CN1027822C - 银基合金电接触材料 - Google Patents

Abstract

本发明的银基合金电接触材料，其组成包括稀土元素Sm，Yb，Eu，Tm，Ho，Dy，Er中至少一种，Fe，Co，Ni，W，V，Cr，Zr，B，C，Si中至少一种元素，以及Sn，Al，Cu，Zn，Ga，Ge，In，Mn，Bi，Mg中至少一种元素。该合金还可添加La，Ce，Y，Gd，Pr，Nd，Lu中至少一种元素。该合金材料具有灭弧性、抗熔焊性、抗烧损，抗粘接性好的优点，接触电阻低而稳定，生产工艺简单，成本低，加工性能好，在微型继电器上使用电寿命可达10万次，在一定程度上可代替AgCdO使用。

Description

本发明属于银基合金电接触材料。

银基合金被广泛用作电接触材料。传统的银基电接触材料包括有：纯银、Ag-CdO、Ag-Ni、等等，而其中运用范围较宽的是Ag-CdO，近年来，为了适应新的技术要求，降低材料成本，消除镉的毒害，传统的银基电接触材料得到了改进，并发展了Ag-SnO₂系、Ag-Bi₂O₃系以及银-稀土金属氧化物系等新的银基电接触材料。日本《工业材料》（Vol，NO3.1979.P15）报道了Ag中添加Ce族（La、Ce、Pr、Lu）及Mg、Mn、Zn、Ti、Ni、Zr中至少一种金属元素进行内氧化制备的银-稀土金属氧化物电接触材料，其性能在某些条件下与AgCdO相当，特别适用于中小电流的继电器。为了提高小型整流器接点片Ag-Cd，Ag-Cu、Ag-Sn合金的耐磨性，特开昭58-107445公开了在Ag中添加Sn、W、Ce、Sb、Cd、Mo、Se、Zn、Ca、Mg以及Fe族元素制备的接点材料;特开昭58-107452公开了在Ag中添加Cu、Si、Zr、Bi、Ga以及Fe族元素的接点材料;特开昭61-130442公开了在Ag中添加C、B、Si、Ge、Te以及Fe族元素的接点材料;特开昭61-130444公开了在Ag中添加C、In、Sn以及Fe族元素的接点材料;特开昭61-130445公开了在Ag中添加C、Al、Ga、Mn以及Fe族元素的接点材料;特开昭61-130447公开了一种在Ag中添加C、Cr、Mg、Zr以及Fe族元素的接点材料。这些材料的耐磨性都有较大提高，但接触电阻都比较大。

随着继电器的微型化，接触力、断开力、接电间隙减小，要求电接触材料有低而稳定的接触电阻、温升小，有更好的灭弧性、抗熔焊性，耐电损耗，抗粘接，抗金属转移等。上述银基电接触材料用于微型继电器上都存在一定的问题。在220V，10A，接触力6g，通断频率30次分的微继电器上，性能较好的Ag-CdO的电寿命不到3万次，达不到10万次的电寿命设计要求。其他银基电接触材料不是因为接触电阻高，就是因为电寿命短而用不上。此外，上述电接触材料除少数合金外，都是粉末冶金或内氧化生产，工艺复杂，加工性能差，成本高，Ag-CdO还造成公害，而且Ag-CdO不易焊接。

本发明提出一种新的银基合金电接触材料。这种材料接触电阻低而稳定，灭弧性、抗熔焊性、抗粘接性、抗烧损性、耐磨性、抗电蚀性以及加工性能好。这种材料不仅能用于微型继电器上，而且在中小电流的交直流继电器上可部分代替Ag-CdO及其他一些银基电接触材料。

本发明提出的银基合金材料的组成（wt%）为：1、稀土元素Sm、Yb、Eu、Tm、Ho、Dy、Er中至少一种元素，含量为0.05～2，最佳为0.5～1.5;Fe、Co、Ni、W、V、Cr、Zr、B、C、Si中至少一种元素，含量为0.005～0.5，最佳为0.05～0.3，Sn、Al、Cu、Zn、Ga、Ge、In、Mn、Bi、Mg中至少一种元素，含量为0.1～5，最佳为0.3～2;余量为银。

2.在上述合金中，还可添加La、Ce、Y、Gd、Pr、Nd、Lu中至少一种元素，含量为0～1，最佳为0.1～0.5。

银由于具有金属中最高的导电性和导热性，极好的加工性能，所以银或银合金被广泛用作电接触材料。稀土元素Sm、Yb、Eu、Tm、Ho、Dy、Er以及La、Ce、Y、Gd、Pr、Nd、Lu能够强有力细化银的晶粒组织和提高银再结晶温度，同时它 们的蒸气压都较高，易挥发，尤其是Sm、Yb、Eu、Tm等的蒸气压比其他稀土元素更高，更容易挥发，在接点起弧时，蒸发出来的大量稀土元素的蒸气可以迅速灭弧，降低温升，从而大大提高接点的灭弧性能和抗电蚀性能。电弧的迅速熄灭使熔化的银很快凝固，避免了熔焊。本发明的银基合金不进行内氧化处理，从而避免了稀土元素以氧化物形式存在于银中，而由于稀土氧化物熔点很高，蒸气压低，在燃弧过程中起不到灭弧作用而有可能使电弧重燃的问题。但稀土元素少于0.05wt%时作用不大，大于2，wt%时难于加工。Fe、Co、Ni、W、V、Cr、Zr、Si及B、C的加入有利于进一步细化晶粒，提高微观硬度，提高合金耐磨性，抗粘接性，抗熔焊性，加入量少于0.005wt%时作用不大，而大于0.5wt%时，要用粉末冶金方法加工，而且合金的接触电阻会增高。选择的Sn、Al、Cu、Zn、Ga、Ge、In、Mn、Bi、Mg元素是一些低熔点的金属，它们能与Ag形成合金，又能与Fe、Co、Ni、W、V、Cr、Zr、Si及B、C形成熔点较低的中间合金，可以均匀地把不能与Ag互溶的金属和非金属（Fe、Co、Ni、W、V、Cr、Zr、Si及B和C）添加到银中，改善材料的性能，另一方面，它们还具有一定的抗硫化性，可以降低材料的接触电阻和使其稳定，但加入量少于0.1wt%时作用不大，而大于5wt%时，又会使接触电阻升高。

本发明的合金具有以下的优点：

1、灭弧性、抗熔焊性、抗损耗、抗粘接性以及抗金属转移性好，接触电阻低而且稳定，温升小，在微型继电器（220V，10A，接触力6g、通断频率30次/分）上通过全性能试验，达到电寿命为10万次的设计要求。

2、生产工艺简单，成本低，本发明的合金按常规熔炼方法，加工方法制成丝材或片材，不进行内氧化处理，加工过程中能耗低，劳动量小，故生产成本低，生产技术工艺具有明显经济效益。

3、加工性能好，冷变形量可达95%以上，本发明的合金制成的片材、丝材很容易成型为各种形状的接点，该合金还可以与其他贱金属的合金形成各种复合接点。此外，本发明的合金焊接性能好，且无毒害。

4、本发明的合金可代替目前在电流10A以下大量使用的纯银、细晶银等，减小触点尺寸，延长寿命，使继电器小型化、高可靠，长寿命，有效节约白银和降低继电器的成本。还可在20A以下的某些场合代替AgCdO和其他一些加工性能较差的银基接点材料，降低Cd的公害和降低材料成本。该发明的合金很容易与铜及铜合金形成复合接点材料，因此在某些场合可用它代替一些难加工的银基接点材料，是节约白银的又一有效途径。

实施例：

1、Sm0.8wt.%，Cu1.14wt%，Ni0.3wt%，B0.06wt%，余量为银。合金于中频炉中真空充氩熔炼，浇铸于石墨炉中，常规方法加工成各种规格形状的触点材料。

2、Sm0.8wt.%，Tm0.3wt%，Al0.35wt%，W0.15wt%，余量为银，加工方法同实施例1。

3、Sm0.5wt%，Y0.3wt%，Si0.15wt%，In0.35wt%，余量为银，加工方法同上。

4、Yb0.5wt%，Si0.15wt%，Ge0.35wt%，余量为银。

5、Sm0.8wt.%，Ga0.3wt.%，V0.2wt.%，B0.02wt.%，Ni0.19wt.%，余量为银。

实施例4、5的合金加工方法同1。

以上实施例的合金材料的性能列于表1中。

表1银基合金电接触材料的性能

硬度Hv    强度    接触电阻    电阻率

MPa    MPa    mΩ    μΩ-cm

实施例    硬态    退火态    退火态    硬态    退火态

1    1200    520    24.5    1.88    1.79

2    1200    510    19.5    1.96    3.6

3    1170    520    24.5    1.92    2.54

4    1070    460    22.5    1.73    2.25

5    1050    510    210    1.77    1.86

注：接触电阻的测试条件为：与金配对，测量电流10mA、接触压力10g，用四探针法测。

Claims (3)

1、一种银基合金电接触材料，其特征在于这种合金材料的成分(重量%)为：

(1)稀土元素Sm，Yb，Eu，Tm，Ho，Dy，Er中至少一种元素，含量为0.05～2，

(2)Fe，Co，Ni，W，V，Cr，Zr，Si，B，C中至少一种元素，含量为0.005～0.5，

(3)Sn，Al，Cu，Zn，Ga，Ge，In，Mn，Bi，Mg中至少一种元素，含量为0.1～5，

(4)余量为银。

2、按照权利要求1所说的合金材料，其特征在于（1）组元素含量最佳范围为0.5～1.5（重量）%，（2）组元素最佳范围0.05～0.3（重量）%，（3）组元素含量最佳为0.3～2（重量）%。

3、按照权利要求1、2所说的合金材料，其特征在于合金中还可添加La，Ce，Y，Gd，Pr，Nd，Lu中至少一种元素，添加范围为0～1（重量）%，最佳范围为0.1～0.5（重量）%。