CN101984116B

CN101984116B - 喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法

Info

Publication number: CN101984116B
Application number: CN 201010575038
Authority: CN
Inventors: 李进; 马光; 郑晶; 姜婷; 贾志华
Original assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Current assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: CN101984116A

Abstract

本发明公开了一种喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，包括以下步骤：一、将Ag₂O粉末进行处理；二、制备合金熔体；三、喷射共沉积制备复合材料；四、对复合材料进行原位化学处理；五、挤压、轧制、拉拔制备银稀土氧化物电接触材料。本发明具有制备工艺过程易控制、少污染、生产成本低、可实现工业化生产的特点。本发明制备的银氧化锡电接触材料具有比用粉末冶金法、内氧化法和化学沉淀法等方法制备的银氧化锡电接触材料更高的加工性能，Ag和SnO₂反应界面新鲜，可以较好的解决电接触材料的温升问题，使材料的综合性能提高。

Description

喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法。

背景技术

AgCdO电接触材料由于具有优良的抗电弧侵蚀性、抗熔焊性和较低的接触电阻，长期以外在国内外大量使用。但是由于镉及其化合物的存在，在AgCdO材料的生产、使用以及回收过程中都面临着镉的污染问题；另外，镉及其化合物具有毒性，对人体有害，严重时会危及人体生命。银氧化锡(AgSnO₂)电接触材料是近年来发展很快的一种新型无毒电接触材料，它具有热稳定性好，耐电弧侵蚀及好的抗熔焊性能，是目前用于接触器、继电器及开关中代替AgCdO的理想材料。

公知的银氧化锡的制备方法有以下几种，粉末冶金法、内氧化法、化学沉淀法。这些公知的制备方法虽然都获得了AgSnO₂复合材料，但都存在着明显的不足，主要表现为：粉末冶金法制备AgSnO₂电接触材料时，二氧化锡(SnO₂)依靠外部机械加入，对其粉末粒度和纯度要求较高，增加了原料成本；同时烧结后Ag和SnO₂的界面结合情况较差，增加了材料的脆性，导致材料后续加工工序增加、工艺复杂、不利于大规模生产；内氧化法制备AgSnO₂电接触材料时，AgSn合金表面会生成致密的SnO₂层，会阻止合金继续氧化，因此需加入铟(In)来促进合金内氧化，但是In的价格昂贵，资源储备较少，成本较高；化学沉淀法制备AgSnO₂电接触材料时，存在着酸、碱、盐的污染问题；生产周期长、成本较高同样存在着Ag和SnO₂锡界面结合较差的问题。

2002年4月3日公告的专利CN1082235C中公开了一种合成法制备银-二氧化锡电接触材料，该方法虽然较好的解决反应界面的问题，但是需要经过长时间的混料以及多次烧结，工艺复杂，同时对原料的粒径和纯度要求较高，增加了生产成本；此外用该法制备的AgSnO₂晶粒粗大，后续加工仍然很困难；另外在材料温升过高方面还有待改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种制备工艺过程易控制、少污染、生产成本低、可实现工业化生产的喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法。本发明能够较好的解决电接触材料的温升问题，使材料的综合性能提高，制备的银氧化锡电接触材料具有使用范围大，使用寿命长，可实现工业化生产等特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将Ag₂O粉末在温度为100℃～200℃的条件下处理0.5h～2h；

(2)将Sn和Ag的混合物置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内合金化得到合金熔体；或将Sn和Ag的混合物与添加元素一同置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内合金化得到合金熔体；所述添加元素为W和/或Mo；

(3)待步骤(2)中所述合金熔体温度达到100℃～200℃后，打开雾化气阀门，同时将合金熔体倒入保温包，并启动粉末输送装置输送步骤(1)中经处理后的Ag₂O粉末，进行喷射共沉积得到AgSn/Ag₂O复合材料；所述Ag₂O的输送量为Sn的2倍摩尔量；

(4)在真空条件下，对步骤(3)中所述AgSn/Ag₂O复合材料在温度为400℃～800℃的条件下原位化学反应4h～10h，制备得到AgSnO₂复合材料；所述AgSnO₂复合材料中SnO₂的质量百分数为6％～20％，余量为Ag，或者AgSnO₂复合材料中SnO₂的质量百分数为6％～20％，添加元素的质量百分数为0.001％～1％，余量为Ag；

(5)将步骤(4)中所述AgSnO₂复合材料挤压加工成棒材或板材形状的银稀土氧化物电接触材料，再进一步轧制或拉拔，最终根据应用要求再加工成片材、丝材、异型材或触头形状的银氧化锡电接触材料。

上述步骤(1)中所述Ag₂O粉末的粒径为10μm～100μm。

上述步骤(2)中所述Sn的质量纯度≥99.95％，所述Ag的质量纯度≥99.95％。

上述步骤(2)中所述合金化的温度为820℃～965℃。

上述步骤(3)中所述喷射共沉积的沉积距离为300mm～350mm，雾化气体压力为0.8MPa～2.0MPa，导流管内径为3.5mm～4.5mm，沉积器转速为10rpm～40rpm。

上述步骤(5)中所述挤压的温度为400℃～600℃。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明具有制备工艺过程易控制、少污染、生产成本低、可实现工业化生产等特点。本发明通过喷射共沉积、原位化学反应等先进加工技术集成，可实现短流程、近成形、均匀凝固制备AgSnO₂电接触材料。

2、本发明制备的银氧化锡电接触材料具有比用粉末冶金法、内氧化法和化学沉淀法等方法制备的银氧化锡电接触材料更高的加工性能，Ag和SnO₂反应界面新鲜，SnO₂颗粒尺寸达纳米级，可以较好的解决电接触材料的温升问题，使材料的综合性能提高，且制备的银氧化锡电接触复合材料具有使用范围大，使用寿命长，可实现工业化生产等特点。

3、采用本发明制备的AgSnO₂电接触材料具有组织均匀、晶粒微细、性能稳定的特点。制备的AgSnO₂电接触材料具有如下性能指标：密度为9.83g/cm³～10.7g/cm³，硬度为78HV～125HV，电阻率≤2.3μΩ·cm，抗拉强度＞240MPa，延伸率＞13％。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例1

(1)将粒径为10μm的Ag₂O粉末在温度为100℃的条件下处理2h；

(2)将质量纯度≥99.95％的Sn和质量纯度≥99.95％的Ag的混合物置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内，在温度为820℃条件下合金化得到合金熔体；

(3)待步骤(2)中所述合金熔体温度达到100℃后，打开雾化气阀门，同时将合金熔体倒入保温包，并启动粉末输送装置输送步骤(1)中经处理后的Ag₂O粉末，进行喷射共沉积得到AgSn/Ag₂O复合材料；所述Ag₂O的输送量为Sn的2倍摩尔量；所述喷射共沉积的沉积距离为300mm，雾化气体压力为2.0MPa，导流管内径为4.5mm，沉积器转速为10rpm；

(4)在真空条件下，对步骤(3)中所述AgSn/Ag₂O复合材料在温度为800℃的条件下原位化学反应4h，制备得到AgSnO₂复合材料；所述AgSnO₂复合材料中SnO₂的质量百分数为6％；

(5)将步骤(4)中所述AgSnO₂复合材料在温度为400℃条件下挤压加工成棒材或板材形状的银稀土氧化物电接触材料，再进一步轧制或拉拔，最终根据应用要求再加工成片材、丝材、异型材或触头形状的银氧化锡电接触材料。

本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9.83g/cm³，硬度为78HV，电阻率≤2.3μΩ·cm，抗拉强度＞240MPa，延伸率＞13％。

实施例2

本实施例制备方法与实施例1的制备方法相同，其中不同之处在于：Ag₂O粉末的粒径为100μm，Ag₂O粉末的处理温度为200℃，处理的时间为0.5h，合金化的温度为965℃，合金熔体温度达到200℃后打开雾化气阀门，所述喷射共沉积的沉积距离为350mm，雾化气体压力为0.8MPa，导流管内径为3.5mm，沉积器转速为40rpm，原位化学反应处理的温度为400℃，时间为10h，AgSnO₂复合材料中SnO₂的质量百分数为13％，挤压的温度为500℃。

本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为10.7g/cm³，硬度为125HV，电阻率≤2.3μΩ·cm，抗拉强度＞240MPa，延伸率＞13％。

实施例3

本实施例制备方法与实施例1的制备方法相同，其中不同之处在于：Ag₂O粉末的粒径为55μm，Ag₂O粉末的处理温度为150℃，处理的时间为1.2h，合金化的温度为890℃，合金熔体温度达到150℃后打开雾化气阀门，所述喷射共沉积的沉积距离为325mm，雾化气体压力为1.4MPa，导流管内径为4mm，沉积器转速为25rpm，原位化学反应处理的温度为600℃，时间为7h，AgSnO₂复合材料中SnO₂的质量百分数为20％，挤压的温度为600℃。

本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9.83g/cm³，硬度为120HV，电阻率≤2.3μΩ·cm，抗拉强度＞240MPa，延伸率＞13％。

实施例4

(1)将粒径为10μm的Ag₂O粉末在温度为100℃的条件下处理2h；

(2)将质量纯度≥99.95％的Sn和质量纯度≥99.95％的Ag的混合物与添加元素一同置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内，在温度为965℃条件下合金化得到合金熔体；所述添加元素为W；

(4)在真空条件下，对步骤(3)中所述AgSn/Ag₂O复合材料在温度为800℃的条件下原位化学反应4h，制备得到AgSnO₂复合材料；所述AgSnO₂复合材料中SnO₂的质量百分数为6％，添加元素的质量百分数为0.001％，余量为Ag；

本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为10.27g/cm³，硬度为102HV，电阻率≤2.3μΩ·cm，抗拉强度＞240MPa，延伸率＞13％。

实施例5

本实施例制备方法与实施例4的制备方法相同，其中不同之处在于：所述添加元素为Mo或Mo和W，AgSnO₂复合材料中添加元素的质量百分数为1％。

本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9.83g/cm³～10.7g/cm³，硬度为78HV～125HV，电阻率≤2.3μΩ·cm，抗拉强度＞240MPa，延伸率＞13％。

实施例6

本实施例制备方法与实施例4的制备方法相同，其中不同之处在于：所述添加元素为Mo或Mo和W，AgSnO₂复合材料中添加元素的质量百分数为0.5％。

实施例7

(1)将粒径为100μm的Ag₂O粉末在温度为150℃的条件下处理1.2h；

(2)将质量纯度≥99.95％的Sn和质量纯度≥99.95％的Ag的混合物与添加元素一同置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内，在温度为820℃条件下合金化得到合金熔体；所述添加元素为Mo；

(3)待步骤(2)中所述合金熔体温度达到200℃后，打开雾化气阀门，同时将合金熔体倒入保温包，并启动粉末输送装置输送步骤(1)中经处理后的Ag₂O粉末，进行喷射共沉积得到AgSn/Ag₂O复合材料；所述Ag₂O的输送量为Sn的2倍摩尔量；所述喷射共沉积的沉积距离为350mm，雾化气体压力为1.4MPa，导流管内径为3.5mm，沉积器转速为40rpm；

(4)在真空条件下，对步骤(3)中所述AgSn/Ag₂O复合材料在温度为400℃的条件下原位化学反应10h，制备得到AgSnO₂复合材料；所述AgSnO₂复合材料中SnO₂的质量百分数为13％，添加元素的质量百分数为0.5％，余量为Ag；

(5)将步骤(4)中所述AgSnO₂复合材料在温度为500℃条件下挤压加工成棒材或板材形状的银稀土氧化物电接触材料，再进一步轧制或拉拔，最终根据应用要求再加工成片材、丝材、异型材或触头形状的银氧化锡电接触材料。

本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为10.2g/cm³，硬度为125HV，电阻率≤2.3μΩ·cm，抗拉强度＞240MPa，延伸率＞13％。

实施例8

本实施例制备方法与实施例7的制备方法相同，其中不同之处在于：所述添加元素为W或W和Mo，AgSnO₂复合材料中添加元素的质量百分数为0.001％。

实施例9

本实施例制备方法与实施例7的制备方法相同，其中不同之处在于：所述添加元素为W或W和Mo，AgSnO₂复合材料中添加元素的质量百分数为1％。

实施例10

(1)将粒径为55μm的Ag₂O粉末在温度为200℃的条件下处理0.5h；

(2)将质量纯度≥99.95％的Sn和质量纯度≥99.95％的Ag的混合物与添加元素一同置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内，在温度为890℃条件下合金化得到合金熔体；所述添加元素为W和Mo；

(3)待步骤(2)中所述合金熔体温度达到150℃后，打开雾化气阀门，同时将合金熔体倒入保温包，并启动粉末输送装置输送步骤(1)中经处理后的Ag₂O粉末，进行喷射共沉积得到AgSn/Ag₂O复合材料；所述Ag₂O的输送量为Sn的2倍摩尔量；所述喷射共沉积的沉积距离为325mm，雾化气体压力为0.8MPa，导流管内径为4mm，沉积器转速为25rpm；

(4)在真空条件下，对步骤(3)中所述AgSn/Ag₂O复合材料在温度为600℃的条件下原位化学反应7h，制备得到AgSnO₂复合材料；所述AgSnO₂复合材料中SnO₂的质量百分数为20％，添加元素的质量百分数为0.5％，余量为Ag；

(5)将步骤(4)中所述AgSnO₂复合材料在温度为600℃条件下挤压加工成棒材或板材形状的银稀土氧化物电接触材料，再进一步轧制或拉拔，最终根据应用要求再加工成片材、丝材、异型材或触头形状的银氧化锡电接触材料。

本实施例制备的银稀土氧化物电接触材料的密度为9.93g/cm³，硬度为85HV，电阻率≤2.3μΩ·cm，抗拉强度＞240MPa，延伸率＞13％。

实施例11

本实施例制备方法与实施例10的制备方法相同，其中不同之处在于：所述添加元素为W或Mo，AgSnO₂复合材料中添加元素的质量百分数为0.001％。

实施例12

本实施例制备方法与实施例10的制备方法相同，其中不同之处在于：所述添加元素为W或Mo，AgSnO₂复合材料中添加元素的质量百分数为1％。

Claims

1.一种喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）将Ag₂O粉末在温度为100℃～200℃的条件下处理0.5h～2h；

（2）将Sn和Ag的混合物置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内合金化得到合金熔体；或将Sn和Ag的混合物与添加元素一同置于喷射共沉积真空中频熔炼炉内合金化得到合金熔体，所述添加元素为W和/或Mo；

（3）待步骤（2）中所述合金熔体过热度达到100℃～200℃后，打开雾化气阀门，同时将合金熔体倒入保温包，并启动粉末输送装置输送步骤（1）中经处理后的Ag₂O粉末，进行喷射共沉积得到AgSn/Ag₂O复合材料；所述Ag₂O的输送量为Sn的2倍摩尔量；

（4）在真空条件下，对步骤（3）中所述AgSn/Ag₂O复合材料在温度为400℃～800℃的条件下原位化学反应4h～10h，制备得到AgSnO₂复合材料；所述AgSnO₂复合材料中SnO₂的质量百分数为6%～20%，余量为Ag，或者AgSnO₂复合材料中SnO₂的质量百分数为6%～20%，添加元素的质量百分数为0.001%～1%，余量为Ag；

（5）将步骤（4）中所述AgSnO₂复合材料挤压加工成棒材或板材形状的银氧化锡电接触材料，再进一步轧制或拉拔，最终根据应用要求再加工成片材、丝材、异型材或触头形状的银氧化锡电接触材料。

2.根据权利要求1所述的喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在于，步骤（1）中所述Ag₂O粉末的粒径为10μm～100μm。

3.根据权利要求1所述的喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在于，步骤（2）中所述Sn的质量纯度≥99.95%，所述Ag的质量纯度≥99.95%。

4.根据权利要求1所述的喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在于，步骤（2）中所述合金化的温度为820℃～965℃。

5.根据权利要求1所述的喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在于，步骤（3）中所述喷射共沉积的沉积距离为300mm～350mm，雾化气体压力为0.8MPa～2.0MPa，导流管内径为3.5mm～4.5mm，沉积器转速为10rpm～40rpm。

6.根据权利要求1所述的喷射共沉积反应制备银氧化锡电接触材料的方法，其特征在于，步骤（5）中所述挤压的温度为400℃～600℃。