CN102044347B

CN102044347B - 银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的制备方法及其产品

Info

Publication number: CN102044347B
Application number: CN 201110027948
Authority: CN
Inventors: 郑晓杰; 张树堂
Original assignee: ZHEJIANG YUEYIN ALLOY CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG YUEYIN ALLOY CO Ltd
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: CN102044347A

Abstract

本发明公开了一种银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的制备方法及其产品，它是在以银铜为基体中加入稀土铜合金、碱土金属，镍及导电陶瓷所组成。其成分质量百分比为：铜7~60%，镍3~25%，稀土铜合金0.08~10%，导电陶瓷0.03~5%，碱土金属0.02~1.5%，余量为银。它可广泛应用在中负荷继电器和小负荷接触器上。从而可大幅度降低铆钉用丝材的成本。并具有高的抗熔焊性，低的表面接触电阻。是一种经济技术综合性能优选的触头材料。

Description

银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的制备方法及其产品

技术领域

本发明属于电工触头材料，特别是涉及一种中等负荷触头用银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的制备方法及其产品。

背景技术

继电器及小电流接触器用触点基本是铆钉型触点，而铆钉成形是通过丝材经制打成型而至。目前虽有银铜合金材料被用做中等负荷继电器及小电流接触，但银铜合金材料没有银镍合金的抗熔焊性强，而银镍合金材料成本又比较高。通过检索，中国专利公开号CN101127253A公开的一种银镍导电陶瓷电触头的材料及其制造方法，其技术方案通过熔化银锭直接加入稀土熔炼，会使合金成分偏析，稀土含量控制不准确，稀土在银基体中分布不是很均匀，起不到应有的效果，其导电陶瓷粉未经表面处理又与银镍粉体直接混粉会使其粉体晶粒间的结合能力降低，在受到电弧侵蚀时陶瓷微粒很容易脱离基体，这样抗熔焊的性能必将大打折扣。再有中国专利公开号CN101831571A公开的一种银镍基电触头材料及其制备方法，其将碳化钽粉末与银粉镍粉直接混合碳化钽也没有经过表面处理，使粉体晶粒间的结合力也不是很好，其材料的抗熔焊性能就有所降低。目前出现的多种铜基触头材料应用在断路器上尚有部分优势但应用在继电器及接触器上还有待进一步探讨研究，其都存在触头在使用过程中铜易氧化的现象，使触头表面接触电阻变大，温升加速，极易熔焊，使电器损坏，也容易酿成事故造成损失。

至此有必要研制一种新的性能优良较经济的合金材料，即解决铜基材料易氧化问题又具有高的抗熔焊性能及成本较低的材料来替代传统单一的银铜合金材料、银镍合金及铜基材料。

发明内容

本发明的第一个目的是为了克服现有技术存在的银镍合金材料造价偏高，银镍合金中的添加剂偏析以及抗熔焊性能不强，银铜合金材料使用受限及抗熔焊性能差和铜基合金材料易氧化接触电阻不稳定易熔焊的问题，而提供一种性能优良、成本经济并适用于中等负荷继电器及轻负荷接触器之用的银铜镍陶瓷高抗熔焊合金材料的制备方法。

本发明的另一个目的是提供一种性能优良、成本经济并适用于中等负荷继电器及轻负荷接触器之用的银铜镍陶瓷高抗熔焊合金材料。

为实现上述第一个目的，本发明的技术方案是其特征在于：包括以下工序：

（1）粉末制备

? 熔炼：按质量百分比将银铜熔化后加入稀土铜合金及碱土金属，合金化静炼1~3分钟雾化为400~600目的导电陶瓷粉末；

? 将镍粉经还原炉温度以350~450℃还原处理；

? 将还原后的镍粉与导电陶瓷粉末按重量百分比配制进行初混粉，时间为1.5~5小时；

④ 将c项的初混粉末在超声波镀槽银氨溶液中经超声波震荡处理15分钟制备银包覆镍粉和银包覆导电陶瓷粉末，并用纯净水洗涤烘干；

（2）球磨混粉：将步骤（1）制备的粉末按重量百分比计算配制进行混合球磨处理，时间为1.5~4小时；

（3）成型烧结：将混合均匀的粉末在压强为100~300Mp下等静压成初锭坯，再将初锭坯在抽真空后的烧结炉中冲入惰性气体，温度为830~930℃，烧结时间为4~8小时，而后随炉冷却至室温出炉；

（4）复压挤压：将步骤（3）的出炉锭坯表面清理后，在压力下复压为理论密度的90%以上，再将复压的锭坯在电炉中加热温度为760~860℃进行热挤，挤压比为1：90~350，挤出丝材；

上述工艺中所涉的各物料的质量百分比按如下配比：

铜7~60%；稀土铜合金0.08~10%；

碱土金属0.02~1.5%；镍3~25%；

导电陶瓷0.03`~5%；余量为银。

进一步设置是所述的步骤（4）挤出丝材直径为φ4.5~6 。所述的步骤（4）后还包括有拉拔工序，具体为将步骤（4）挤压后的丝材经540~750℃退火拉拔至使用的线径。所述的导电陶瓷粉末为Ti3SiC2或Zr3Al5C5。所述步骤（1）银铜熔化温度为为1100~1300℃。

为实现上述第二个目的，本发明的技术方案是包括以下组分，以质量百分比计：

铜7~60%；

稀土铜合金0.08~10%；

碱土金属0.02~1.5%；

镍3~25%；

导电陶瓷0.03`~5%；

余量为银。

一步设置是所述的稀土铜合金为富镧稀土铜合金，该富镧稀土铜合金的成分含量质量比例为：Re≥10%～15%，La/Re≥50%，稀土余量主要为Ce，其中Re表示稀土总量。本设置还可以是所述的稀土铜合金为富铈稀土铜合金，该富铈稀土铜合金的成分含量质量比为：Re≥10%～15%，Ce/Re≥65%，稀土余量主要为La，其中Re表示稀土总量。

进一步设置是所述的导电陶瓷为Ti3SiC2或Zr3Al5C5。所述的碱土金属为镁、钙或锶。

本申请制备的银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料，其中加入导电陶瓷具有较高的抗熔焊性，加入稀土铜合金可抑制铜的氧化及提高分断能力，并加入微量碱土金属细化晶粒以提高抗麽损及降低电蚀的性能，并有息弧作用。呈现出优异的结构于一体的综合性功能，并具有广阔的应用前景及很好的经济效益和社会效益。

本发明提供的触头合金材料具有以下特点：（1）雾化方法制取银铜稀土（稀土铜合金）及碱土金属为400~ 600目的合金粉末，稀土铜合金的加入使其银铜熔炼的熔液中具有很好的合金化，以形成更好的固溶体及成分分布非常均匀的合金粉末，从而稀土含量控制比较准确。稀土和碱土金属的加入抑制了铜的氧化性并起到熄灭电弧的作用。（2）导电陶瓷微粉经超声波化学包覆镀银处理，增强其亲和力和湿润性，彰显了良好的导电性和自润滑性，从而提高了触头材料的耐麽性，抗氧化性，抗电蚀性，并具有很高的抗熔焊性。（3）微量碱土金属的加入使材料晶粒得到细化，并能加速电弧转移，使生成的氧化物在此作用下迅速分解，从而降低了表面接触电阻，保持了较低的温升。

下面结合具体实施方式对本发明做进一步介绍。

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。

下述各实施例的工艺均为：其中所涉物料的质量百分比按各实施例具体设置；

1.粉末制备

①熔炼：按质量百分比将银铜熔化后（温度为1100~1300℃）加入稀土铜合金及碱土金属合金化静炼1~3分钟雾化为400~600目粉末.。

②将镍粉经还原炉温度为350~450℃还原处理，（分解氨制氢气）。

③将还原后的镍粉与导电陶瓷粉末按重量百分比配制进行初混粉，时间为1.5~5小时优选为3.5小时。

④将c项的初混末经在超声波镀槽银氨溶液中经超声波震荡处理15分钟制备银包覆镍粉和导电陶瓷粉末，并用纯净水洗涤烘干。

（2）球磨混粉：将1项制备的粉末按重量百分比计算配制进行混合球磨处理，时间为1.5~4小时，优选为3小时。

（3）成型烧结：将混合均匀的粉末在压强为100~300Mp下等静压成初锭坯。再将锭坯在抽真空后的烧结炉中冲入惰性气体，温度为830~930℃优选温度为890℃，烧结时间为4~8小时优选时间为6小时，而后随炉冷却至室温出炉。

（4）复压挤压：将3项出炉锭坯表面清理后在150Mp压力下复压为理论密度的90%以上。再将复压的锭坯在电炉中加热温度为760~860℃优选830℃进行热挤，挤压比为1：90~350，挤出丝材直径为φ4.5~6 优选φ5.8。

（5）拉拔：挤压后的丝材经540~750℃退火拉拔至使用的线径。

实施例一：

银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的成分及质量百分比为：铜7%、镍25%、导电陶瓷0.6%、稀土铜合金 2%、碱土金属0.02%、银余量。

触头材料的性能为：密度≥9.75g/cm³；电阻率≤2.56μΩ·cm；硬度（HV）585~795Mp；抗拉强度320~410Mp；延伸率≥4%。

实施例二：

银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的成分及质量百分比为：铜10%、镍20%、导电陶瓷0.9%、稀土铜合金 2.5%、碱土金属 0.03%、银余量。

触头材料的性能为：密度≥9.85g/cm³；电阻率≤2.38μΩ·cm；硬度（HV）560~785Mp；抗拉强度290~395Mp；延伸率≥4.5%。

实施例三：

银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的成分及质量百分比为：铜15%、镍17%、导电陶瓷1.2%、稀土铜合金 3%、碱土金属 0.025%、银余量。

触头材料的性能为：密度≥9.80g/cm³；电阻率≤2.34μΩ·cm；硬度（HV）530~765Mp；抗拉强度280~385Mp；延伸率≥5%。

实施例四：

银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的成分及质量百分比为：铜18%、镍12%、导电陶瓷1.3%、稀土铜合金 3.5%、碱土金属 0.03%、银余量。

触头材料的性能为：密度≥9.83g/cm³；电阻率≤2.32μΩ·cm；硬度（HV）520~750Mp；抗拉强度265~365Mp；延伸率≥6%。

实施例五：

银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的成分及质量百分比为：铜22%、镍10%、导电陶瓷1.5%、稀土铜合金 3.5%、碱土金属 0.035%、银余量。

触头材料的性能为：密度≥9.82g/cm³；电阻率≤2.23μΩ·cm；硬度（HV）520~770Mp；抗拉强度250~365Mp；延伸率≥6.5%。

实施例六：

银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的成分及质量百分比为：铜25%、镍7%、导电陶瓷1.8%、稀土铜合金4%、碱土金属 0.035%、银余量。

触头材料的性能为：密度≥9.81g/cm ³；电阻率≤2.20μΩ·cm；硬度（HV）480~720Mp；抗拉强度240~360Mp；延伸率≥7%。

实施例七：

银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的成分及质量百分比为：铜35%、镍4%、导电陶瓷1.6%、稀土铜合金 5%、碱土金属 0.04%、银余量。

触头材料的性能为：密度≥9.7g/cm³；电阻率≤2.18μΩ·cm；硬度（HV）600~800Mp；抗拉强度270~380Mp；延伸率≥7%。

Claims

1.一种银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的制备方法，其特征在于包括以下工序：

（1）粉末制备

① 熔炼：按质量百分比将银铜熔化后加入稀土铜合金及碱土金属，合金化静炼1~3分钟雾化为400~600目的导电陶瓷粉末；

② 将镍粉经还原炉温度以350~450℃还原处理；

③ 将还原后的镍粉与导电陶瓷粉末按重量百分比配制进行初混粉，时间为1.5~5小时；

④ 将③项的初混粉末在超声波镀槽银氨溶液中经超声波震荡处理15分钟制备银包覆镍粉和银包覆导电陶瓷粉末，并用纯净水洗涤烘干；

（3）成型烧结：将混合均匀的粉末在压强为100~300Mp下等静压压成初锭坯，再将初锭坯在抽真空后的烧结炉中冲入惰性气体，温度为830~930℃，烧结时间为4~8小时，而后随炉冷却至室温出炉；

上述工艺中所涉的各物料的质量百分比按如下配比：

铜7~60%；稀土铜合金0.08~10%；

碱土金属0.02~1.5%；镍3~25%；

导电陶瓷0.03`~5%；余量为银。

2.根据权利要求1所述的一种银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（4）后还包括有拉拔工序，具体为将步骤（4）挤压后的丝材经540~750℃退火拉拔至使用的线径。

3. 根据权利要求2所述的一种银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的制备方法，其特征在于：所述的导电陶瓷粉末为Ti3SiC2或Zr3Al5C5。

4.根据权利要求3所述的一种银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）银铜熔化温度为为1100~1300℃。

5.一种银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料，其特征在于：包括以下组分，以质量百分比计：

铜7~60%；

稀土铜合金0.08~10%；

碱土金属0.02~1.5%；

镍3~25%；

导电陶瓷0.03`~5%；

余量为银。

6.根据权利要求5所述的一种银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料，其特征在于：所述的稀土铜合金为富镧稀土铜合金，该富镧稀土铜合金的成分含量质量比例为：Re为10%～15%，La/Re≥50%，稀土余量主要为Ce，其中Re表示稀土总量。

7.根据权利要求5所述的一种银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料，其特征在于：所述的稀土铜合金为富铈稀土铜合金，该富铈稀土铜合金的成分含量质量比为：Re为10%～15%，Ce/Re≥65%，稀土余量主要为La，其中Re表示稀土总量。

8.根据权利要求5-7之一所述的一种银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料，其特征在于：所述的导电陶瓷为Ti3SiC2或Zr3Al5C5。

9.根据权利要求8所述的一种银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料，其特征在于：所述的碱土金属为镁、钙或锶。