Cu-1Pd-0.5Ni-0.15Ce合金构成的中间层(厚度：0.03mm)和TU1构成的基础层构成镶嵌复合材料并用于微电机中，测试条件与实施案例一相同，其寿命列入表1中。

实施例七

与实施例一相同的办法，制备由表面层为表1中7号合金(Ag-59Au-4.35Cu-1Pd-0.5Ta-0.15Y厚度：0.0009mm)、牌号为Ag-4Cu-1Pd-0.5Ni-0.15Ce合金构成的中间层(厚度：0.03mm)和TU1构成的基础层构成镶嵌复合材料并用于微电机中，测试条件与实施案例一相同，其寿命列入表1中。

实施例八

与实施例一相同的办法，制备由表面层为表1中8号合金(Ag-59Au-4.35Cu-1Pd-0.5Ti-0.15Y厚度：0.0009mm)、牌号为Ag-4Cu-1Pd-0.5Ni-0.15Ce合金构成的中间层(厚度：0.03mm)和TU1构成的基础层构成镶嵌复合材料并用于微电机中，测试条件与实施案例一相同，其寿命列入表2中。

表2：微电机寿命试验结果

实施例	耐久寿命
		实施例1	800h
实施例2	600h
		实施例3	750h
实施例4	650h
		实施例5	850h
实施例6	650h
		实施例7	770h
实施例8	680h

比较例

450h

本发明所述材料与常规牌号Ag-60Au-5Cu/Ag-4Cu-1Pd-0.5Ni/TU1材料相比，其耐久使用寿命得到提高。

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

1.一种滑动电接触材料，其特征在于所述材料由Ag、Cu、Y、微量元素和Au组成，各组分质量百分含量为：

Ag 20-40％；

Cu 2-8％；

Y 0.02-1％；

微量元素0.05～2.0％；

余量为Au；

其中，所述微量元素为Zr、Cr、Ta、Ti中的一种或几种。

2.一种滑动电接触材料，其特征在于所述材料由Ag、Pd、Cu、Y、微量元素和Au组成，各组分质量百分含量为：

Ag 20-40％；

Pd 0.5-5％；

Cu 2-8％；

Y 0.02-1％；

微量元素0.05～2.0％；

余量为Au；

其中，所述微量元素为Zr、Cr、Ta、Ti中的一种或几种。

3.电接触金属复合材料，其特征在于：权利要求1或2中的滑动电接触材料与银合金复合得到复合材料，所述复合材料再与铜或铜合金复合，其中铜或铜合金为基层，银合金为中间过渡层，电接触材料为工作层。

4.一种换向器，其特征在于：它使用权利要求3所述的复合材料，该复合材料中含有权利要求1或2中任意一项所述的电接触材料。

5.一种直流电动机，其特征在于：它使用权利要求4所述的换向器。