CN102392153B - 提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料 - Google Patents
提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102392153B CN102392153B CN201110371799.1A CN201110371799A CN102392153B CN 102392153 B CN102392153 B CN 102392153B CN 201110371799 A CN201110371799 A CN 201110371799A CN 102392153 B CN102392153 B CN 102392153B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resistance
- oxide compound
- micromotor
- wear resistance
- contact material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
本发明公开了一种提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料，该材料各组分重量含量为：Cu为1～8％、Ni为0.1～0.5％、Zn为0～5％、氧化物为0.5～2％，余量为银，其中氧化物为Al2O3、ZrO2、CeO2、Cr2O3中的任意一种，并且氧化物的粒度需要控制在3μm以下。该材料采用粉末冶金工艺制备，其耐磨性、抗电弧和抗熔焊性能优良，可以有效防止磨屑在换向器沟槽中聚集造成短路的现象，适合用于制作换向期电弧较大的微电机的换向器。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料；由这种电接触材料作工作层、铜作基层所组成的两层复合材料；以及使用该两层复合材料制作的换向器，和使用该换向器的直流微电机。
背景技术
在直流微电机的工作过程中，换向器和电刷片相互接触并相对滑动，实现电流的传输，保持电机运转。因此，换向器和电刷之间不可避免地存在滑动摩擦磨损，而且还有电弧产生，对材料造成损伤。换向器和电刷片的摩擦磨损过程中产生的磨屑被挤压在两者之间，影响二者的接触性能，造成较大的接触电阻波动，导致输出波形不良和电噪声，严重时引起非换向期电弧，加快材料的损伤。换向时产生的电弧温度很高，常常造成银合金的熔化、飞溅，是换向器失效，进而引起微电机寿命终止的重要原因。而且，电接触过程中由于机械摩擦和电流作用所产生的温升会使材料表面硬度下降，降低其硬度和耐磨性，进一步加剧了材料的机械磨损。
银合金具有优良的导电性和耐腐蚀性能，因而是换向器中最常见、用量最大的滑动式电接触合金。以氧化物增强的银基电接触材料在“开-闭”式电接触领域已经得到了广泛的应用，常见的有AgCuO、AgZnO、AgSnO2等。但是，由于氧化物增强的电接触材料加工性能较差，使得如何在滑动式电接触材料中采用氧化物增强的技术，提高换向器用电接触材料的耐磨性和抗电弧侵蚀能力是提高换向器使用性能和微电机使用寿命和稳定性，是本领域广大技术人员关注的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料，所述材料在现有的AgCuZnNi换向器合金中引入氧化物质点，合理利用氧化物的高硬度和高熔点特性，提高合金的耐磨性和抗电弧侵蚀能力，该材料与铜组成的复合材料用于制作直流微电机的换向器，以改善接触稳定性、降低电噪声、延长微电机的使用寿命。
本发明所述提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料，由Cu、Ni、Zn、氧化物和Ag组成，其各组分的重量百分含量为：
Cu 1～8％；
Ni 0.1～0.5％；
Zn 1～5％；
氧化物 0.5～2％；
余量为Ag；
其中，氧化物为Al2O3、ZrO2、CeO2、Cr2O3中的任意一种。
上述氧化物的粒度为0.5～3μm。
本发明涉及的微电机换向器用滑动电接触复合材料，它以提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料为工作层，以铜为基层，其中，所述工作层覆盖在铜的表面。
所述工作层全部或部分覆盖在铜的表面。
本发明涉及的一种微电机换向器，它使用微电机换向器用滑动电接触复合材料。
本发明还涉及一种微电机，它使用上述换向器。
本发明所述提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料中的氧化物具有高的硬度，通过弥散强化机制提高银基体的硬度，另一方面其自身也具有很强的抵抗滑动磨损的能力，使滑动式电接触材料的耐磨性得以提高，减少磨屑的产生；另外，氧化物还具有高的熔点，在电弧高温的作用下也不会熔化，并且可以防止银基体的飞溅和流失，从而提高材料整体的抗电弧能力。因此，采用本发明的氧化物增强电接触材料制作微电机换向器，可以延长使用寿命、增加接触稳定性、降低电噪声。若氧化物的含量低于0.5％，则其耐磨损和抗电弧作用不能充分发挥；若氧化物的含量高于2％，则显著增大滑动接触时的接触电阻，并且对电刷造成严重磨损，反而降低微电机寿命。
为了保证氧化物颗粒的数量和分布均匀性，本发明对氧化物的粒度也进行了优选。在现有的生产条件下，如果氧化物的粒度低于0.5μm，则颗粒过于细小，在运输、保存和使用过程中容易团聚，其在换向器材料中的分散性和均匀性很难保证，降低材料性能的一致性和稳定性，不能满足大批量生产的要求。但是，如果氧化物的粒度大于3μm，则颗粒过于粗大，这一方面减少了换向器材料中增强颗粒的数量，弱化增强效果，另一方面严重降低材料的工艺性能，生产中容易出现开裂现象，同样不能满足大批量生产的要求；此外，过于粗大的颗粒对接触电阻和电刷也会产生不利影响。
将本发明的换向器材料作为工作层复合在铜基层表面，用于制作微电机换向器，可以节约贵金属，降低换向器和微电机的生产成本。
本发明的优点为：
1)采用本发明的材料制作微电机换向器，具有优良的耐磨损和抗电弧性能，用于微电机中，可以减少磨屑、降低电噪声，提高微电机的稳定性和使用寿命。
2)本发明采用材料现有的雾化制粉、等静压成形、烧结、压力加工和热处理技术制备，设备和工艺技术不需要特殊的改造，生产中易于实施。
3)利用本发明的合金制作层状复合材料时，可以采用现有的AgCuNi系合金/铜合金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，基本不会增加生产成本。
4)本发明采用雾化法制备AgCuZnNi合金粉末，其成分均匀性高；而后采用混粉、等静压成形、挤压加工等技术生产换向器材料，可以有效地保证氧化物在材料中分布的均匀性，并且材料可以达到完全致密化。
具体实施方式
实施例1至12的合金成分见表1.
表1 各实施例化学成分(重量％)
| 实施例 | Cu | Ni | Zn | Al2O3 | ZrO2 | CeO2 | Cr2O3 | 氧化物粒度r | Ag |
| 1 | 8.0 | 0.5 | 1.0 | 0.5 | - | - | - | 0.5μm≤r≤3μm | 余量 |
| 2 | 8.0 | 0.5 | 1.0 | - | 0.5 | - | - | 0.5μm≤r≤3μm | 余量 |
| 3 | 8.0 | 0.5 | 1.0 | - | - | 0.5 | - | 0.5μm≤r≤3μm | 余量 |
| 4 | 8.0 | 0.5 | 1.0 | - | 0.5 | - | 0.5 | 0.5μm≤r≤3μm | 余量 |
| 5 | 4.0 | 0.3 | 3.0 | 1.0 | - | - | - | 0.5μm≤r≤3μm | 余量 |
| 6 | 4.0 | 0.3 | 3.0 | - | 1.0 | - | 0.5μm≤r≤3μm | 余量 | |
| 7 | 4.0 | 0.3 | 3.0 | - | - | 1.0 | - | 0.5μm≤r≤3μm | 余量 |
| 8 | 4.0 | 0.3 | 3.0 | - | - | - | 1.0 | 0.5μm≤r≤3μm | 余量 |
| 9 | 1.0 | 0.1 | 5.0 | 2.0 | - | - | - | 0.5μm≤r≤3μm | 余量 |
| 10 | 1.0 | 0.1 | 5.0 | - | 2.0 | - | - | 0.5μm≤r≤3μm | 余量 |
| 11 | 1.0 | 0.1 | 5.0 | - | - | 2.0 | - | 0.5μm≤r≤3μm | 余量 |
| 12 | 1.0 | 0.1 | 5.0 | - | - | - | 2.0 | 0.5μm≤r≤3μm | 余量 |
按表1中的各金属元素含量配制并熔炼不同成分的AgCuZnNi合金，并通过水雾化法制备成粉末，粉末粒度小于20μm。将得到的合金粉末与拟定含量的氧化物粉末混合，经压制、烧结、挤压、轧制、退火等工艺制成带材；然后采用热轧工艺与纯铜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。
具体的制备工艺为：
1)采用水雾化法制备AgCuZnNi合金粉末，并且保证粉末颗粒的最大等效直径小于20μm。
2)将上述合金粉末与氧化物粉末混合均匀，其中氧化物粉末的粒度为0.5～3μm。
3)对混合均匀的粉末进行等静压制，压制压力为60～100MPa。
4)将压制好的坯料置于氨分解或纯氢气氛中进行烧结，烧结温度700～850℃。
5)对烧结好的坯料进行挤压，挤压比不小于20。
6)将挤压好的坯料通过轧制、中间退火、拉拔等工艺，制备成带材或丝材。
7)采用热轧、温轧或冷轧复合技术，将上述带材或丝材与铜合金进行复合，制作成层状复合材料。其中本发明的材料为工作层，铜合金为基层。
比较例1和2电接触银合金成分见表2。
表2 比较例合金成分(重量百分数)
| 比较例 | Cu | Ni | Zn | Ag |
| 1 | 4.0 | 0.3 | - | 余量 |
| 2 | 6.0 | 0.4 | 2.0 | 余量 |
按表2中的各成分配制并熔炼合金，浇铸成锭后，经开坯、轧制、退火等工序制成带材，然后与铜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。
将实施例1～12和比较例1和2的带材用于制作成微电机三极换向器，将该换向器装配在微电机中，进行寿命试验。其对应的电刷片材料为AgPd50/MX215。
实施例1～12和比较例1、2的测试条件如下：
测试温度：60℃
测试负荷：10g·cm
测试电压：12V
旋转速度：8000rpm
运转方式：连续
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。
测试结果见表3。
表3 实施例1～12及比较例1～2寿命测试结果
| 实施例 | 寿命(h) |
| 1 | 1975 |
| 2 | 1937 |
| 3 | 1986 |
| 4 | 1936 |
| 5 | 1953 |
| 6 | 1970 |
| 7 | 1986 |
| 8 | 2020 |
| 9 | 1968 |
| 10 | 1990 |
| 11 | 1954 |
| 12 | 1976 |
| 比较例1 | 1238 |
| 比较例2 | 1350 |
结论：上述测试结果表明，在AgCuZnNi合金中添加适当含量和粒度的氧化物，可以提高换向器材料的耐磨性和抗电弧能力。以这些材料作工作层、铜为基层制成复合材料，用于制作微电机换向器，与现有的AgCuZnNi合金所制作的微电机换向器相比，在相同运行条件下显示出更长的使用寿命，达到了提高微电机工作寿命和稳定性的目的。
Claims (5)
1.一种提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料，其特征在于，由 Cu、Ni、Zn、氧化物和Ag组成，其各组分的重量百分含量为：
Cu 1~8%；
Ni 0.1~0.5%；
Zn 1~5%；
氧化物 0.5~2%；
余量为Ag；
其中，氧化物为Al2O3、ZrO2、CeO2、Cr2O3中的任意一种，所述氧化物的粒度为0.5~3μm。
2.一种微电机换向器用滑动电接触复合材料，其特征在于，它以权利要求1的电接触材料为工作层，以铜为基层，其中，所述工作层覆盖在铜的表面。
3.根据权利要求2所述的材料，其特征在于：所述工作层全部或部分覆盖在铜的表面。
4.一种微电机换向器，其特征在于，它使用权利要求2或3所述的任何一种复合材料。
5.一种微电机，其特征在于，它使用权利要求4所述的换向器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110371799.1A CN102392153B (zh) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | 提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110371799.1A CN102392153B (zh) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | 提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102392153A CN102392153A (zh) | 2012-03-28 |
| CN102392153B true CN102392153B (zh) | 2014-01-15 |
Family
ID=45859532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110371799.1A Active CN102392153B (zh) | 2011-11-21 | 2011-11-21 | 提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102392153B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103014403A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-04-03 | 重庆川仪自动化股份有限公司 | 含氧化物的滑动电接触合金及其层状复合材料 |
| CN103014402B (zh) * | 2012-12-21 | 2017-05-31 | 重庆川仪自动化股份有限公司 | 高熔点合金元素增强滑动电接触合金及其层状复合材料 |
| CN103045893A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-04-17 | 重庆川仪自动化股份有限公司 | 含碳化物的滑动电接触合金及其层状复合材料 |
| CN103060598A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-04-24 | 重庆川仪自动化股份有限公司 | 含氮化物的滑动电接触合金及其层状复合材料 |
| CN103695682B (zh) * | 2013-12-18 | 2016-03-23 | 福达合金材料股份有限公司 | 一种带增强基体性能添加物的银氧化物触点材料及制备方法及其产品 |
| CN104388735A (zh) * | 2014-10-27 | 2015-03-04 | 李博 | 一种银基电接触材料及其制备方法 |
| CN104726742A (zh) * | 2015-02-10 | 2015-06-24 | 上海中希合金有限公司 | 一种用于冲制直流微电机电刷片的复合带材的制备方法 |
| CN115896530A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-04-04 | 贵研中希（上海）新材料科技有限公司 | 一种高性能AgCuNi复合材料及制备方法 |
| CN117026004B (zh) * | 2023-08-31 | 2024-01-12 | 昆明理工大学 | 一种ZnO@In2O3增强银基复合材料及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1244446C (zh) * | 2003-06-06 | 2006-03-08 | 重庆川仪一厂 | 一种电接触复合材料 |
| CN102044347B (zh) * | 2011-01-26 | 2013-02-13 | 浙江乐银合金有限公司 | 银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的制备方法及其产品 |
-
2011
- 2011-11-21 CN CN201110371799.1A patent/CN102392153B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102392153A (zh) | 2012-03-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102392153B (zh) | 提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料 | |
| CN101246758B (zh) | 用于弱电流的滑动电接触材料 | |
| CN100464001C (zh) | 一种高强高导耐氧化的低银铜基合金及其制备 | |
| CN101217226B (zh) | 弱电滑动接点材料 | |
| JP6444379B2 (ja) | 銅合金、銅合金の使用、銅合金を有するベアリング、および、銅合金からなるベアリングを製造する方法 | |
| CN101695713B (zh) | Wc复合导辊及其制造方法 | |
| CN101345143A (zh) | 一种Cu/Ti3SiC2电接触材料及其制备工艺 | |
| CN106057526A (zh) | 一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头材料及其制造方法 | |
| CN101345142A (zh) | 一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材料及其制备工艺 | |
| CN101343700A (zh) | 一种Ag/Ti3SiC2电接触材料及其制备工艺 | |
| CN102496402B (zh) | 微电机换向器用滑动电接触材料和复合材料 | |
| CN105525130B (zh) | 一种铜铬电触头材料及其制备方法 | |
| CN101345141A (zh) | 一种Ti3SiC2三层复合结构的电触头材料及其制备工艺 | |
| CN105551839A (zh) | 一种镀铜石墨烯/铜基电触头材料及其制备方法 | |
| CN107076205A (zh) | 滑动轴承或其一部分，其制造方法以及CuCrZr合金作为滑动轴承材料的应用 | |
| CN101677170B (zh) | 一种滑动电接触材料和电接触金属复合材料 | |
| CN106067391A (zh) | 一种雾化法制备的层状银铜钎三复合电触头材料 | |
| CN106449190A (zh) | 一种层状银铜钎三复合电触头材料及其制备方法 | |
| CN102304640B (zh) | 一种银基稀土合金材料及其制备方法和应用 | |
| CN1033524C (zh) | 电触头材料银基合金 | |
| CN103014403A (zh) | 含氧化物的滑动电接触合金及其层状复合材料 | |
| CN108441671A (zh) | 一种五元铜基复合材料及制备工艺 | |
| CN101924311B (zh) | 含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料 | |
| JP4947850B2 (ja) | Ａｇ−酸化物系電気接点材料の製造方法 | |
| CN105648261A (zh) | 用于高压大电流的银基换向器材料及制备方法和用途 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |