CN101698911A - 一种铜铝基电触头复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜铝基电触头复合材料，其制备方法为：称取下述重量百分比的原料：铜50-65％，铝25-40％，银5-10％，锡1-5％，碳化硼1-3％，富镧或富铈混合稀土0.05-1％，先将混合稀土和铜制成混合稀土-铜粉；再将铜粉、铝粉、锡粉球磨混合，然后进行粉末冷压成型，烧结，二次成型，二次烧结冷却后制备成铜铝基电触头复合材料坯件。本发明选用铜和铝作为基体，铜与铝比较价格低廉，且资源较丰富，其导电导热性、抗熔焊性、电流蚀及摩擦特性均能满足电触头材料基体的要求，本发明的材料的抗熔焊性能强，耐氧化、耐磨性能良好，是低中压开关中常用的银合金电触头的廉价替代品。

Description

一种铜铝基电触头复合材料
技术领域
本发明涉及到一种用于中低压电器开关的电触头复合材料，特别涉及一种铜铝基电触头复合材料。
背景技术
弱电触头元件是仪器仪表的关键部件，对仪器仪表的寿命和工作可靠性起着重要作用，为了保证弱电触头工作可靠性，国内外普遍采用贵金属银及其合金材料制作。近年来为了减少银金属的损耗，人们不断寻求新的节银、代银技术途径。
专利申请号为2007100165042的中国专利，公开了一种弱电铜基电触头复合材料及其制备方法，就是采用铜基为基本材料。通过在铜基材料上基础上加入一定量的稀土材料和其它材料，以改善导电率及导热率等性能，使铜基材料应用于电触头。
但由于铜材和稀土材料的价格仍然较高，上述专利材料的成本还没有直正的降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种价格低廉、资源丰富、导电率及导热率高、接触电阻低且稳定、抗熔焊性能佳、抗氧化性能及机械性能良好、并易加工制备的铜铝基电触头复合材料。
本发明是通过以下措施来实现的：
本发明公开了一种铜铝基电触头复合材料，其特征是采用以下方法制成：
(1)首先，将混合稀土和铜制成200-400目、重量比为1∶10的混合稀土-铜粉；所述的混合稀土为富镧混合稀土或富铈混合稀土；
(2)将步骤(1)的混合稀土-铜粉、以及粒度为200-400目的铜粉、铝粉、锡粉球磨混合5-10小时，再将粒度为200-400目的碳化硼粉加入球磨后的粉料中进行机械混粉；
(3)将上述混合均匀的粉末冷压成型，压强为500-900MPa，保压时间为5-10分钟；
(4)将冷压成型件在NH3气体保护下烧结，烧结温度为750-900℃，保温时间为2-5小时；
(5)对试件进行二次压制，压强为400-800MPa，保压时间为1-10分钟；
(6)对试件进行二次烧结，试样在NH3保护下烧结，烧结温度为750-850℃，保温时间为2-5小时，冷却后制备成铜铝基电触头复合材料坯件；制成的铜铝基电触头复合材料的重量百分比为：铜50-65％，铝25-40％，银5-10％，锡1-5％，碳化硼1-3％，富镧或富铈混合稀土0.05-1％。
上述本发明的铜铝基电触头复合材料，优选的：球磨所用料球为6mm和8mm的玛瑙球，球料比为15∶1。
本发明选用铜和铝作为基体，铜与铝比较价格低廉，且资源较丰富，其导电导热性、抗熔焊性、电流蚀及摩擦特性均可与银媲美，能满足电触头材料基体的要求。并采用低熔点金属锡替代技术镉，考虑到触头材料力学、综合电性能等要求，并在铜基体和铝基体中添加适量的碳化硼、稀土、银、锡，以提高材料的抗熔焊性能等电性能，改善抗氧化性能，获得良好的自润滑性能及耐磨性。
本发明的铜铝基电触头复合材料主要应用于中低负载的电源开关，继电器、直流接触器、空气开关等低压电器中。本发明材料的抗熔焊性能强，耐氧化性能、灭弧性能好，耐磨性能良好，电接触性能和银基电触头材料相近，是低中压开关中常用的银合金电触头的廉价替代品。
具体实施方式
实施例1
称取以下重量百分比的原料：铜55％，铝35％，银6％，锡2％，碳化硼1％，富镧混合稀土1％，将富镧混合稀土与部分铜粉混合，制成300目、重量比为1∶10的混合稀土-铜粉；再将上述的混合稀土-铜粉、以及铝粉、锡粉、剩余的铜粉球磨混合8小时，然后将粒度为300目的碳化硼粉加入球磨后的粉料中进行机械混粉。球磨所用料球为6mm和8mm的玛瑙球，球料比为15∶1。
将上述混合均匀的粉末冷压成型，压强为800MPa，保压时间为6分钟；将冷压成型件在NH3气体保护下烧结，烧结温度为800℃，保温时间为4小时；对试件进行二次压制，压强为500MPa，保压时间为10分钟；对试件进行二次烧结，试样在NH3保护下烧结，烧结温度为800℃，保温时间为5小时，冷却后制备成铜铝基电触头复合材料坯件。
制备的毛坯性能达到：密度6.1g/cm3；电阻率3.80μΩ.cm；硬度HV(MPa)615；150℃大气环境条件下的氧化增重0.20mg/g.day(纯铜的为3.6mg/g.day)。
实施例2
称取以下重量百分比的原料：铜60％，铝28％，银8％，锡2％，碳化硼1.9％，富镧混合稀土0.1％，将富镧混合稀土和与部分铜粉混合，制成300目、重量比为1∶10的混合稀土-铜粉；再将上述的混合稀土-铜粉、以及铝粉、锡粉、剩余的铜粉球磨混合8小时，然后将粒度为300目的碳化硼粉加入球磨后的粉料中进行机械混粉。球磨所用料球为6mm和8mm的玛瑙球，球料比为15∶1。
将上述混合均匀的粉末冷压成型，压强为600MPa，保压时间为10分钟；将冷压成型件在NH3气体保护下烧结，烧结温度为900℃，保温时间为5小时；对试件进行二次压制，压强为700MPa，保压时间为6分钟；对试件进行二次烧结，试样在NH3保护下烧结，烧结温度为800℃，保温时间为3小时，冷却后制备成铜铝基电触头复合材料坯件。
制备的毛坯性能达到：密度6.6g/cm3；电阻率3.65μΩ.cm；硬度HV(MPa)655；150℃大气环境条件下的氧化增重0.18mg/g.day(纯铜的为3.6mg/g.day)。。
实施例3
称取以下重量百分比的原料：铜55％，铝30％，银8％，锡4％，碳化硼2.5％，富镧混合稀土0.5％，将富镧混合稀土和与部分铜粉混合，制成300目、重量比为1∶10的混合稀土-铜粉，再将上述的混合稀土-铜粉、以及铝粉、锡粉、剩余的铜粉球磨混合8小时，然后将粒度为300目的碳化硼粉加入球磨后的粉料中进行机械混粉。球磨所用料球为6mm和8mm的玛瑙球，球料比为15∶1。
将上述混合均匀的粉末冷压成型，压强为800MPa，保压时间为8分钟；将冷压成型件在NH3气体保护下烧结，烧结温度为800℃，保温时间为4小时；对试件进行二次压制，压强为700MPa，保压时间为4分钟；对试件进行二次烧结，试样在NH3保护下烧结，烧结温度为800℃，保温时间为5小时，冷却后制备成铜铝基电触头复合材料坯件。
制备的毛坯性能达到：密度6.3g/cm3；电阻率3.10μΩ.cm；硬度HV(MPa)645；150℃大气环境条件下的氧化增重0.18mg/g.day(纯铜的为3.6mg/g.day)。

Claims (2)

1.一种铜铝基电触头复合材料，其特征是采用以下方法制成：
(1)称取下述重量百分比的原料：铜50-65％，铝25-40％，银5-10％，锡1-5％，碳化硼1-3％，富镧或富铈混合稀土0.05-1％，将混合稀土和铜制成200-400目、重量比为1∶10的混合稀土-铜粉；
(2)将步骤(1)的混合稀土-铜粉、以及粒度为200-400目的铜粉、铝粉、锡粉球磨混合5-10小时，再将粒度为200-400目的碳化硼粉加入球磨后的粉料中进行机械混粉；
(3)将上述混合均匀的粉末冷压成型，压强为500-900MPa，保压时间为5-10分钟；
(4)将冷压成型品在NH3气体保护下烧结，烧结温度为750-900℃，保温时间为2-5小时；
(5)将上述烧结后的产品以步骤(3)的方法进行二次压制，压强为400-800MPa，保压时间为1-10分钟；
(6)将上述二次压制后的产品以步骤(4)的方法进行二次烧结，烧结温度为750-850℃，保温时间为2-5小时，冷却后制备成铜铝基电触头复合材料坯件。
2.根据权利要求1所述的铜铝基电触头复合材料，其特征是：步骤(2)中球磨所用料球为6mm和8mm的玛瑙球，球料比为15∶1。
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