CN102864325A - 多元稀土银电接点及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多元稀土银电接点及其制备方法，它由银、铋、镧、铈、镍组成，并且各组份的重量百分比含量为银96％～99.6％，铋0.05％～0.5％，镧0.1％～1.0％，铈0.2％～2.0％，镍0.05％～0.5％。该多元稀土银电接点的制备方法包括：1）制备银铋、银镧、银铈、银镍中间合金；2）银与中间合金在空气或真空状态下熔炼制备合金锭；3）合金锭均匀化处理，表面加工、挤压、拉丝、制成铆钉的步骤。本发明的多元稀土银电接点的导电导热性高，接触电阻低而稳定，比纯银、细晶银、银铜合金的抗熔焊性优越，耐电弧烧损且烧损均匀，尤其是在直流条件下的材料转移少，可广泛应用于继电器、小型接触器等。

Description

多元稀土银电接点及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及贵金属合金材料及制备技术领域，具体涉及一种多元稀土银电接点材料及其制备方法和用途。

背景技术

电接点是电器开关、仪器仪表等的关键元件，在小功率继电器及接触器辅助触头中大量使用的是纯银、细晶银等，其具有导电导热率高，接触电阻低等优点，但其抗电弧烧损能力较差，抗熔焊性差，直流条件下材料转移大等缺点也缩短其电寿命，影响了它的使用范围。因此有选择性地在纯银中添加一些合金元素尤其是稀土元素，以此来进一步强化银基体，提高其抗熔焊性能，同时利用稀土元素的独特性质，改善电接点材料的电弧特性和损耗特性，有效降低材料的损耗及直流条件下的转移，提高其电寿命，成为一个比较可行的方向。

现有技术中，中国专利申请CN1425781A公开了一种电接触用银基复合材料，材料成分包括Fe、Ni元素中的一种，La、Fe、Ni、Mn两元素或三元素的复合氧化物，和平衡量的Ag。中国专利申请CN101029361A公开了一种新型银稀土合金电接触材料，其成分质量百分比（％）：Cu4～8，Ni0.5～1.5，余量为AgCe0.5合金。中国专利申请1035139A公开了一种中等复合交直流低压电器用电接点银基合金，其成分为（按重量）：1～6％Sn，0.2～2.1％Ce，余量为Ag，还可添加0.1～1.5％La、Pr、Lu或Ni、Co、Fe、Bi、Te等金属中的一种或二种组成多元素电接点用合金。

公知的银稀土氧化物电接触材料的制备方法有以下几种：1）通过化学沉淀法制备银稀土氧化物复合粉末，再经过混料、压制成形、烧结、复压复烧、挤压拉拔或轧制工艺制备银稀土氧化物电接触材料；2）通过超声波分散稀土氧化物颗粒、使银包覆在稀土氧化物表面，最终获得银稀土氧化物复合粉末，再经过混料、压制成形、烧结、复压复烧、挤压拉拔或轧制工艺制备银稀土氧化物电接触材料；3）通过快速凝固技术制备稀土氧化物粉末，经过机械合金化或其它方法使银与稀土氧化物充分混合，再经过混料、压制成形、烧结、复压复烧、挤压拉拔或轧制工艺制备银稀土氧化物电接触材料；4）利用稀土元素对氧化锡粉末进行改性，形成稀土氧化物、氧化锡的混合粉末，再经过混料、压制成形、烧结、复压复烧、挤压拉拔或轧制工艺制备银稀土氧化物电接触材料。中国专利申请CN101984115A公开了一种制备银稀土氧化物电接触材料的方法，包括1）将Ag₂O粉末进行处理；2）制备合金熔体；3）喷射共沉积制备复合材料；4）对复合材料进行原位化学处理；5）挤压、轧制、拉拔制备银稀土氧化物电接触材料。

综上，国内目前在银基体中主要添加的稀土元素是镧和铈。且镧是以氧化物的形式通过电镀或化学镀的方式添加，添加困难大，生产过程对环境污染大；而铈则以直接熔炼的办法添加，但其在熔炼过程中极易氧化，导致合金化困难且在基体中分布不均。

因此，仍旧需要一种能克服单一强化元素银合金接点不足之处的新的多元银稀土强化银合金材料及其制备方法。该电接点具有导电导热性高，接触电阻低而稳定，机械性能高，抗熔焊性优越，耐电弧烧损且烧损均匀，尤其是在直流条件下的材料转移少，且制备工艺简单可行，成本低，过程无污染，产品环保。

发明内容

本发明的目的在于克服单一强化元素银合金接点的不足之处，提供一种新的多元银稀土强化银合金材料及其制备方法。该电接点具有导电导热性高，接触电阻低而稳定，机械性能高，抗熔焊性优越，耐电弧烧损且烧损均匀，尤其是在直流条件下的材料转移少，且制备工艺简单可行，成本低，过程无污染，产品环保。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种多元稀土银电接点材料，它由银、铋、镧、铈、镍组成，并且各组份的重量百分比含量为银96％～99.6％，铋0.05％～0.5％，镧0.1％～1.0％，铈0.2％～2.0％，镍0.05％～0.5％。

优选地，所述各组份的重量百分比含量为银97％～99％，铋0.1％～0.3％，镧0.3％～0.7％，铈0.5％～1.5％，镍0.1％～0.5％。

一种前述的多元稀土银电接点材料的制备方法，包括1）制备银铋、银镧、银铈、银镍中间合金；2）将纯银与所述步骤1）制得的中间合金在空气或真空状态下熔炼得到合金锭；3）所述步骤2）制得的合金锭均匀化处理，然后进行表面加工、挤压、拉丝、制成铆钉的步骤。

其中，所述步骤1）中间合金的制备为将银分别与铋、镧、铈金属在保护气氛下，熔炼成银90铋10、银90镧10、银90铈10中间合金，将银粉与镍粉混合烧结制备成银90镍10的中间合金。所述熔炼过程在氩气气氛保护下进行。

其中，所述步骤2）为按重量比纯银：银铋合金：银镧合金：银铈合金：银镍合金=99.6-99.96：0.005-0.05：0.01-0.1：0.02-0.2：0.005-0.05于中频感应熔炼炉中，以1060℃～1360℃温度将纯银熔化，然后依次加入银铋、银镧、银铈、银镍中间合金，搅拌使其全部熔化后，保温静置5-30分钟后，以专用铸模浇铸成直径为90mm的柱状合金锭。

其中，所述步骤3）中均匀化处理过程是将合金锭在400℃-700℃温度下均匀化处理3-30小时。

其中，所述步骤3）中挤压过程是在500℃～800℃温度下以100-300的挤压比将经过均匀化处理和表面加工的合金锭挤压成Φ3-Φ10mm的棒材。

一种前述的多元稀土银电接点材料的用途，其特征在于所述多元稀土银电接点材料用于轻负荷或中等负荷接点。

本发明的主要优点在于：采用分步熔炼的办法，将稀土元素镧、铈及其它强化元素铋、镍均匀地分布于银基体中，提高了材料的机械强度及抗熔焊性能，材料耐电弧烧损且烧损均匀，材料中的稀土元素及其在电弧过程中产生的稀土氧化物提高了接点材料的热稳定性及抗氧化性，由于材料在电弧作用下是以蒸气形式而非以液滴或液桥方式损耗，极大地减少了直流条件下的材料转移，从而提高了接点材料的电气寿命。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步展开说明，但需要指出的是，本发明的多元稀土银电接点材料及其制备方法和用途并不限于这种具体的组分或工艺。对于本领域技术人员显然可以理解的是，以下的说明内容即使不做任何调整或修正，也可以直接适用于在此未指明的其他类似的组分和工艺。

一种多元稀土银电接点材料，它由银、铋、镧、铈、镍组成，并且各组份的重量百分比含量为银96％～99.6％，铋0.05％～0.5％，镧0.1％～1.0％，铈0.2％～2.0％，镍0.05％～0.5％。所述百分比皆为相对于多元稀土银电接点材料的重量百分比，各组分的重量百分比总和为100％，且各组分重量百分比含量选自前述范围。优选地，所述各组份的重量百分比含量为银97％～99％，铋0.1％～0.3％，镧0.3％～0.7％，铈0.5％～1.5％，镍0.1％～0.5％。其中，镧、铈为二元稀土元素，铋、镍作为强化元素，通过加入稀土元素和强化元素，且均匀地分布于银基体中，一定程度上提高了材料的机械强度及抗熔焊性能，材料耐电弧烧损且烧损均匀，材料中的稀土元素及其在电弧过程中产生的稀土氧化物提高了接点材料的热稳定性及抗氧化性。

前述的多元稀土银电接点材料的制备方法，包括制备银铋、银镧、银铈、银镍中间合金；将纯银与制得的中间合金在空气或真空状态下熔炼得到合金锭；将制得的合金锭均匀化处理，然后进行表面加工、挤压、拉丝、制成丝状的铆钉产品的步骤，其中：中间合金的制备为按一定质量比将银分别与铋、镧、铈金属在保护气氛下，熔炼成银90铋10、银90镧10、银90铈10中间合金，将银粉与镍粉混合烧结制备成银90镍10的中间合金。所述熔炼制备中间合金的过程是在氩气气氛保护下进行，其中银90铋10中间合金是指90％质量分数的银和10％的铋组成的合金，其它中间合金以此类推。所述中间合金中银、铋、镧、铈、镍的纯度可根据常规电接触材料的要求选择，例如银Ag≥99.99％，铋Bi≥99.95％，镧La≥99.95％，铈Ce≥99.95％，镍Ni≥99.95％，这是本领域技术人员所熟知的，没有任何限制，也不限于此。

将纯银和前述制备的中间合金按重量比纯银：银铋合金：银镧合金：银铈合金：银镍合金=99.6-99.96：0.005-0.05：0.01-0.1：0.02-0.2：0.005-0.05于中频感应熔炼炉中，以1060℃～1360℃温度将纯银熔化，然后依次加入银铋、银镧、银铈、银镍中间合金，搅拌使其全部熔化后，保温静置5-30分钟后，以专用铸模浇铸成直径为90mm的柱状合金锭。

将前述制备的柱状合金锭在400℃-700℃温度下均匀化处理3-30小时，然后进行表面加工，在500℃～800℃温度下以100-300的挤压比将经过均匀化处理和表面加工的合金锭挤压成Φ3-Φ10mm的棒材，然后拉丝、制成丝状的铆钉产品。此处没有详细描述过程的所述表面加工、拉丝、制成铆钉产品的过程可参照现有技术的操作过程，在此不加赘述，这是金属材料领域技术人员所熟知的常规技术手段。

前述的多元稀土银电接点材料的用途，用于轻负荷或中等负荷接点，例如可广泛应用于继电器、小型接触器、一般空气断路器、电压控制器、起动器的触点等。

本领域技术人员显而易见的是，前述中间合金制备、合金熔炼过程中未特别述及的操作条件和设备均可参照现有技术，这也是本领域的常用技术手段。可以理解的是，最终合金锭经挤压、拉丝可以制备成丝状的产品，还可以通过切割等其他手段制备成片状、块状等不同形状的产品，适合不同的用途。

实施例1

1）将90份的银分别与各为10份的铋、镧、铈金属在氩气保护气氛下，熔炼成银90铋10、银90镧10、银90铈10中间合金，将90份的银粉与10份的镍粉混合烧结制备成银90镍10的中间合金。

2）将纯银和前述制备的中间合金按重量比纯银：银铋合金：银镧合金：银铈合金：银镍合金=99.6：0.05：0.1：0.2：0.05于中频感应熔炼炉中，以1060℃温度将纯银熔化，然后依次加入银铋、银镧、银铈、银镍中间合金，搅拌使其全部熔化后，保温静置5分钟后，以专用铸模浇铸成直径为90mm的柱状合金锭。

3）将前述制备的柱状合金锭在400℃温度下均匀化处理3小时，然后进行表面加工，在500℃温度下以100的挤压比将经过均匀化处理和表面加工的合金锭挤压成Φ3mm的棒材，然后拉丝、制成丝状的铆钉产品，其各组份的重量百分比含量为银96％，铋0.5％，镧1％，铈2％，镍0.5％。

实施例2

1）将90份的银分别与各为10份的铋、镧、铈金属在氩气保护气氛下，熔炼成银90铋10、银90镧10、银90铈10中间合金，将90份的银粉与10份的镍粉混合烧结制备成银90镍10的中间合金。

2）将纯银和前述制备的中间合金按重量比纯银：银铋合金：银镧合金：银铈合金：银镍合金=99.73：0.03：0.07：0.15：0.05于中频感应熔炼炉中，以1160℃温度将纯银熔化，然后依次加入银铋、银镧、银铈、银镍中间合金，搅拌使其全部熔化后，保温静置10分钟后，以专用铸模浇铸成直径为90mm的柱状合金锭。

3）将前述制备的柱状合金锭在500℃温度下均匀化处理10小时，然后进行表面加工，在600℃温度下以200的挤压比将经过均匀化处理和表面加工的合金锭挤压成Φ5mm的棒材，然后拉丝、制成丝状的铆钉产品，其各组份的重量百分比含量为银97％，铋0.3％，镧0.7％，铈1.5％，镍0.5％。

实施例3

1）将90份的银分别与各为10份的铋、镧、铈金属在氩气保护气氛下，熔炼成银90铋10、银90镧10、银90铈10中间合金，将90份的银粉与10份的镍粉混合烧结制备成银90镍10的中间合金。

2）将纯银和前述制备的中间合金按重量比纯银：银铋合金：银镧合金：银铈合金：银镍合金=99.91：0.01：0.03：0.05：0.01于中频感应熔炼炉中，以1260℃温度将纯银熔化，然后依次加入银铋、银镧、银铈、银镍中间合金，搅拌使其全部熔化后，保温静置20分钟后，以专用铸模浇铸成直径为90mm的柱状合金锭。

3）将前述制备的柱状合金锭在600℃温度下均匀化处理20小时，然后进行表面加工，在700℃温度下以250的挤压比将经过均匀化处理和表面加工的合金锭挤压成Φ7mm的棒材，然后拉丝、制成丝状的铆钉产品，其各组份的重量百分比含量为银99％，铋0.1％，镧0.3％，铈0.5％，镍0.1％。

实施例4

1）将90份的银分别与各为10份的铋、镧、铈金属在氩气保护气氛下，熔炼成银90铋10、银90镧10、银90铈10中间合金，将90份的银粉与10份的镍粉混合烧结制备成银90镍10的中间合金。

2）将纯银和前述制备的中间合金按重量比纯银：银铋合金：银镧合金：银铈合金：银镍合金=99.96：0.005：0.01：0.02：0.005于中频感应熔炼炉中，以1360℃温度将纯银熔化，然后依次加入银铋、银镧、银铈、银镍中间合金，搅拌使其全部熔化后，保温静置30分钟后，以专用铸模浇铸成直径为90mm的柱状合金锭。

3）将前述制备的柱状合金锭在700℃温度下均匀化处理30小时，然后进行表面加工，在800℃温度下以300的挤压比将经过均匀化处理和表面加工的合金锭挤压成Φ10mm的棒材，然后拉丝、制成丝状的铆钉产品，其各组份的重量百分比含量为银99.6％，铋0.05％，镧0.1％，铈0.2％，镍0.05％。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多元稀土银电接点材料，其特征在于由银、铋、镧、铈、镍组成，并且各组份的重量百分比含量为银96％～99.6％，铋0.05％～0.5％，镧0.1％～1.0％，铈0.2％～2.0％，镍0.05％～0.5％。

2.根据权利要求1所述的多元稀土银电接点材料，其特征在于所述各组份的重量百分比含量为银97％～99％，铋0.1％～0.3％，镧0.3％～0.7％，铈0.5％～1.5％，镍0.1％～0.5％。

3.一种如权利要求1所述的多元稀土银电接点材料的制备方法，其特征在于包括：1）制备银铋、银镧、银铈、银镍中间合金；2）将纯银与所述步骤1）制得的中间合金在空气或真空状态下熔炼得到合金锭；3）所述步骤2）制得的合金锭均匀化处理，然后进行表面加工、挤压、拉丝、制成铆钉的步骤。

4.根据权利要求3所述的多元稀土银电接点材料的制备方法，其特征在于所述步骤1）中间合金的制备为将银分别与铋、镧、铈金属在保护气氛下，熔炼成银90铋10、银90镧10、银90铈10中间合金，将银粉与镍粉混合烧结制备成银90镍10的中间合金。

5.根据权利要求3所述的多元稀土银电接点材料的制备方法，其特征在于所述步骤2）为按重量比纯银：银铋合金：银镧合金：银铈合金：银镍合金为99.6-99.96：0.005-0.05：0.01-0.1：0.02-0.2：0.005-0.05于中频感应熔炼炉中，以1060℃～1360℃温度将纯银熔化，然后依次加入银铋、银镧、银铈、银镍中间合金，搅拌使其全部熔化后，保温静置5-30分钟后，以专用铸模浇铸成直径为90mm的柱状合金锭。

6.根据权利要求3所述的多元稀土银电接点材料的制备方法，其特征在于所述步骤3）中均匀化处理过程是将合金锭在400℃-700℃温度下均匀化处理3-30小时。

7.根据权利要求3所述的多元稀土银电接点材料的制备方法，其特征在于所述步骤3）中挤压过程是在500℃～800℃温度下以100-300的挤压比将经过均匀化处理和表面加工的合金锭挤压成Φ3-Φ10mm的棒材。

8.根据权利要求4所述的多元稀土银电接点材料的制备方法，其特征在于所述保护气为氩气。

9.一种如权利要求1所述的多元稀土银电接点材料的用途，其特征在于所述多元稀土银电接点材料用于轻负荷或中等负荷接点。