CN102522137B

CN102522137B - 钯基合金电接触材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102522137B
Application number: CN2012100086319A
Authority: CN
Inventors: 谢明; 杨有才; 陈永泰; 刘满门; 张吉明; 陈松; 王塞北; 胡洁琼; 杨云峰; 崔浩; 王松
Original assignee: Kunming Institute of Precious Metals
Current assignee: Kunming Institute of Precious Metals
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: CN102522137A

Abstract

本发明涉及一种钯基合金滑动电接触材料及其制备方法，属于电接触材料。钯基合金的重量百分比化学成份为：1.0～30.0Ru，0.1～5.0Nb，0.1～5.0Zr，0.1～5.0Mo，0.1～5.0Ta，0.1～5.0Yb，0.1～5.0Sm，0.1～5.0Tb，余量为Pd。其制备方法为：将钯(Pd)、钌(Ru)、铌(Nb)、锆(Zr)、钼(Mo)、钽(Ta)、镱(Yb)、钐(Sm)、铽(Tb)等金属元素，按合金化学成分设计配方比例配好，在高频或中频熔炼炉中制备成PdRuNbZrMoTaYbSmTb九元合金，合金再通过挤压、轧制、拉拔、热处理等工艺加工，最终形状为带材、丝材、异型材等成品。该合金材料具有高熔点，高硬度，高耐磨，耐腐蚀，低接触电阻，高的抗熔焊能力和耐电弧烧蚀能力等特点，是性能优良的电接触材料，在机电、电子、电器等领域具有广泛应用前景。

Description

钯基合金电接触材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种稀贵金属钯基滑动接触电接触材料及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

由于机电、电器、电子等领域发展的需要，高熔点、高硬度、高耐磨、抗腐蚀、低接触电阻、抗熔焊性和耐电弧烧蚀能力强的滑动接触新型电接触材料已成为急需材料，要求钯合金电接触材料具有：（1）化学稳定性高；（2）耐磨损、耐腐蚀；（3）良好的制造加工性能；（4）低而稳定的滑动接触电阻；（5）优异的抗熔焊和耐电弧烧蚀能力；（6）通过加入多元稀有金属元素替代昂贵的贵金属元素，降低原材料成本，节约贵金属资源，实现贵金属材料的高效利用。

钯具有优良的抗腐蚀性，如耐氧化、耐硫化和耐盐水腐蚀等；在500℃～800℃的温度范围内都具有低而稳定的接触电阻，熔点高（1552℃），饱和蒸气压低，熔焊倾向小，耐磨损性好，是性能优良的滑动接触电接触材料。但是，纯钯较软，而且资源稀少价格昂贵，钯基合金是其强化的主要途径。

钯及其合金主要应用于电流在5A、使用为滚动和滑动条件的场合，使用条件苛刻，而银基、金基和其它钯基合金不能满足要求的电机、滑动开关和接触器中。在纯钯中通常添加银、铜、镍等合金元素得到钯合金滑动接触电接触材料。

钌的熔点为2250℃，具有良好的耐磨损、耐腐蚀能力，通常作为合金元素加入钯中，使合金的熔点提高，耐腐蚀能力增强，力学性能及抗电弧烧蚀能力提高。如Pd－Ru（5～10wt%）合金熔点高于1600℃、硬度高（Hv_0.2>300）、耐磨性好、抗氧化耐腐蚀能力强，在小电流领域具有稳定可靠的电接触性能，具有最小的滑动接触电阻和最低的噪声水平，在使用条件要求高的滑动开关、转动接触器中成为经典的电接触材料。

钯钌合金系在1560℃高温以上时为连续固溶体合金，在800℃以下时产生调幅分解。一般的合金牌号为：PdRu5、PdAg20、PdAg30、PdCu10、PdCu20等，合金具有高的熔点、硬度，高的耐腐蚀能力和低的接触电阻，是性能优良的滑动电接触材料，在微电机、电位器电刷，导电环等，以及航向仪、地平仪等精密电位器或导电环中获得广泛应用。它们在电器中执行着接通负载电流的任务，对电器、开关、接触器等能否正常运行起着决定性作用。特别是在机电、电子、电器等高技术领域，对钯基滑动电接触材料的要求最为苛刻，要求具有长寿命和高可靠性等。

但是，经过长期的使用发现，钯银合金电接触材料存在不足，如：（1）电器触头表面电弧侵蚀坑严重，呈现凸起或凹坑；（2）金属转移明显，使接点材料之间熔焊；（3）接触器件失效过早，影响整体部件的可靠性和电寿命等。目前，对钯银合金进行改进的方法有：（1）研制替代合金。如德国、日本研制的金基合金用于部分取代钯银合金，采用价格相对便宜的Zr、Ru等稀贵金属元素减少Pd、Ru贵金属的含量等；日本Tanaka公司、法国Metalor公司研究的Pd－Ir、Pd－Re、Pd－W、Pd－Ag等合金；俄罗斯研究的Pd－10Ru合金等。但是该类合金加工性能差，价格也较昂贵。

（2）研究多元系合金。国内自主研究开发了Pd－Ag－Cu、Pd－Ir－Ni、Pd－Ru－Zr、Pd－Ru－Mo等新材料，使Pd－Ru合金的综合性能有所改善。但是，效果不突出，价格也昂贵。

（3）以过渡族金属元素代替或部份替代贵金属元素。如已有铌、铬、锆、钨、镍等过渡族元素在钯中成功应用，以及铌、铁、钨、锆等过渡族元素添加到钌中的成功应用报道，但是不能实现全部替代Pd－Ru合金的目标。

因此，设计PdRuNbZrMoTaYbSmTb多元系铂合金组成，采用真空高频或中频熔炼炉制备合金，再通过挤压、轧制、拉拔、热处理等工艺加工，制备新型钯基合金，具有重要意义。

发明内容

本发明的新型钯基合金滑动电接触材料，其化学成份（重量％）为：1.0～30.0Ru，0.1～5.0Nb，0.1～5.0Zr，0.1～5.0Mo，0.1～5.0Ta，0.1～5.0Yb，0.1～5.0Sm，0.1～5.0Tb，余量为Pd。

钯合金的制备方法，依序包括下列工艺步骤：

（1）选择纯度>99.99％的合金原材料，根据合金化学成份设计配方要求，在真空中频或高频熔炼炉内合金化，真空度：>1×10^－3Pa；

（2）待熔体过热温度达到100℃～200℃后，进行真空浇注为板材或圆锭，板材尺寸分别为≠8～15mm×30～50mm，圆锭尺寸直径Ф为60mm～100mm，熔体的冷却速率为>1×10⁴K/s。

（3）最终制备得PdRuNbZrMoTaYbSmTb多元系稀贵金属钯合金材料

（4）合金锭坯重量为100g～2000g，氧含量<0.01％；

（5）合金通过挤压、轧制、拉拔、热处理等工艺制备出带材、丝材、异型材等形状的成品。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明。应该正确理解的是：本发明的实施例中的方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。

发明的新型钯基合金滑动电接触材料，其化学成份（重量％）为：1.0～30.0Ru，0.1～5.0Nb，0.1～5.0Zr，0.1～5.0Mo，0.1～5.0Ta，0.1～5.0Yb，0.1～5.0Sm，0.1～5.0Tb，余量为Pd。

钯合金的制备方法，依序包括下列工艺步骤：

（2）待熔体过热温度达到100℃～200℃后，进行真空浇注为板材或圆锭，尺寸分别厚度≠为8～15mm×30～50mm，圆锭尺寸为Ф60mm～Ф100mm，熔体的冷却速率为>1×10⁴K/s。

（3）最终制备得PdRuNbZrMoTaYbSmTb多元系稀贵金属钯合金材料

（4）合金锭坯重量为100g～2000g，氧含量<0.01％；

本发明的新型钯合金滑动电接触材料的具体实施列为：材料的熔点、密度、抗拉强度、延伸率、硬度及电阻率等，具体如表1所示。

表1. 钯合金的物理、力学和电学性能

Claims

1.钯基合金电接触材料，其特征在于其化学成份的重量百分比为：1.0～30.0Ru，0.1～5.0Nb，0.1～5.0Zr，0.1～5.0Mo，0.1～5.0Ta，0.1～5.0Yb，0.1～5.0Sm，0.1～5.0Tb，余量为Pd。

2.钯合金电接触材料的制备方法，其特征在于依序包括下列工艺步骤：

（1）选择纯度>99.99％的合金原材料，根据合金化学成份设计配方要求，其化学成份的重量百分比为：1.0～30.0Ru，0.1～5.0Nb，0.1～5.0Zr，0.1～5.0Mo，0.1～5.0Ta，0.1～5.0Yb，0.1～5.0Sm，0.1～5.0Tb，余量为Pd，配料，随后在真空中频或高频熔炼炉内合金化，真空度：>1×10^－3Pa；

（2）待熔体过热温度达到100℃～200℃后，进行真空浇注为板材或圆锭，板材尺寸厚度分别为8～15mm×30～50mm，圆锭尺寸直径Ф为60mm～100mm，熔体的冷却速率为>1×10⁴K/s，

（3）最终制备得PdRuNbZrMoTaYbSmTb多元系稀贵金属钯合金材料；

（4）合金通过挤压、轧制、拉拔、热处理工艺制备出带材、丝材或异型材形状的成品。

3.根据权利要求2所述的钯合金电接触材料的制备方法，其特征在于所述的

稀贵金属钯合金材料锭坯重量为100g～2000g，氧含量<0.01％。