CN102306512A - 一种低压电器用铜基触头材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压电器用铜基触头材料，包括以下组分，以质量百分比计：石墨0.01～3%；硼0.01～5%；余量为铜合金。本发明具有良好的导电性、导热性、耐电弧烧损、抗熔焊、同时抗氧化性能优异、接触电阻低且稳定等特点，代替低压电器用的银合金触头，降低成本，并且符合欧盟《关于在电气电子设备中限制使用某些有毒物质指令》（ROHS）的要求。

Description

一种低压电器用铜基触头材料

技术领域

本发明属于电接触材料技术领域，具体是指一种低压电器用铜基触头材料。

背景技术

触头材料是各种开关、继电器、接触器等电器的关键材料，起着接通、分断和传输电流的作用。目前国内外电触头材料广泛使用银基材料，银作为贵金属，使得银在工业生产成本相当高，而且我国是个银储量相对贫乏的国家，因此，找到能够代替银的新材料是发展必然趋势，尤其是作为用银量较大的触头材料行业，找到代替银的新材料的意义更为深远。

多年来，许多科技工作者一直致力于研究性能可靠、价格便宜的无银触头材料，目前，铜及铜合金是被本领域所公认的比较理想的代银触头材料，铜的电阻率略高于银。通过检索，目前铜基触头材料的研究方向大致可以分为三类：

（1）一类是向铜中添加金刚石为主并辅以其它一些金属元素，如中国专利号为94102452.0、96100938.1、01127933.8、03143940.5、200710057117.3、96115149.8、99112292.5、98120087.7、02132898.6、200610046286.2、98110906.3等；

（2）二类是向铜中添加金属氧化物为主并辅以一些金属元素，如中国专利号为200610052456.8、200510061054.X、201010508439.7、200410063067.6、200610052438.X等；

（3）三类是向铜体中添加碳化物为主并辅以一些金属元素，如中国专利号为200510007252.8、200910095173.5、97106092.4、200710195888.9、03139038.2、02129979.X等。

这些专利中，添加金刚石的主要目的是提高材料的硬度，从而降低触点的接触电阻，同时对提高材料的抗熔焊性能发挥一定的作用；添加金属氧化物的作用是提高触头材料的分断能力，一些金属元素，尤其是稀土元素的添加是起到抗氧化和灭弧的作用；添加碳化物的目的是为了提高材料的抗熔焊能力。

但是铜作为电触头材料的主要缺点是抗氧化性能较差，一旦在铜触头表面生产氧化膜，触头的接触电阻升高，造成电器的温升过高，甚至使电器失效。现有技术中虽然有添加稀土元素提高抗氧化性能，但是其抗氧化性能仍然无法满足低压电器工作寿命的要求，而且稀土元素本身也属于稀缺资源，价格越来越高，使得铜基触头材料的成本偏高。

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，而提供一种抗氧化性优异，且成本相对较低的低压电器用铜基触头材料。

为实现上述目的，本发明的技术方案是包括以下组分，以质量百分比计：

石墨0.01～3%；硼0.01～5%；

余量为铜合金。

进一步设置是按质量百分比计，所述的铜合金的成分为：

Ni、La、Zr、B中的一种、两两组合或几种组合，添加的总质量百分比为0.01-5%；

余量为铜。

本发明以铜合金为基体是为了保证材料在室温环境下有良好的抗氧化能力，0.01～5%的硼，在触头工作时，硼优先氧化而消耗触头周围的氧，起到保护铜基体不被氧化或延缓氧化速度的作用。因此本发明具有优异的抗氧化性能，而且相对于现有的触头材料成本大为降低，添加石墨的作用在于提高触头材料的抗熔焊能力。

铜作为触头基体材料氧化主要是在长期放置、触头刚接通弹跳时和分断后降温时，在后两个阶段的时间是非常短暂的，在这两个阶段需要有物质代替铜优先氧化，使稳定接触和降温后铜不氧化，从而起到抗氧化的作用。在第一个阶段主要依赖铜合金本身的抗氧化性，合金材料中加入石墨，挤压后获得纤维状组织，可以改善铜合金触头的灭弧性和抗熔焊性，在高温电弧的作用下，石墨燃烧所产生的一氧化碳可以使触头表面的氧化铜还原为铜或氧化亚铜。一些专利（94102452.0、96100938.1、01127933.8、03143940.5、200710057117.3等）中添加金刚石是作为硬质相，提高铜基材料的硬度。合金材料中加入硼起到增强铜合金触头抗氧化性和灭弧作用，本发明的添加硼，高温电弧作用下，硼优先氧化消耗触头周围的氧而保护铜合金材料，同时生成气态的B₂O₃，对冷却电弧起到作用。

本发明具有良好的导电性、导热性、耐电弧烧损、抗熔焊、同时抗氧化性能优异、接触电阻低且稳定等特点，代替低压电器用的银合金触头，降低成本，并且符合欧盟《关于在电气电子设备中限制使用某些有毒物质指令》（ROHS）的要求。

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 本发明实施例1铜基触头横截面X200；

图2 本发明实施例1铜基触头纵截面 X200。

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。

体实施例

实施例1

铜合金材料的成分及质量百分比：石墨1%，硼0.5%，余量为CuNi合金粉，其中Ni含量为3%，余量为铜。其性能指标：电阻率4.5μΩ·cm，密度8.66g/cm³，硬度HB93。

实施例2

铜合金材料的成分及质量百分比：石墨0.5%，硼1%，余量为CuNiLa合金粉，CuNiLa合金中Ni含量为2%，La含量为1%。其性能指标：电阻率3.8μΩ·cm，密度8.63g/cm³，硬度HB95。

实施例3

铜合金材料的成分及质量百分比：石墨1%，余量为CuLa合金粉，CuLa合金中La含量为1%。其性能指标：电阻率2.25μΩ·cm，密度8.64g/cm³，硬度HB83。

实施例4

铜合金材料的成分及质量百分比：石墨1%，余量为CuZr合金粉，CuZr合金中Zr含量为1%。其性能指标：电阻率2.1μΩ·cm，密度8.60g/cm³，硬度HB96。

实施例5

铜合金材料的成分及质量百分比：石墨1%，余量为CuB合金粉，其中B含量为0.5%。其性能指标：电阻率2μΩ·cm，密度8.5g/cm³，硬度HB110。

实施例6

铜合金材料的成分及质量百分比：石墨1%、 铜合金由70%CuB和30%CuNiLa组成，CuB中B含量为0.5%，CuNiLa中Ni含量为2%，La含量为1%。其性能指标：电阻率2.5μΩ·cm，密度8.53g/cm³，硬度HB98。

Claims (2)

1.一种低压电器用铜基触头材料，其特征在于：包括以下组分，以质量百分比计：

石墨0.01～3%；硼0.01～5%；

余量为铜合金。

2.根据权利要求1所述的一种低压电器用铜基触头材料，其特征在于：按质量百分比计，所述的铜合金的成分为：

Ni、La、Zr、B中的一种、两两组合或几种组合，添加的总质量百分比为0.01-5%；

余量为铜。

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