CN102800513B - 一种电触头用银镍材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电触头用银镍材料的制备方法，其特征是纯度为99％以上的Ni粉作了表面超声化学包覆处理，用于包覆处理的元素为锌、铜、银、镧中的一种或几种，处理温度控制在60～100℃之间，包覆量为1～30％，Ni粉经包覆后与Ag粉、微量添加的金属氧化物进行混合，后续采用烧结-挤压工艺，同时把材料拉拔到成品，本发明的关键在于在Ni粉表面中包覆一层作为Ag与Ni之间接触桥梁的过渡元素，改善了Ag与Ni之间的结合界面，使得AgNi的接触不再是简单的机械接触，而是很好地溶合为一体，有助于材料的致密化，降低烧结温度，达到改善材料的加工性能，延长了材料的电寿命，能广泛用于低压电器中的开关、继电器、断路器等。

Description

一种电触头用银镍材料的制备方法

技术领域

本发明涉及电触头材料生产的技术领域，特别是一种改进的银镍材料AgNi的制备方法。

背景技术

随着现代工业的发展，银基电触头材料作为电器产品中的核心元件，承担着越来越重要的作用，应用的范围也随之不断扩展，应用的要求更是不断提高——要求材料在分断过程中不能发生熔焊，不能产生过高的温度，在接触过程要求低而稳定的电阻，还要求耐磨损等。为清楚表述，所涉及材料在下面说明中基本以分子式标示。由于AgCdO材料在高温下CdO能分解吸热、灭弧，电气使用寿命长，具有低而稳定的接触电阻，而且加工性能良好，被称为“万能触头”，活跃在各种小电流到大电流的开关、继电器、接触器等电触头器件中。但AgCdO材料有一个致命性缺点，就是在使用过程中容易产生Cd蒸气，人吸入后产生Cd中毒，影响身体机能，造成损害，而且影响环境，因此，在欧洲或日本等纷纷出台法律法规，禁止在家用电器中使用含Cd的触头材料。随着研究的深入进行，AgSnO₂材料被认为最有可能替代AgCdO的材料，在某些应用场合甚至更优于AgCdO材料，但在使用过程中，AgSnO₂材料也暴露出一些缺点，如加工性能不足，电阻率高，温升高等。

AgNi材料具有良好的加工性能，较低的电阻率与温升，加工周期短、成本低等优点，广泛应用于高精密、高灵敏的通信、电子、汽车等行业。AgNi材料的制备方法比较多，常用的方法有两种，一种为“混粉-烧结-挤压”法，这也是目前生产厂家普遍使用的方法，这种制备方法简易，加工周期短，但制备出来的材料电气使用性能不高，只能适用于一些中小电流的开关。另一种方法为化学共沉淀法，此种方法能制备出组织更加均匀，电气性能更高的AgNi材料，但使用这种化学方法不可避免地造成严重的环境污染，而且生产工艺繁琐，生产成本高，加工周期长等缺点。另外，由于AgNi材料实际上是假合金材料，Ag与Ni之间的界面为简单的机械接触，在生产Ni含量较高的AgNi材料时候往往不可避免地出现周期性裂纹，由于这些裂纹的存在延长了加工周期，降低了成材率。如何在不对环境造成威胁、不增加加工成本的基础上研发出电气性能与加工性能都良好的AgNi材料，成为目前研究的一个难点和热点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足之处，提出提出一种电触头用银镍材料的制备方法，该方法是在传统的“混粉-烧结-挤压”法的基础上，首先对Ni粉的表面进行超声包覆处理，改变传统混粉工艺中Ag与Ni之间为简单的机械接触的状况，此为本发明的关键点，然后再进行混粉等后续处理。使用该方法制备的材料具有综合性能优良，制备方法简单，成本低，加工周期短，环境污染小等特点，能够解决目前AgNi材料电气性能与加工性能差等问题。

本发明的目的是通过以下方案达到的：一种电触头用银镍材料的制备方法，材料的主要化学成份为Ag和Ni以及微量添加物，其中，Ni重量百分比为10％～40％，微量的添加物为氧化物，重量百分比为0.1～2％，余量为Ag，其特征在于：第一步，选用费氏粒度为1～15微米的化学纯度为99％以上的Ni粉作原料，并将Ni粉置于还原气气氛中进行还原处理；第二步，将还原后的Ni粉放置于锌盐、铜盐、银盐、镧盐的一种或几种的混合溶液中，利用化学反应使单质锌、单质铜、单质银或单质镧中的一种或几种包覆在Ni粉表面上；第三步，将收集到的经包覆的Ni粉末经清洗、烘干后，成为Ni基复合粉；第四步，将Ni基复合粉与Ag粉以及0.1～2％微量添加的金属氧化物进行混合、筛分、成型，制成电触头材料。进一步地，第二步包覆过程中使用的锌盐为硝酸锌溶液、铜盐为硝酸铜溶液、银盐为硝酸银溶液、镧盐为硝酸镧溶液，作为与还原后的Ni粉进行反应的原材料。第一步Ni粉置于还原气氛中进行还原处理，处理温度为300～500℃，处理时间为2～5小时。在Ni粉包覆过程中需要加入超声波搅拌系统，包覆温度控制在60～100℃之间，超声振动器的频率为10～50KHz，溶液温度控制在60～100℃之间，整个包覆过程控制在5～30分钟，采用超声波搅拌系统，可以确保粉末处于松散、不团聚状态，同时粉末要处于悬浮状态，确保包覆均匀。第三步Ni基混合粉末放在空气气氛中烘干，烘干温度低于80℃，烘干后进行退火扩散处理，退火过程中粉末应处于还原气氛或者堕性气氛中，退火温度为300～550度，退火时间为0.5～2小时。在第四步Ni基混合粉末与Ag粉混粉过程中加入微量添加的氧化物为氧化锡、氧化钨、氧化钼、氧化锌等氧化物中的一种或几种。粉末混合设备可使用三维混粉机、V型混粉机、犁铲型混粉机等适合粉末冶金用的混合设备，混合时间为0.5～10小时。

本发明的优点：本发明的关键在于在Ni粉表面中包覆一层作为Ag与Ni之间接触桥梁的过渡金属元素，改善了Ag与Ni之间的结合界面，使得AgNi的接触不再是简单的机械接触，而是通过过渡元素很好地溶合为一体，使其具有比常规方法生产的AgNi材料更优秀的性能：1)材料的电气性能得到提高。由于加入了微量元素，起到固溶强化的作用，材料更加耐磨损，同时在材料中加入氧化物，增加了材料的抗熔焊性能，从而使材料的电气性能得到明显的提高。2)由于AgNi很好地溶合为一体，粉末之间的结合界面得到了改善，所以材料在挤压过程与拉拔过程中不容易出现裂纹，从而提高材料的加工性能、成材率与加工效率。3)由于加入微量元素后有助于烧结，烧结温度可下降，致密化程度更高，性能更稳定，同时降低了能耗。4)此制备方法工艺简单，成本低，加工周期短，不构成环境污染或对环境的影响较小，适合大批量生产。

具体实施方式

实施例1：制备AgNi(10)材料

(1)称取费氏粒度为3～7微米的球形Ni粉2公斤，将其置于还原气气氛中进行还原处理，处理温度为350℃，处理时间为3.5小时。

(2)配制浓度为35％硝酸铜溶液。

(3)开启超声搅拌系统与恒温系统，将Ni粉缓慢加入适量的硝酸铜溶液中，超声振动器的频率为25kHz，溶液温度控制在80℃，整个包覆过程控制在15分钟。得到Ni粉表面包覆为10％铜元素的CuNi复合粉。

(4)将CuNi复合粉作烘干、扩散退火处理，烘干温度低于80℃，退火温度为400℃，用氨分解作保护气氛，保温1小时。

(5)Ag粉、CuNi复合粉、.氧化锌粉以比例为90∶9.5∶0.5混合，使用V型混粉机进行均匀混粉，混合时间8.5小时。

(6)将混合粉末经过200目筛分，装入直径为Φ80的钢模中，进行等静压成型。压强为250MPa，保压1分钟，制备出锭胚。

(7)将成型后的锭坯进行真空烧结，800度，保温3小时，真空度10^-3-10^-2Pa。

(8)后续挤压出Φ6的线材，线材经拉拔，完成线材加工，或再打制成电接触点产品。

实施例2：制备AaNi(15)材料

(1)称取费氏粒度为3～7微米的球形Ni粉2.5公斤，将其置于还原气气氛中进行还原处理，处理温度为450℃，处理时间为2小时。

(2)配制浓度为35％硝酸镧溶液。

(3)开启超声搅拌系统与恒温系统，将Ni粉缓慢加入适量的硝酸镧溶液中，超声振动器的频率为25kHz，溶液温度控制在90℃，整个包覆过程控制在10分钟。得到Ni粉表面包覆为5％镧元素的LaNi复合粉。

(4)将LaNi复合粉作烘干、扩散退火处理，烘干温度低于80℃，退火温度为450℃，用氨分解作保护气氛，保温2小时。

(5)Ag粉、LaNi复合粉、氧化锌粉以比例为90∶9.2∶0.8混合，使用V型混粉机进行均匀混粉，混合时间10小时。

(6)余下工艺与实施例1相同。

实施例3：制备AgNi(10)材料

(1)称取费氏粒度为3～7微米的球形Ni粉2.3公斤，将其置于还原气气氛中进行还原处理，处理温度为400℃，处理时间为2小时。

(2)配制浓度为35％硝酸铜、20％硝酸锌溶液。

(3)开启超声搅拌系统与恒温系统，将Ni粉缓慢加入适量的硝酸铜、硝酸锌溶液中，超声振动器的频率为25kHz，溶液温度控制在90℃，整个包覆过程控制在10分钟。得到Ni粉表面包覆为12％铜元素4％锌元素的CuZnNi复合粉。

(4)将CuZnNi复合粉作烘干、扩散退火处理，烘干温度低于80℃，退火温度为450℃，用氨分解作保护气氛，保温2小时。

(5)Ag粉、CuZnNi复合粉、氧化钼、氧化钨粉以比例为90∶9.6∶0.3∶0.1混合，使用V型混粉机进行均匀混粉，混合时间15小时。

(6)余下工艺与实施例1相同。

实施例4：制备AgNi(10)材料

(1)称取费氏粒度为3～7微米的球形Ni粉2.8公斤，将其置于还原气气氛中进行还原处理，处理温度为350℃，处理时间为3小时。

(2)配制浓度为30％硝酸铜、10％硝酸银溶液。

(3)开启超声搅拌系统与恒温系统，将Ni粉缓慢加入适量的硝酸铜、硝酸银溶液中，超声振动器的频率为25kHz，溶液温度控制在90℃，整个包覆过程控制在8分钟。得到Ni粉表面包覆为10％铜元素1％银元素的CuAgNi复合粉。

(4)将CuZnNi复合粉作烘干、扩散退火处理，烘干温度低于80℃，退火温度为400℃，用氨分解作保护气氛，保温2小时。

(5)Ag粉、CuAgNi复合粉、氧化钼、氧化锡粉以比例为90∶9.3∶0.2∶0.5混合，使用V型混粉机进行均匀混粉，混合时间15小时。

(6)余下工艺与实施例1相同。

当然，这里仅列举了一些较佳的实施方式，其它等同、类同的方法、工艺均应属于本专利的保护范畴，这里不再赘述。

Claims (6)

1.一种电触头用银镍材料的制备方法，材料的主要化学成份为Ag和Ni以及微量添加物，其中，Ni重量百分比为10%~40%，微量的添加物为氧化物，重量百分比为0.1~2%，余量为Ag，其特征在于：

第一步，选用费氏粒度为1~15微米的化学纯度为99%以上的Ni粉作原料，并将Ni粉置于还原气气氛中进行还原处理；

第二步，将还原后的Ni粉放置于锌盐、铜盐、银盐、镧盐的一种或几种的混合溶液中，利用化学反应使单质锌、单质铜、单质银或单质镧中的一种或几种包覆在Ni粉表面上；

第三步，将收集到的经包覆的Ni粉末经清洗、烘干后，成为Ni基复合粉；

第四步，将Ni基复合粉与Ag粉以及重量百分比为0.1~2%微量添加的金属氧化物进行混合、筛分、成型，制成电触头材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是第二步包覆过程中使用的锌盐为硝酸锌溶液、铜盐为硝酸铜溶液、银盐为硝酸银溶液、镧盐为硝酸镧溶液，作为与还原后的Ni粉进行反应的原材料。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是第一步Ni粉置于还原气氛中进行还原处理，处理温度为300~500℃，处理时间为2~5小时。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是在Ni粉包覆过程中需要加入超声波搅拌系统，包覆温度控制在60~100℃之间，超声振动器的频率为10~50KHz，溶液温度控制在60~100℃之间，整个包覆过程控制在5~30分钟。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是第三步Ni基混合粉末放在空气气氛中烘干，烘干温度低于80℃，烘干后进行退火扩散处理，退火过程中粉末应处于还原气氛或者惰性气氛中，退火温度为300~550度，退火时间为0.5~2小时。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是在第四步Ni基混合粉末与Ag粉混粉过程中加入微量添加的氧化物为氧化锡、氧化钨、氧化钼、氧化锌氧化物中的一种或几种。