CN101817079A - 银碳化钨触头材料骨架包覆粉末的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种银碳化钨触头材料骨架包覆粉末的制备方法，制备方法为：经过水合肼预处理的平均颗粒度为1μm下的碳化钨，加入硝酸银络合物，经过化学反应，还原的银包覆碳化钨颗粒，生成包覆混合粉末，作为制备银碳化钨触头材料熔渗工艺所需骨架粉末。采用本发明制得的银碳化钨触头材料其细颗粒碳化钨与银基体之间分布均匀接合牢固使其抗电弧、耐烧损性能得到明显提高。

Description

银碳化钨触头材料骨架包覆粉末的制备方法

技术领域

技术领域：本发明涉及一种粉末冶金触头材料的混合粉末制备。

方法：特别是一种银碳化钨触头骨架色覆粉末制备方法。

背景技术

银碳化钨触头材料在同一工艺制造条件下较银钨触头材料具有硬度高，抗氧化，接触电阻相对稳定的优点，尤其表现高分断能力，电腐蚀小，熔焊倾向小，显示其优越性。银碳化钨40触头材料是国外当代断路器中通常采用触头材料。由于其性能优越，已有替代银钨50的趋势。

目前国内制造银碳化钨40触头材料的传统工艺采用将银粉与碳化钨混合并压制成触头材料的骨架毛坯，并经高温烧结和熔渗，整形并压制成触头材料产品。由此可见，要想获得高性能的银碳化钨粉触头材料，首要技术关键在于制造高纯度细颗粒的银粉和碳化钨粉。其三、将粉末进行混粉获得均匀银碳化钨骨架混合粉末。然而，目前传统混粉工艺为机械混合，其混合均匀度受到原始颗粒的限制，也就是颗粒度越细就越难混合均匀(颗粒度由原始颗粒容易粘结成团，成为大颗粒)。

因为银颗粒和碳化钨颗粒彼此结合强度差，润湿性差，碳化钨表面呈现硬质合金特征，同时混粉中缺陷会造成银碳化钨触头材料后续烧结和溶渗过程中，银难以渗透完全，从而导致金相组织难以均匀、一致，结合强度差、电阻率大等的质量缺陷。

目前，国内外制造银碳化钨40触头材料的传统工艺采用将银粉和碳化钨粉混合，并压制成触头材料的骨架毛坯，并经高温烧结、熔渗、整形制成触头材料成品。

要想获得高性能的银碳化钨触头材料，该工艺技术关键为：制造高纯度细颗粒的银粉和碳化钨粉和采用机械混粉法获得均匀混合粉末。而传统混粉工艺，银粉和碳化钨粉通过机械混合达到所需要的化学成分比例，其混合均匀度受到颗粒度的限制，要得到均匀度好的微观组织就要求WC粉末颗粒度细，但粉末颗粒度越细就越难混合均匀，并且银颗粒与碳化钨颗粒为颗粒间结合，尤其碳化钨表面呈现硬质合金特征，润湿性差，彼此结合强度差(见图3)，尤其在后续的熔渗过程中，如图4所示的传统工艺熔渗示意图中标号1所示，碳化钨和碳化钨之间有孔洞，影响银的流动形成组织不均匀，化学成分不稳定，电阻率大等质量缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种银和碳化钨混合均匀度高和结合强度好的银碳化钨触头材料骨架包覆粉末的制备方法，通过本发明方法制备的银碳化钨触头材料骨架包覆粉末来制备银碳化钨触头材料，具有良好的抗电弧、耐磨损、接触电阻稳定、抗氧化性好，从而使得断路器具有极高的短路分断能力。

为实现上述目的，本发明的技术方案是，包括以下步骤：

①配置含有水合肼的碳化钨粉末浆液，选用颗粒粒度小于1μ的碳化钨，加入水合肼溶液浸泡并经超声波处理得到碳化钨颗粒周围吸附还原剂水合肼的含有水合肼的碳化钨粉末浆液；

②配置银氨络离子稀释溶液，氨水与硝酸银络合反应得到银氨络离子溶液，然后将经过滤和加水稀释得到银氨络离子稀释溶液，其中所需的氨水的量为：以硝酸银中每1kg银计算，所需氨水量为1.2-2升；

③化学包覆法制备银碳化钨包覆混合粉末：将经步骤①所配置的含有水合肼的碳化钨粉末浆液中缓慢加入银氨络离子稀释溶液，发生化学还原反应，析出的银包覆沉积在碳化钨颗粒表面，形成银碳化钨包覆粉末泥浆；

④清洗、干燥、烧结、制粒，将步骤③银碳化钨包覆混合泥浆经清洗、干燥、烧结、制粒形成为制造银碳化钨触头材料熔渗所需的银碳化钨触头材料骨架包覆粉末。

本发明采用化学包覆技术制备银碳化钨混合粉末，解决了国内长期因混合粉颗粒细而机械混粉难以达到均匀度和结合强度良好的技术课题。研制出来的银碳化钨40触头新材料具有良好的抗电弧、耐磨损、接触电阻稳定、抗氧化性好，从而使得断路器具有极高的短路分断能力。

化学包覆法(又称化学复合粉法)是将两种或两种以上的不同性能的物质组成的粉末制备成复合材料。包含气相沉积和液相沉积等方法。其中液相沉积中的化学镀覆工艺在制造银基触头材料研究开发领域中初步应用已取得成果，其原理是利用还原剂将银离子还原沉积在如碳化钨、钨、镍等增强相粉末核上，形成粉末颗粒体外层是银，内层为增强相的颗粒结构(图2)，该工艺更易实现银基体和增强相颗粒的混合均匀性弥散粉末结构结合原理，有利于改善材料的综合性能，但该制备过程控制要求要高，工艺较复杂。

本发明对碳化钨颗粒表面进行镀覆形成一层银层，这样在制粉过程中使得由以前的银颗粒与碳化钨颗粒结合变为银颗粒与银颗粒结合，因此后续的熔渗过程银可以完全渗入，见示意图5标号2所示，明显提高了粉体的结合强度，从而使得制备银碳化钨触头材料的后道工序熔渗工艺银的流动渗透能力大大改善，容易获得组织分布均匀、结合强度高、化学成分温度的产品(见示意图5)。

本发明制备的银碳化钨骨架混合粉末，制成熔渗法生产银碳化钨40触头材料成品，其性能指标如下：

银碳化钨40触头材料金相组织(如图7银碳化钨40金相图100X所示，颗粒度小于1μ，在银基体中分布均匀。

进一步设置是还原银氨络离子溶液所需水合肼量：按还原1公斤银计算，需要水合肼0.15-0.25升，其中2/3量的水合肼用于配置步骤①的含有水合肼的碳化钨粉末浆液。

进一步设置是在步骤③和步骤④之间，取余下的1/3量的水合肼加入到银碳化钨包覆粉末泥浆中。通过本设置保证了银氨络离子稀释溶液中的银反应充分，无剩余。

进一步设置是所述的步骤④中清洗步骤采用真空过滤去除母液并用纯水多次清洗和抽干，所述的干燥步骤采用真空烘箱烘干泥浆。本设置采用真空干燥，防止包覆粉末不氧化。

进一步设置是所述的银碳化钨触头材料骨架包覆粉末，以碳化钨为核心，其外包覆银，其中银和碳化钨配比按重量百分比，碳化钨占总重量百分比55％-43％，微量元素小于0.05％，其余为银。

进一步设置是所述的微量元素为铜、钴、镍。本设置有助于改善包覆粉末的性能，使得后续制得的银碳化钨触头材料分断能力更佳。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。

附图说明

图1本发明工艺流程图；

图2本发明化学包覆碳化钨颗粒示意图；

图3传统混粉后混合粉体示意图；

图4传统粉体熔渗示意图

图5本发明包覆粉末熔渗示意图；

图6本发明制得银碳化钨触头材料骨架包覆粉末示意图；

图7银碳化钨40触头材料金相图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1 Ag45WC55包覆粉末制备总量5Kg

1、配方

Ag：5×45％＝2.25Kg    (1号银纯度99.99％以上)

WC：5×55％＝2.75Kg    (平均颗粒度为0.7μ)

2、溶解成AgNO₃溶液

溶解1Kg银需要1-1.2升硝酸试剂

2.25Kg银需要2.25-2.7升硝酸试剂

溶解时先加纯水1∶1，加热使其完全溶解

3、络合

溶解成硝酸银后用氨水络合成银氨络离子。pH值为9-11，氨水用量为1Kg银1.5-2升

2.25Kg银需要3.375-4.5升氨水，实际用量为3.5-5升

4、还原剂

水合肼作为还原剂。还原1Kg银需要0.15-0.25升

还原2.25Kg银需要0.23-0.56升还原剂。实际用量为0.25-0.6升

5、预处理2.75KgWC粉

5.1取水合肼总量2/3，约0.17-0.4升

5.2将0.17-0.4升水合肼加水3升稀释后放入2.75KgWC(0.7μ)粉中静置4小时以上。

5.3可分6批，用超声波处理不少于20分钟。

6、银氨络离子溶液过滤及稀释

将络合好的银氨络离子溶液过滤并加纯水稀释约为40升。

7、化学包覆成银碳化钨粉末泥浆

7.1将预处理和超声波处理过的含有水合肼的WC粉末溶液约40升，倒入白瓷反应缸内用机械搅拌20分钟。

7.2将过滤后银氨络离子溶液缓缓倒入白瓷缸内，同时在机械搅拌成漩涡的预处理WC粉末中进行化学反应还原产生银包覆在碳化钨颗粒表面

7.3取余下的1/3水合肼0.08-0.2升加纯水1∶1稀释再缓缓倒入白瓷缸内使反应完全。

7.4检查反应终止方法，从中取出少量母液用稀盐酸或饱和氯化钠(NaCl)溶液滴定观察母液中是否有AgCl白色沉淀，如果仍有沉淀可继续加入稀释后的水合肼若干直到没有白色沉淀为止

8、清洗

用真空过滤去除母液，沉淀的银碳化钨包覆粉末泥浆用纯水多次冲洗和抽干，直至清洗刚出的残液与离子水pH值相近为止。

9、烘干

将清洗干净的银碳化钨包覆粉末泥浆装入不锈钢盘，在真空烘箱内170-200℃烘干约10小时，过120目筛

10、掺杂

烘干后包覆粉末每Kg添加0.01-0.05％铜钴镍微量元素，0.5g铜钴镍加入5Kg包覆粉，用V型混合机混合4小时。

11、低温烧结

将掺杂后的包覆粉末装入不锈钢舟内，通氢在马弗炉内烧结。从常温升至400-600℃保温1小时，再升至800-960℃恒温烧结4小时，在通氢情况下冷却至常温，过120目筛

12、高温烧结

将低温烧结过筛后的包覆粉末装入石墨舟内进美国高温钼棒炉内，高温烧结温度1150-1300℃保温0.5-1.5小时，冷却至常温经摇摆式颗粒机-40目破碎成流动性良好的包覆粉末。作为制造银碳化钨40骨架包覆粉末Ag45WC55

13、化验

取小样化验包覆粉末含银量和含石墨量后将包覆粉末装入塑料袋内密封入库待用。

实施例2 Ag50WC50包覆粉末制备总量5Kg

1、配方

Ag：5Kg×50％＝2.5Kg    (1号银纯度99.99％以上)

WC：5Kg×50％＝2.5Kg    (平均颗粒度为0.8μ)

2、溶解成AgNO3溶液

溶解1Kg银需要1-1.2升硝酸试剂

溶解2.5Kg银需要2.5-3升硝酸试剂

3、络合

溶解成硝酸银后用氨水络合成银氨络离子。pH值为9-11，氨水用量为1Kg银1.5-2升；2.5Kg银需要3.75-5升氨水，实际用量为4-5.5升。

4、还原剂水合肼

水合肼作为还原剂。还原1Kg银需要0.15-0.25升水合肼；2.5Kg银需要0.375-0.625升水合肼。实际用量为0.4-0.65升。

5、预处理2.5KgWC粉

5.1取水合肼总量2/3，约0.26-0.43升

5.2将0.26-0.43升水合肼加纯水2.5升稀释后，放入2.5KgWC粉中静置不少于4小时

5.3把全部一分为六份，分别用超声波处理20分钟

5.4将处理过的粉浆倒入白瓷缸中再加入纯水10升稀释，并用机械搅拌使之成漩涡状

6、银氨络离子溶液过滤及稀释

将络合好的银氨溶液过滤去其杂质并稀释为30升

7、包覆

7.1包覆前将白瓷缸内预处理粉浆搅拌20分钟

7.2将过滤好的约30升银氨络离子溶液缓缓倒入瓷缸，与成漩涡状的预处理WC粉浆起化学还原反应，析出银包覆在WC粉颗粒表面，形成银碳化钨包覆粉末泥浆

7.3将余下1/3总量水合肼0.14-0.17升，加纯水1∶1稀释后缓缓倒入瓷缸内

7.4取出少量母液检查是否还有未还原的银离子，可用稀盐酸或饱和NaCl溶液滴定观察试管中是否有白色沉淀，如果有沉淀可继续加入稀释。

8-13、内容参照Ag45WC55包覆粉末制备

实施例3 Ag55WC45包覆粉末制备，总量5Kg

1、配方

Ag：5Kg×55％＝2.75Kg    (1号银纯度为99.99％)

WC：5Kg×45％＝2.25Kg    (平均颗粒度为0.9μ)

2、溶解成硝酸银溶液

溶解1Kg银需要1-1.2升硝酸试剂

溶解2.75Kg银需要2.73-3.3升硝酸试剂

溶解前先加纯水1∶1加热使其完全溶解

3、络合成银氨络离子溶液

溶解成硝酸银溶液后用氨水络合成银氨络离子。pH值为9-11，氨水用量1Kg银需要1.5-2升氨水；2.75Kg银需要4.4-5.5升氨水，实际用量为4.6-6升。

4、还原剂水合肼

水合肼作为还原剂，还原1Kg银需要0.15-0.25升水合肼；2.75Kg银需要0.41-0.69升水合肼，实际用量为0.45-0.75升水合肼。

5、预处理2.25Kg碳化钨粉

5.1取水合肼总量2/3，约0.3-0.5升，加纯水3.5升稀释后放入2.25Kg碳化钨粉中，静置4小时

5.2将总量一分为六份，分别用超声波处理20分钟

5.3将处理过的碳化钨粉浆倒入白瓷缸内，再加入纯水约14升，机械搅拌使之均匀。

6、银氨络离子溶液过滤及稀释

将络合好的银氨络离子溶液用滤纸过滤并稀释至约40升

7、包覆

7.1包覆前先将白瓷缸内预处理碳化钨和水合肼溶液用机械搅拌20分钟

7.2将过滤过约40升银氨络离子溶液缓缓倒入白瓷缸内，与成漩涡状的预处理粉末溶液发生还原反应，析出银包覆在碳化钨颗粒表面，形成银包覆碳化钨的混合粉末

7.3取余下的1/3的水合肼0.11-0.18升，加纯水1∶1缓缓倒入白瓷缸内，使溶液还原反应完毕

7.4检查是否有银离子存在。取母液在试管中滴入盐酸或饱和氯化钠(NaCl)，观察是否有白色沉淀，如果仍有可继续加入经稀释后的水合肼若干在母液中，直至检查到试管中没有白色沉淀为止

8-13、内容与Ag45WC55包覆粉末制备相同

实施例4 Ag57WC43包覆粉末制备，总重量5Kg

1、配方

Ag：5Kg×0.57＝2.85Kg  (1号银纯度为99.99％)

WC：5Kg×0.43＝2.15Kg  (平均颗粒度为1μ)

2、溶解成硝酸银溶液

溶解1Kg银需要1-1.2升硝酸试剂

溶解2.85Kg银需要2.85-3.42升硝酸试剂

溶解前加纯水1∶1稀释后，加热使其完全溶解

3、络合

溶解完全的硝酸银用氨水络合至pH值9-11。氨水用量为1Kg银需要1.5-2.5升氨水；2.85Kg银需要4.2-7.1升氨水，实际用量为4.2-7.5升。

4、还原所需水合肼量

还原剂水合肼。还原1Kg银需要0.15-0.25升水合肼；2.85Kg银需要0.42-0.71升，实际用量为0.45-0.75升

5、预处理2.15Kg碳化钨粉

5.1取水合肼总量2/3，0.28-0.47升

5.2在0.28-0.47升水合肼中加纯水3.5升稀释后，放入2.15Kg碳化钨(平均粒度1μ)粉中静置4小时

5.3将总量一分为六份，分别用超声波处理20分钟

5.4将处理粉浆倒入白瓷缸内再加入纯水14升，机械搅拌使之均匀

6、银氨络离子溶液过滤及稀释

将络合好的银氨络离子溶液用滤纸去其杂质并加纯水稀释约为40升

7、包覆

7.1包覆前将预处理粉末和水合肼溶液14升倒入白色瓷缸内，机械搅拌20分钟

7.2将过滤好的40升银氨络离子溶液缓缓倒入白瓷缸内，与成漩涡状的预处理碳化钨的水合肼溶液发生化学还原反应，析出的银包覆在碳化钨颗粒表面，包覆形成银碳化钨混合粉末

7.3取余下的总量1/3水合肼0.14-0.24升，加纯水1∶1稀释后缓缓倒入瓷缸内，使反应完全

7.4检查反应是否终止。取少量母液在试管中，滴入盐酸或饱和氯化钠溶液观察是否有乳白色沉淀，如有需继续加入稀释的水合肼若干，直至没有白色沉淀为止

8-13、内容与Ag45WC55包覆粉末制备相同。

Claims (6)

1.一种银碳化钨触头材料骨架包覆粉末的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①配置含有水合肼的碳化钨粉末浆液，选用颗粒粒度小于1μ的碳化钨，加入水合肼溶液浸泡并经超声波处理得到碳化钨颗粒周围吸附还原剂水合肼的含有水合肼的碳化钨粉末浆液；

②配置银氨络离子稀释溶液，氨水与硝酸银络合反应得到银氨络离子溶液，然后将经过滤和加水稀释得到银氨络离子稀释溶液，其中所需的氨水的量为：以硝酸银中每1kg银计算，所需氨水量为1.2-2升；

③化学包覆法制备银碳化钨包覆混合粉末：将经步骤①所配置的含有水合肼的碳化钨粉末浆液中缓慢加入银氨络离子稀释溶液，发生化学还原反应，析出的银包覆沉积在碳化钨颗粒表面，形成银碳化钨包覆粉末泥浆；

④清洗、干燥、烧结、制粒，将步骤③银碳化钨包覆混合泥浆经清洗、干燥、烧结、制粒形成为制造银碳化钨触头材料熔渗所需的银碳化钨触头材料骨架包覆粉末。

2.根据权利要求1所述的银碳化钨触头材料骨架包覆粉末的制备方法，其特征在于：还原银氨络离子溶液所需水合肼量：按还原1公斤银计算，需要水合肼0.15-0.25升，其中2/3量的水合肼用于配置步骤①的含有水合肼的碳化钨粉末浆液。

3.根据权利要求2所述的银碳化钨触头材料骨架包覆粉末的制备方法，其特征在于：在步骤③和步骤④之间，取余下的1/3量的水合肼加入到银碳化钨包覆粉末泥浆中。

4.根据权利要求3所述的银碳化钨触头材料骨架包覆粉末的制备方法，其特征在于：所述的步骤④中清洗步骤采用真空过滤去除母液并用纯水多次清洗和抽干，所述的干燥步骤采用真空烘箱烘干泥浆。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的银碳化钨触头材料骨架包覆粉末的制备方法，其特征在于：所述的银碳化钨触头材料骨架包覆粉末，以碳化钨为核心，其外包覆银，其中银和碳化钨配比按重量百分比，碳化钨占总重量百分比55％-43％，微量元素小于0.05％，其余为银。

6.根据权利要求5所述的银碳化钨触头材料骨架包覆粉末的制备方法，其特征在于：所述的微量元素为铜、钴、镍。

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