CN102509663A - 一种触头电火花烧结的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在铜型材上直接进行触头电火花烧结的加工工艺，首先选择适当颗粒度的原料粉末按成品组份比例进行混合；对混合后的粉体进行烧结团化制粒、破碎；再初压成一定孔隙率的单层电触头材料；将初压坯置于铜型材上进行加压及电火花放电烧结。本发明有效解决了常规焊接工艺中因触头中非银组份与焊料润湿性差而导致的气孔、裂纹及夹杂等焊接缺陷，同时节约常规焊接工艺电触头所需的纯银助焊层和银钎料的使用，降低产品的材料成本。采用该工艺制备的触头元件具有更高导电性及低温升特性，适合应用在各种不同电器产品的触头及触头元件的加工工艺。

Description

一种触头电火花烧结的工艺
技术领域：
本发明涉及一种制造用于电器产品的触头及触头元件的加工工艺，尤其是一种触头电火花烧结的加工工艺。
背景技术：
电触头是电器开关的核心元件，通常采用焊接方式实现电触头与接触板、触桥的有效连接。焊接质量的好坏对电器操作的可靠性、电器的温升、触头的通断能力、电弧烧损及使用寿命有着非常重要的直接关系。
目前制作电触头元件是先通过混合-成形-烧结-致密化过程，制成单片的触头。然后采用电阻焊、感应钎焊、火焰焊等工艺将单片触头与铜件焊接在一起。通常，在被焊的两金属中间添加适当的焊料、焊剂，然后当电极和被焊金属之间通电后，电流所产生的电阻热使焊料熔化，依靠液态焊料和固态被焊金属相互扩散而形成金属熔合。因此接头的强度主要取决于焊料是否能与被焊金属相互扩散从而形成牢固的金属熔合。电触头中非银组份材料（如石墨、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、难熔金属等）从本质上很难被一般焊料所润湿。大多数的焊料在电触头的非银材料上往往只结成球珠，很少或根本不产生润湿，大部系机械的或化学的结合，热应力下的强度达不到要求，导电导热性差，通常必须在电触头的焊接面增加一层纯银的焊接层，以改善触点焊接面与焊料的润湿性。上述因素造成了电触头材料焊接的两大问题：一是不易焊接；二是焊接后触头强度降低。
发明内容：
本发明要解决的问题是改善背景技术中电触头材料不易焊接及焊接后触头强度降低的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种触头电火花烧结的工艺，其特征在于制作步骤依次如下：
（1）将原料粉末按成品组份比例进行混合；
（2）将混合后的粉末进行烧结团化制粒、破碎；
（3）初压成一定孔隙率的单层电触头压坯；
（4）将压坯置于铜型材上利用中频电流进行电火花放电烧结,同时在电极施加的压力下,使得压坯完成致密化。
所述的步骤（2）中烧结团化制粒温度为600℃-1200℃，时间为1h-3h。
所述的步骤（2）中的破碎为将团结的粉块破碎成0μm-200μm的粉体。
所述的步骤（3）中的压坯的孔隙率为70%-85%。
所述的步骤（3）中的压坯不含焊接银层。
所述的步骤（4）中的铜型材经过预处理，所述预处理工艺依次为去油、酸洗、机械抛光、清洗、烘干处理。
所述的步骤（4）中的电火花加工工艺中，采用的电极为铜或铬铜或铬锆铜或钨或钨铜或钼或钼铜材料，在电极施加的压力为50kg-500kg，加压时间为0.5s-2s，电流为5000A-20000A，通电时间为0.5s-3s。 
所述的步骤（4）中的电火花加工工艺中，所述中频电流的频率为1000Hz-5000Hz，电源功率为55KW-400KW。
本发明提供的一种粉末压坯在铜型材上直接进行电火花烧结的工艺。通过一对电极板和上模冲、铜型材向模腔内的粉末坯料导入中频电流。电流通过粉末压坯时，在粉末颗粒之间产生了电火花，靠火花放电产生的局部高温形成颗粒之间的烧结颈，达到粉末颗粒间的冶金结合。同时通过上模冲、铜型材给压坯施加机械压力，在火花放电、焦耳热和机械压力的共同作用下，压坯的致密化过程瞬间完成，同时，在压坯与铜型材之间可以直接形成冶金结合，结合面平整、无间隙，结合强度高，避免了常规电触头焊接时由于非银组份与焊料润湿性差而导致的气孔、裂纹及夹杂等焊接缺陷。
本发明所采用的电火花烧结直接进行电触头及其元件的制备，在电火花、焦耳热和机械力的共同作用下，完成触头的烧结与致密化过程，该过程是在铜材确定的位置上进行的。这样触头也被牢固地烧结到铜材的指定位置上，实现触头与其支撑体铜材的可靠连接。本发明具有操作简便，电触头与铜型材结合强度高等优点，有效解决了常规焊接工艺中因非银组份与焊料润湿性差而导致的气孔、裂纹及夹杂等焊接缺陷。采用该工艺制备的触头元件可以将以前存在的触头-焊接层、焊接层-焊料、焊料-铜材等三个界面简化为触头-铜材一个界面，故具有更好的抗热应力强度、导电及导热特性，适合应用在各种不同的有触头开关电器产品上。本发明将触头的烧结、致密化、焊接等工序有机的融合在一起，同步完成。
附图说明
图1是本发明的一种加工工艺流程图。
具体实施方式：
   本发明的工艺流程如附图1所示。
实施例一
首先将平均粒度5μm银粉与平均粒度4μm石墨粉按97：3 比例混合；对混合粉在680℃，1.5h进行烧结团化制粒，然后将团结的粉块破碎成0~200μm的粉体；初压成孔隙率为77%的单层银石墨材料；铜型材经过去油-酸洗-机械抛光-清洗-烘干处理后，利用中频电流的电源功率为220KW，频率为1000 Hz的中频电源进行电火花烧结，具体工艺为采用铜电极，压力100kg，加压时间1.2s，电流12000A。AgC3电触头完成烧结与致密化，并且牢固地被烧结到铜材上。
实施例二
首先将平均粒度9μm银粉与平均粒度2μm钨粉按50：50 比例混合；对混合粉在900℃，2.5h进行烧结团化制粒，然后将团结的粉块破碎成0~200μm的粉体；初压成孔隙率为80%的单层银钨材料；铜型材经过去油-酸洗-机械抛光-清洗-烘干处理后，利用中频电流的电源功率为350KW，频率为1000 Hz的中频电源进行电火花烧结，具体工艺为采用铬锆铜电极，压力450kg，加压时间1.5S，电流16000A。AgW50电触头完成烧结与致密化，并且牢固地被烧结到铜材上。
实施例三
首先将平均粒度8μm银粉、3μmWC粉及2μm石墨粉按85：12：3 比例混合；对混合粉在810℃，2h进行烧结团化制粒，然后将团结的粉块破碎成0~200μm的粉体；初压成孔隙率为72%的单层银碳化钨石墨材料；铜型材经过去油-酸洗-机械抛光-清洗-烘干处理后，利用中频电流的电源功率为220KW，频率为1000 Hz的中频电源进行电火花烧结，具体工艺为采用钨铜电极，压力200kg，加压时间1.5s，电流13000A。AgWC12C3电触头完成烧结与致密化，并且牢固地被烧结到铜材上。
   上述三种实施例的电火花烧结的电触头材料与常规烧结工艺电触头材料主要性能指标对比如下表：
Figure 2011103310701100002DEST_PATH_IMAGE001
由以上数据得出本发明工艺制作的材料相对常规工艺制作的材料具有密度更高、硬度及界面抗剪力更强、且电阻率更小等优点。另外本发明所采用的电火花烧结直接在电触头及其元件上进行，在电火花、焦耳热和机械力的共同作用下，完成触头的烧结与致密化过程，该过程是在铜材确定的位置上进行的，将以前存在的触头-焊接层、焊接层-焊料、焊料-铜材等三个界面简化为触头-铜材一个界面，故具有更好的抗热应力强度、导电及导热特性，焊接强度更好。
本发明不限于以上实施例。

Claims (8)

1.一种触头电火花烧结的工艺，其特征在于制作步骤依次如下：
（1）将原料粉末按成品组份比例进行混合；
（2）将混合后的粉末进行烧结团化制粒，再破碎；
（3）初压成一定孔隙率的单层电触头压坯；
（4）将压坯置于铜型材上利用中频电流进行电火花放电烧结,同时在电极施加的压力下,使得压坯完成致密化。
2.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：所述的步骤（2）中烧结团化制粒温度为600℃-1200℃，时间为1h-3h。
3.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：所述的步骤（2）中的破碎为将团结的粉块破碎成0μm-200μm的粉体。
4.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：所述的步骤（3）中的压坯的孔隙率为70%-85%。
5.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：所述的步骤（3）中的压坯不含焊接银层。
6.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：所述的步骤（4）中的铜型材经过预处理，所述预处理工艺依次为去油、酸洗、机械抛光、清洗、烘干处理。
7.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：所述的步骤（4）中的电火花加工工艺中，采用的电极为铜或铬铜或铬锆铜或钨或钨铜或钼或钼铜材料，在电极施加的压力为50kg-500kg，加压时间为0.5s-2s，电流为5000A-20000A，通电时间为0.5s-3s。
8.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：所述的步骤（4）中的电火花加工工艺中，所述中频电流的频率为1000Hz-5000 Hz，电源功率为55KW-400KW。
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