CN102443829B - 一种Ag-Ni电触头的表面镀层及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Ag-Ni电触头的表面镀层，在Ag-Ni电触头基体表面依次镀有纳米SiC/Ni复合镀层和Au镀层，所述纳米SiC/Ni复合镀层作为Ag-Ni电触头基体表面与Au镀层之间的中间过渡层，其中，所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为1.5～2.2μm，Au镀层厚度为0.8～1.5μm。通过引入纳米SiC/Ni复合镀层作为中间过渡层，可以显著提高镀金层硬度，增加镀层与基体的结合力，减少镀层内应力，而又不影响其导电性。同时Ni复合镀层的制备可以减薄镀金层厚度，且有效地防止基体元素透过Au镀层在表面富集，而造成镀层失去作用和意义。

Description

一种Ag-Ni电触头的表面镀层及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种电触头材料的表面镀层及其制备工艺，尤其涉及一种Ag-Ni电触头的表面镀层及其制备工艺。
背景技术
电触头材料是开关电器中通过机械动作对电路进行接触、分断和连接载流的元件。电触头在开闭过程中产生的现象极为复杂，一般要求其具有高电导率、高导热率、良好的耐磨性、耐蚀性、低而稳定的接触电阻等特性。
早期的电触头材料多采用纯银，但由于纯银熔点低、硬度低、耐磨性差，表面易行成硫化膜，为弥补纯银的不足，在银中添加了少量其他元素如Cu、Cd、C、Ni、V等来提高其力学性能和耐蚀性，同时材料仍能保持较高的电导率。目前已形成产业化和实际应用的触头材料可分为4个系列：Ag-Ni系列、Ag-C系列、Ag-WC系列、Ag-MeO系列。
Ag-Ni系触头材料具有良好的导电、导热性，低而稳定的接触电阻，电弧侵蚀小而均匀；Ag-C系触头材料特点是导电性能和抗熔焊性好，接触电阻低，即使在短路电流下也不会熔焊；Ag-WC系触头材料具有良好的抗电弧侵蚀和抗熔焊性；Ag-MO系材料于上世纪二三十年代问世，但其制作工艺复杂直到70年代后才得到很大发展，目前已成为低压电器广泛使用的一类触头材料。
虽然银具有很多优良的特性，但银极易发生腐蚀变色，从而造成触头材料电阻增加，使银的电气性能和可焊性下降，增加耗电量，造成设备的稳定性、可靠性下降。为减小接触电阻，防止腐蚀，增加器件的耐磨性和延长使用寿命，电触头材料通常经过表面处理，电镀一层或多层金属，其中最广泛的镀层是Au，这是因为金具有优良的导电性，且化学性能稳定，耐氧化，耐腐蚀。
银与金都具有优良的导电性能，接触电阻较小。但银与金的硬度都不高，耐磨性也较差。若使用固体微粒与金共沉积形成复合镀层，则可显著提高抗电蚀性及耐磨性。但固体微粒的加入会降低金镀层表面的光洁度，造成触头材料导电性有所下降，同时固体微粒多采用纳米级，在添加至镀液中时分散剂会受镀液的影响，在不同的镀金液中，分散剂对纳米微粒的分散能力不同，从而造成金复合镀层性能的差异。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种Ag-Ni电触头的表面镀层。其目的在于对电触头材料的传统制备方法进行改进，在保证电接触性能的前提下，提高表面硬度，延长工件使用寿命。Ni-SiC(镍-碳化硅)复合镀层因其优良的耐磨性和耐蚀性，同时还有很好的抗高温氧化能力，在日常生活和工业中有着广泛的应用。复合镀层的存在，不仅可以减薄镀金层厚度，同时可以显著提高镀金层硬度，改善其与基体的结合力，有效防止金镀层沿着基体的界面剥离。
为了解决上述技术问题，本发明Ag-Ni电触头的表面镀层予以实现的技术方案是：该镀层包括在Ag-Ni电触头基体表面依次镀有纳米SiC/Ni复合镀层和Au镀层，所述纳米SiC/Ni复合镀层作为Ag-Ni电触头基体表面与Au镀层之间的中间过渡层，其中，所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为1.5～2.2μm，Au镀层厚度为0.8～1.5μm。
其中，对于镀层的优选厚度有以下情形之一：
所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为1.8μm，Au镀层厚度为0.9μm；
所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为2.0μm，Au镀层厚度为0.8μm；
所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为2.3μm，Au镀层厚度为0.8μm；
所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为2.6μm，Au镀层厚度为1.1μm。
本发明一种Ag-Ni电触头基体材料表面镀层的制备方法，由以下步骤构成，
步骤一：首先对Ag-Ni电触头基体进行表面清洗、活化处理；
步骤二：制备纳米SiC/Ni复合镀液，对纳米SiC颗粒进行表面处理后配置纳米SiC/Ni复合镀液，其中，基础镀液选用瓦特型镀镍溶液，SiC浓度为6～9g/L；
步骤三：将Ag-Ni电触头基体镀件带电置于上述纳米SiC/Ni复合镀液中进行电镀，Ag-Ni电触头基体镀制上一层均匀的纳米SiC/Ni复合镀层，其纳米SiC/Ni复合镀层厚度为1.5～2.2μm；然后快速放入镀金液中通电，在纳米SiC/Ni复合镀层上镀制一层均匀的Au镀层，Au镀层厚度为0.8～1.5μm；从而Ag-Ni电触头基体得到纳米SiC/Ni和Au双镀层。
进一步讲，本发明中的纳米SiC/Ni复合镀层中的纳米SiC颗粒粒径为70～100nm。
进一步讲，本发明对纳米SiC颗粒进行表面处理包括将纳米SiC颗粒放入稀NaOH溶液中煮沸10～30min；然后放入体积比为1∶1的盐酸水溶液中进行超声浸泡，超声功率为300～500W，浸泡时间为10～20min；最后用去离子水清洗至中，放入真空干燥箱烘干备用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由于基体与金镀层结构与性能的差异，往往不能很好的匹配，直接在基体上电镀金，很难制备出高硬度、结合牢固的镀层。通过引入合适的中间过渡层，可以提高镀层的结合强度，减少镀层内应力。另外，基体与Au镀层间制备的纳米SiC/Ni复合镀层中的纳米SiC粒子可以强化Ni镀层进而来达到强化金镀层的目的，最终改善整个电触头材料的力学性能，而又不影响其导电性。同时Ni复合镀层的制备可以减薄镀金层厚度，且有效地防止基体元素透过Au镀层在表面富集，而造成镀层失去作用和意义。
附图说明
图1是本发明电触头材料的表面镀层结构示意图；
图2是纳米SiC/Ni+Au双镀层截面的形貌图；
图3是纳米SiC/Ni+Au双镀层截面能谱图。
图中：1-Au镀层，2-纳米SiC/Ni复合镀层，3-Ag-Ni电触头基体。
具体实施方式
以下通过实施例讲述本发明的详细过程，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。
如图1所示，本发明Ag-Ni电触头的表面镀层包括在Ag-Ni电触头基体3的表面依次镀有纳米SiC/Ni复合镀层2和Au镀层1，所述纳米SiC/Ni复合镀层2作为Ag-Ni电触头基体表面与Au镀层1之间的中间过渡层，其中，所述纳米SiC/Ni复合镀层2的厚度为1.5～2.2μm，Au镀层1的厚度为0.8～1.5μm。图2示出了本发明Ag-Ni电触头表面镀层形成的纳米SiC/Ni+Au双镀层截面的形貌；图3示出了该纳米SiC/Ni+Au双镀层截面能谱。
实施例1：
复合电镀采用稳压直流电源，电镀过程中采用恒温磁力搅拌，使固体微粒均匀、充分悬浮在镀液中；阳极选用规格为1cm×1cm的铂片，阳极与工件间距离维持在4-5cm，保证两者间形成稳定的镀液层和保持较为稳定的电流密度及电压。
制备纳米SiC/Ni复合镀液，对纳米SiC颗粒进行表面处理后配置纳米SiC/Ni复合镀液，其中，基础镀液选用瓦特型镀镍溶液，SiC浓度为6～9g/L；对纳米SiC颗粒进行表面处理包括将纳米SiC颗粒放入稀NaOH溶液中煮沸10～30min；然后放入体积比为1∶1的盐酸水溶液中进行超声浸泡，超声功率为300～500W，浸泡时间为10～20min；最后用去离子水清洗至中，放入真空干燥箱烘干备用。
首先将清洗活化后的Ag-Ni基体作为阴极带电置于纳米SiC/Ni复合电镀液中，SiC/Ni复合镀液温度50℃，搅拌速度200rpm，电流密度40Am/cm2，其纳米SiC浓度6g/L，电镀时间10min，Ag-Ni电触头基体镀制上一层均匀的纳米SiC/Ni复合镀层，
然后将所得镀件快速地置于镀金液中通电，镀液温度40℃，搅拌速度100rpm，电流密度30mA/cm2，电镀时间15min，在纳米SiC/Ni复合镀层上镀制一层均匀的Au镀层，从而Ag-Ni电触头基体得到纳米SiC/Ni和Au双镀层，最后将电镀完毕的镀件超声清洗，除去浮在镀层上的粒子。
经过显微硬度计和四探针测试仪对电触头基体上只制备了单层纯金镀层作为对比例与上述实施例1得到的本发明SiC/Ni+Au双镀层进行显微硬度和电阻率测试，硬度测试加载载荷10g，加载时间5s，其测试结果见下表，纳米SiC/Ni+Au双镀层的硬度为Hv200，单层纯金镀层硬度为HV150；单一纯金镀层试样电阻率为2.8μΩ·cm，实施例1得到的试样电阻率为3.0μΩ·cm。经扫描电镜观察，实施例1制备得到的Ag-Ni电触头的表面镀层，其中，所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为1.8μm，Au镀层厚度为0.9μm。
实施例2：
首先将清洗活化后的Ag-Ni基体作为阴极带电置于纳米SiC/Ni复合电镀液中，镀液温度50℃，搅拌速度200rpm，电流密度50Am/cm2，纳米SiC浓度7g/L，电镀时间10min；然后将所得镀件置于镀金液中，镀液温度40℃，搅拌速度100rpm，电流密度25mA/cm2，电镀时间20min。最后将电镀完毕的镀件超声清洗，出去浮在镀层上的粒子。
经过显微硬度计和四探针测试仪对单层纯金镀层和上述实施例2得到的本发明SiC/Ni+Au双镀层进行显微硬度和电阻率测试，硬度测试加载载荷10g，加载时间5s，其测试结果见下表，纳米SiC/Ni+Au双镀层的硬度为Hv220，单层纯金镀层硬度为HV150；单一纯金镀层试样电阻率为2.8μΩ·cm，实施例2得到的试样电阻率为3.1μΩ·cm。经扫描电镜观察，实施例2制备得到的Ag-Ni电触头的表面镀层，其中，所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为2.0μm，Au镀层厚度为0.8μm。
实施例3：
首先将清洗活化后的Ag-Ni基体作为阴极带电置于纳米SiC/Ni复合电镀液中，镀液温度50℃，搅拌速度200rpm，电流密度60Am/cm2，纳米SiC浓度8g/L，电镀时间10min；然后将所得镀件置于镀金液中，镀液温度40℃，搅拌速度100rpm，电流密度20mA/cm2，电镀时间20min。最后将电镀完毕的镀件超声清洗，出去浮在镀层上的粒子。
经过显微硬度计和四探针测试仪对单层纯金镀层和上述实施例3得到的本发明SiC/Ni+Au双镀层进行显微硬度和电阻率测试，硬度测试加载载荷10g，加载时间5s，其测试结果见下表，纳米SiC/Ni+Au双镀层的硬度为Hv250，单层纯金镀层硬度为HV150；单一纯金镀层试样电阻率为2.8μΩ·cm，实施例1得到的试样电阻率为3.3μΩ·cm。经扫描电镜观察，实施例3制备得到的Ag-Ni电触头的表面镀层，其中，所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为2.3μm，Au镀层厚度为0.8μm。
实施例4：
首先将清洗活化后的Ag-Ni(银镍)基体作为阴极带电置于SiC/Ni复合电镀液中，镀液温度50℃，搅拌速度200rpm，电流密度70Am/cm2，SiC浓度9g/L，电镀时间10min；然后将所得镀件置于镀金液中，镀液温度40℃，搅拌速度100rpm，电流密度25mA/cm2，电镀时间15min。最后将电镀完毕的镀件超声清洗，出去浮在镀层上的粒子。
经过显微硬度计和四探针测试仪对单层纯金镀层和上述实施例4得到的本发明SiC/Ni+Au双镀层进行显微硬度和电阻率测试，硬度测试加载载荷10g，加载时间5s，其测试结果见下表，纳米SiC/Ni+Au双镀层的硬度为Hv280，单层纯金镀层硬度为HV150；单一纯金镀层试样电阻率为2.8μΩ·cm，实施例4得到的试样电阻率为3.4μΩ·cm。经扫描电镜观察，实施例4制备得到的Ag-Ni电触头的表面镀层，其中，所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为2.6μm，Au镀层厚度为1.1μm。
上述多个实施例说明在Ag-Ni电触头基体表面与Au镀层之间加入纳米SiC/Ni复合镀层作为两者之间的中间过渡层可以提高体系的承载能力，而对最终触头的电阻率影响不大。
实施例及对比例的显微硬度和电阻率测试数据
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种Ag-Ni电触头的表面镀层，其特征在于，在Ag-Ni电触头基体表面依次镀有纳米SiC/Ni复合镀层和Au镀层，所述纳米SiC/Ni复合镀层作为Ag-Ni电触头基体表面与Au镀层之间的中间过渡层，其中，所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为1.5～2.2μm，Au镀层厚度为0.8～1.5μm。
2.根据权利要求1所述的Ag-Ni电触头的表面镀层，其中，所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为1.8μm，Au镀层厚度为0.9μm。
3.根据权利要求1所述的Ag-Ni电触头的表面镀层，其中，所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为2.0μm，Au镀层厚度为0.8μm。
4.一种Ag-Ni电触头的表面镀层，其特征在于，在Ag-Ni电触头基体表面依次镀有纳米SiC/Ni复合镀层和Au镀层，所述纳米SiC/Ni复合镀层作为Ag-Ni电触头基体表面与Au镀层之间的中间过渡层，其中，所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为2.3μm，Au镀层厚度为0.8μm。
5.一种Ag-Ni电触头的表面镀层，其特征在于，在Ag-Ni电触头基体表面依次镀有纳米SiC/Ni复合镀层和Au镀层，所述纳米SiC/Ni复合镀层作为Ag-Ni电触头基体表面与Au镀层之间的中间过渡层，其中，所述纳米SiC/Ni复合镀层厚度为2.6μm，Au镀层厚度为1.1μm。
6.一种Ag-Ni电触头基体材料表面镀层的制备方法，其特征在于，由以下步骤构成，
步骤一：首先对Ag-Ni电触头基体进行表面清洗、活化处理；
步骤二：制备纳米SiC/Ni复合镀液，对纳米SiC颗粒进行表面处理后配置纳米SiC/Ni复合镀液，其中，基础镀液选用瓦特型镀镍溶液，SiC浓度为6～9g/L；
步骤三：将Ag-Ni电触头基体镀件带电置于上述纳米SiC/Ni复合镀液中进行电镀，Ag-Ni电触头基体镀制上一层均匀的纳米SiC/Ni复合镀层，其纳米SiC/Ni复合镀层厚度为1.5～2.2μm；然后快速放入镀金液中通电，在纳米SiC/Ni复合镀层上镀制一层均匀的Au镀层，Au镀层厚度为0.8～1.5μm；从而Ag-Ni电触头基体得到纳米SiC/Ni和Au双镀层。
7.根据权利要求6所述的Ag-Ni电触头基体材料表面镀层的制备方法，其特征在于，纳米SiC颗粒粒径为70～100nm。
8.根据权利要求6所述的Ag-Ni电触头基体材料表面镀层的制备方法，其特征在于，
对纳米SiC颗粒进行表面处理包括将纳米SiC颗粒放入稀NaOH溶液中煮沸10～30min；然后放入体积比为1:1的盐酸水溶液中进行超声浸泡，超声功率为300～500W，浸泡时间为10～20min；最后用去离子水清洗至中，放入真空干燥箱烘干备用。
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Granted publication date: 20140716

Termination date: 20211208

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