CN101924311B

CN101924311B - 含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料

Info

Publication number: CN101924311B
Application number: CN 200910303094
Authority: CN
Inventors: 徐永红; 章应; 秦秀芳; 杨贤军
Original assignee: Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Current assignee: Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2029-06-09
Also published as: CN101924311A

Abstract

本发明公开了一种含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，该材料是在AgCuNi和AgCuZnNi中添加少量碱金属元素而制成，其中碱金属Li、Na、K的添加量为(质量％)：0.01-3.0％，这几种元素可以分别单独加入，也可以两种或三种搭配加入，但其总添加量不超过3.0％。本发明材料具有良好的自润滑和灭弧性能，采用该材料制成直流电动机换向器，提高直流电动机换向器的使用寿命、接触稳定及可靠性。

Description

含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料

技术领域

本发明涉及银铜镍系滑动电接触材料，具体涉及一种含微量碱金属的银铜镍系滑动电接触材料。

背景技术

小型直流电动机的核心部件是换向器和电刷片，其工作中承受的主要载荷是载电条件下的滑动摩擦，但在电流换向的瞬间，换向器和电刷片会断开，存在着“闭合-开断”的变换，随着电机转速的升高，换向器和电刷片“闭合-开断”的变换频率提高，产生电弧作用，电接触材料因此承受载电摩擦和电弧侵蚀，电摩擦造成材料的机械磨损，电弧侵蚀造成材料高温下的熔化、飞溅和熔焊等损伤；同时，电接触过程中由于机械摩擦和电流作用所产生的高温会使加工硬化态的材料产生再结晶，降低其硬度和耐磨性。

直流电动机换向器的机械磨损形式主要是粘着磨损和磨粒磨损，通常磨粒磨损比较轻微，对电动机寿命不会造成显著影响。而粘着磨损通常引起换向器表面材料的快速流失，大大降低其寿命，严重时会由于换向器和刷片的粘着而对电动机的运转产生附加阻力或对刷片产生附加拉应力，降低电动机的电机转换效率，有时还引起刷片断裂。由于换向器与刷片均为含银合金，二者冶金相容性好，金属表面直接接触时产生严重粘着磨损的危险增大。

电弧对换向器材料的损伤主要集中在极片之间的沟槽附近，一方面电弧使材料温度急剧升高而发生软化甚至熔化，极大地加速磨损过程，造成极片边缘材料损耗严重；另一方面电弧使聚集在沟槽附近的磨屑颗粒表面熔化而相互焊接，或者造成磨屑颗粒的烧结，从而使小颗粒固结成大颗粒，并与换向器极片边缘形成冶金连接，造成极片早期短路，致使微电机死机。

换向器材料早期大量使用AgCd合金，但是该合金中的Cd是有毒物质，现已基本淘汰。目前使用较多的无Cd的AgCuNi合金有适用面广、价格合理的优点，Cu和Ni还具有提高再结晶温度和抗软化等作用，但其易受电弧损伤。中国专利03135166.2公布了一种电接触材料，采用AgCuZnNi合金，利用Zn的灭弧作用来改善合金的使用性能，取得良好的效果。然而，使用中发现，这两种合金仍然存在磨损速率较快、电弧损伤较大等问题，尤其是随着用户对电机质量要求的提高，现有合金的使用寿命已经不能充分满足使用要求。

发明内容

本发明针对现有现有电接触合金材料存在的不足，提供一种含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，在AgCuNi、AgCuZnNi合金材料中添加碱金属锂、钠、钾中的一种或几种，以产生自润滑和灭弧效果，提高直流电动机换向器的使用寿命、换向器和电刷片的接触稳定性及可靠性。

本发明的第一种含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，该材料中Cu为1.0～8.0％质量百分含量；Ni为0.1～0.8％质量百分含量；0.01～3.0％的Li、Na、K三种元素中的任一种；余量为Ag。

本发明的第二种含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，该材料中Cu为1.0～8.0％质量百分含量；Ni为0.1～0.8％质量百分含量；Li、Na、K三种元素中的任两种，两种元素的质量百分含量不超过3.0％；余量为Ag。

本发明的第三种含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，该材料中Cu为1.0～8.0％质量百分含量，Ni为0.1～0.8％质量百分含量；Li、Na、K三种元素，且三种元素质量百分含量不超过3.0％，余量为Ag。

本发明的第四种含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，该材料中Cu为1.0～8.0％质量百分含量，Ni为0.1～0.8％质量百分含量；Zn为0.1～5.0％质量百分含量；0.01～3.0％的Li、Na、K三种元素中的任一种；余量为Ag。

本发明的第五种含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，该材料中Cu为1.0～8.0％质量百分含量，Ni为0.1～0.8％质量百分含量；Zn为0.1～5.0％质量百分含量；Li、Na、K三种元素中的任两种；两种元素的质量百分含量不超过3.0％；余量为Ag。

本发明的第六种含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，该材料中Cu为1.0～8.0％质量百分含量，Ni为0.1～0.8％质量百分含量，Zn为0.1～5.0％质量百分含量；含有Li、Na、K三种元素，且三种元素质量百分含量不超过3.0％，余量为Ag。

上述含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料的任意一种为工作层，铜或铜合金为基层，制作成两层复合材料；或者，由上述材料的合金为中间层，金或金合金为表层，铜或铜合金为基层，制作成三层复合材料。

由上述材料制作的换向器和采用所述换向器的直流电动机。

本发明采用在AgCuNi、AgCuZnNi合金材料中添加碱金属的合金材料，碱金属锂、钠、钾性质活泼，在空气中容易氧化，电接触材料工作过程中，这些碱金属在材料表面形成氧化物薄膜，从而产生自润滑作用，减少直流电动机换向器与电刷片金属表面的直接接触，降低直流电动机换向器的粘着磨损造成的材料损伤。同时，这些碱金属锂、钠、钾的沸点较低，受高温作用时容易挥发，因而可以带走电弧的热量，使电弧尽快熄灭，极大地减少接触材料的烧蚀。

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，具有更好的抗粘着磨损性能和抗电弧能力，适合于在要求长寿命和高稳定性条件下工作的微电机中使用。

2)本发明的含碱金属电接触合金材料可以采用与传统的AgCuNi、AgCuZnNi电接触合金材料基本相同的生产工艺制造，设备和工艺技术不需要特殊的改造，生产易于实施。

3)利用本发明的电接触合金材料制作两层或三层复合材料时，可以采用普通的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，成本较低。

具体实施方式

按照表1所述的配置，取原料，在真空感应熔炼炉中熔炼制备含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料。

表1发明的滑动电接触材料的实施例成分

其中Li、Na、K元素以中间合金形式加入，也可以纯金属形式加入。将制备的含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料铸锭，经开坯、轧制后，采用热轧复合技术，与铜或铜合金进行复合，制作成两层复合材料，其中本发明所述含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料为工作层，铜或铜合金为基层。或者，将制备的含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料铸锭，经开坯、轧制后，采用热轧复合技术，与金或金合金以及铜或铜合金进行复合，制作成三层复合材料，其中金或金合金为表层，本发明的含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料为中间层，铜或铜合金为基层。

按表1中的各成分配制并熔炼合金，然后与铜合金复合成层状复合材料，并轧制成银合金层厚0.03mm，总厚0.25mm的带材。

将带材与材料为AgPd30/BZn18-26电刷片制作成微电机三极换向器，将该换向器装配在微电机中，在以下条件下进行耐久性实验寿命测试。

实施例1-19和比较例1、2的测试条件如下：

测试环境：常温、常湿

测试负荷：空载

测试电压：4V

运转方式：连续运行

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停止运转时均判定为寿命终止。

表2实施例1-19及比较例1、2寿命测试结果

实施例20-38和比较例3、4的测试条件如下：

测试环境：常温、常湿

测试负荷：空载

测试电压：6V

运转方式：连续运行

表3实施例20-38及比较例3、4寿命测试结果

实施例39

与实施例2不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1320小时。

实施例40

与实施例8不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1372小时。

实施例41

与实施例13不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1366小时。

实施例42

与实施例18不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1402小时。

实施例43

与实施例22不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1245小时。

实施例44

与实施例28不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1262小时。

实施例45

与实施例32不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1295小时。

实施例46

与实施例38不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1292小时。

综上所述，上述测试结果表明，在AgCuNi和AgCuZnNi合金中添加碱金属元素Li、Na和/或K可以改善电接触合金的耐磨性、耐电弧性和电接触性能。以这些合金作工作层或中间层制成复合材料，用于制作微电机换向器，与采用不含碱金属的合金所制作的微电机换向器相比，显示出更长的使用寿命，达到了提高电机工作寿命和稳定性的目的。

Claims

1.含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中Cu为1.0～8.0％质量百分含量；Ni为0.1～0.8％质量百分含量；0.01～3.0％的Li、Na、K三种元素中的任一种；余量为Ag。

2.含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中Cu为1.0～8.0％质量百分含量；Ni为0.1～0.8％质量百分含量；Li、Na、K三种元素中的任两种，两种元素的质量百分含量不超过3.0％；余量为Ag。

3.含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中Cu为1.0～8.0％质量百分含量，Ni为0.1～0.8％质量百分含量；Li、Na、K三种元素，且三种元素质量百分含量不超过3.0％，余量为Ag。

4.含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中Cu为1.0～8.0％质量百分含量，Ni为0.1～0.8％质量百分含量；Zn为0.1～5.0％质量百分含量；0.01～3.0％的Li、Na、K三种元素中的任一种；余量为Ag。

5.含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中Cu为1.0～8.0％质量百分含量，Ni为0.1～0.8％质量百分含量；Zn为0.1～5.0％质量百分含量；Li、Na、K三种元素中的任两种；两种元素的质量百分含量不超过3.0％；余量为Ag。

6.含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中Cu为1.0～8.0％质量百分含量，Ni为0.1～0.8％质量百分含量，Zn为0.1～5.0％质量百分含量；含有Li、Na、K三种元素，且三种元素质量百分含量不超过3.0％，余量为Ag。

7.用于滑动式电接触的复合材料，其特征在于：由权利要求1至6任一所述的含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料作为工作层，铜或铜合金作为基层，其中银合金层部分或全部覆盖在铜或铜合金基层上面。

8.用于滑动式电接触的复合材料，其特征在于：由金或金合金作工作层，该工作层全部或部分覆盖在权利要求7所述的复合材料的银或银合金层上面。

9.一种换向器，其特征在于：使用权利要求7或8所述的复合材料。

10.一种直流电动机，其特征在于：使用权利要求9所述的换向器。