CN103290359A

CN103290359A - 一种银碳化钨触头合金的制备方法

Info

Publication number: CN103290359A
Application number: CN2013102295987A
Authority: CN
Inventors: 付翀; 侯锦丽; 王俊勃; 杨敏鸽; 贺辛亥; 苏晓磊; 刘松涛; 胡新煜
Original assignee: Xian Polytechnic University
Current assignee: Xian Polytechnic University
Priority date: 2013-06-08
Filing date: 2013-06-08
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-08
Also published as: CN103290359B

Abstract

本发明公开了一种银碳化钨触头合金的制备方法，其工艺是通过真空等离子沉积设备将银碳化钨粉末直接沉积于铜触板或铜触桥表面，得到银碳化钨触头合金。通过此方法，可使合金中碳化钨的质量百分含量在60%范围内自由调节，并可简化银碳化钨触头合金的制备工艺，同时由于是在真空设备中制备，可显著提高银碳化钨工作层的致密度以及银碳化钨工作层与铜基体的结合强度。该制备方法的应用，对提高银碳化钨触头合金生产效率，降低制备成本，节约银资源具有重大意义。

Description

一种银碳化钨触头合金的制备方法

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种银碳化钨触头合金的制备方法。

背景技术

AgWC电触头材料是我国推广的节银型触头材料，由于其具有良好的抗熔焊性以及耐电弧侵蚀性而成功代替了AgC、AgW合金，目前在各类断路器中有着广泛的应用。

目前国内外生产AgWC触头合金的工艺主要有两种，当WC重量百分比小于30%时，如制备AgWC20C3、AgWC12C3合金，通常采用粉末挤压-烧结工艺。例如：1）专利《一种银-碳化钨-碳电触头材料的制造方法》（申请号200510024287.2，公开号CN1658346，公开日2005.8.24）；2）专利《一种银碳化钨石墨电触头及其生产工艺》（申请号201210220964.8，公开号CN102737864，公开日2012.10.17）。当WC重量百分比大于30%时，如制备AgW40、AgW50、AgW55合金，通常采用熔渗烧结工艺。例如：3）文献《小型断路器用AgWC触头材料》（电工材料[J]，2004（4）：18-20）。但上述两种工艺均存在制备过程繁琐、工艺复杂等缺点，并且以上述两种工艺制备的银碳化钨触头在装配时，还需采用钎焊的方式使其与铜触板或铜触桥实现有效连接，为了提高银碳化钨工作层与铜基层的焊接性，需要在中间加银焊料层，使得银消耗量大，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种银碳化钨触头合金的制备方法，解决了现有制备方法中的过程繁琐、工艺复杂、成本较高的缺点。

本发明所采用的技术方案是，

一种银碳化钨触头合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、制备银碳化钨粉末；

步骤2、对铜触板或铜触桥基体材料进行粗化处理；

步骤3、采用真空等离子沉积工艺进行沉积处理，将步骤1中制得的银碳化钨粉末沉积于经步骤2粗化处理的铜触板或铜触桥表面，制得银碳化钨触头合金。

本发明的特点还在于，

步骤1制备银碳化钨粉末，具体按照以下步骤实施：按质量百分比分别称取40%-88%微米级Ag粉末和12%-60%的微米级碳化钨粉末，以上两组分的质量百分比之和为100%，将称取的Ag粉末和碳化钨粉末放入高能球磨机中球磨混粉，然后在500℃下退火处理1h，得到银碳化钨粉末。

球磨的磨球为碳化钨球，磨球直径分别为20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的数量配比，球料比为14～18:1，球磨转速为600～1000r/min，球磨时间为8～12h。

步骤2对纯铜触板或铜触桥基体材料进行粗化处理，具体按照以下步骤实施：用丙酮对基体材料进行清洗，去除其表面上的油污，再用16＃棕刚玉砂对基体材料表面做喷砂粗化处理，直至基体表面没有金属光泽，用酒精清洗、电热风烘干。

步骤3中真空等离子沉积，真空室压力1.2×10⁴Pa～1.8×10⁴Pa，电弧电压65V～80V，电弧电流450A～650A，氩气流量为2000L/h～3500L/h，氢气流量为1200L/h～2000L/h，送粉速度25g/min～50g/min，喷涂距离150mm～200mm。

本发明的有益效果是：

（1）银碳化钨粉末按一定比例配比后在高能球磨机中混粉，既使得合金的晶粒细化，又保证了银碳化钨合金成分分布的均匀性。碳化钨的质量百分含量可在60%范围内自由调节，而无需考虑高碳化钨含量造成的银基合金加工性能差的问题，充分节约用银。

（2）采用真空等离子沉积技术直接将银碳化钨粉末沉积于铜触板或铜触桥表面，省去传统制备方法中下述工序：其一，采用粉末挤压-烧结工艺或熔渗烧结工艺制备银碳化钨工作层的工序；其二，采用钎焊连接银碳化钨工作层与铜基层的工序。从而简化了生产工艺，提高了生产效率，降低了制备成本。

（3）在真空设备中制备，可显著提高银碳化钨工作层的致密度以及银碳化钨工作层与铜基体的结合强度。

附图说明

图1是本发明的实施例1制得的AgWC60触头合金横截面处的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明银碳化钨触头合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、制备银碳化钨粉末；

具体按照以下步骤实施：按质量百分比分别称取40%-88%微米级Ag粉末和12%-60%的微米级碳化钨粉末，以上两组分的质量百分比之和为100%，将称取的Ag粉末和碳化钨粉末放入高能球磨机中球磨混粉，然后在500℃下退火处理1h，得到银碳化钨粉末，其中的球磨，磨球为碳化钨球，磨球直径分别为20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的数量配比，球料比为14～18:1，球磨转速为600～1000r/min，球磨时间为8～12h；

步骤2、对铜触板或铜触桥基体材料进行粗化处理；

具体按照以下步骤实施：

用丙酮对基体材料进行清洗，去除其表面上的油污，再用16＃棕刚玉砂对基体材料表面做喷砂粗化处理，直至基体表面没有金属光泽，用酒精清洗、电热风烘干；

步骤3、采用真空等离子沉积工艺进行沉积处理，将步骤1中制得的银碳化钨粉末沉积于经步骤2粗化处理的铜触板或铜触桥表面，制得银碳化钨触头合金，其中的真空等离子沉积条件为，真空室压力1.2×10⁴Pa～1.8×10⁴Pa，电弧电压65V～80V，电弧电流450A～650A，氩气流量为2000L/h～3500L/h，氢气流量为1200L/h～2000L/h，送粉速度25g/min～50g/min，喷涂距离150mm～200mm。

实施例1

将200目的Ag粉和WC粉按重量比为40:60的比例放入高能球磨机中混粉，球磨参数为：磨球为碳化钨球，磨球直径分别为20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的数量配比，球料比18:1，球磨转速1000r/min，球磨时间12h，球磨完成后通过500℃退火1h处理得到沉积用AgWC60粉末；用丙酮清洗铜触桥表面以去除油污，然后用16＃棕刚玉砂对铜触桥表面做喷砂粗化处理，直至铜触桥表面没有金属光泽，然后用酒精清洗、电热风烘干；采用真空等离子沉积工艺，工艺参数为：真空室压力1.8×10⁴Pa、电弧电压80V、电弧电流650A、氩气流量为3500L/h、氢气流量为2000L/h、送粉速度25g/min、喷涂距离150mm，制得AgWC60触头合金。该触头合金横截面处的扫描电镜形貌如图1所示，从图中可以看出，银碳化钨工作层的致密度高，同时可以看到银碳化钨粉末撞击到经喷砂粗化处理的铜触桥表面时，在凹凸不平的表面上嵌合，形成“机械锚钉”界面，使银碳化钨工作层在受外力作用下不易脱落。

实施例2

将200目的Ag粉和WC粉按重量比为80:20的比例放入高能球磨机中混粉，球磨参数为：磨球为碳化钨球，磨球直径分别为20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的数量配比，球料比16:1，球磨转速800r/min，球磨时间10h，球磨完成后通过500℃退火1h处理得到沉积用AgWC20粉末；用丙酮清洗铜触桥表面以去除油污，然后用16＃棕刚玉砂对铜触桥表面做喷砂粗化处理，直至铜触桥表面没有金属光泽，然后用酒精清洗、电热风烘干；采用真空等离子沉积工艺，工艺参数为：真空室压力1.4×10⁴Pa、电弧电压75V、电弧电流550A、氩气流量为2500L/h、氢气流量为1600L/h、送粉速度40g/min、喷涂距离200mm，制得AgWC20触头合金。

实施例3

将200目的Ag粉和WC粉按重量比为88:12的比例放入高能球磨机中混粉，球磨参数为：磨球为碳化钨球，磨球直径分别为20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的数量配比，球料比14:1，球磨转速600r/min，球磨时间8h，球磨完成后通过500℃退火1h处理得到沉积用AgWC12粉末；用丙酮清洗铜触桥表面以去除油污，然后用16＃棕刚玉砂对铜触桥表面做喷砂粗化处理，直至铜触桥表面没有金属光泽，然后用酒精清洗、电热风烘干；采用真空等离子沉积工艺，工艺参数为：真空室压力1.2×10⁴Pa、电弧电压65V、电弧电流450A、氩气流量为2000L/h、氢气流量为1200L/h、送粉速度50g/min、喷涂距离200mm，制得AgWC12触头合金。

本发明采用真空等离子沉积技术将银碳化钨粉末直接沉积于铜触板或铜触桥表面，以制备银碳化钨触头合金。与传统的制备技术相比，其优势在于：

（1）省去了传统制备技术中先采用“粉末挤压-烧结工艺”或“熔渗烧结工艺”制备银碳化钨合金的工序。

（2）省去了传统制备技术中采用钎焊连接银碳化钨工作层与铜基层的工序。

而与普通的大气等离子喷涂相比，其优势在于：

（1）在一定的真空度下沉积，真空使得粉末粒子和气流具有很高的速度，因而得到的银碳化钨工作层更为致密，粉末沉积率也会得到显著提高。

（2）在真空室中可有效提高铜基体的预热温度，有利于铜基体与银碳化钨工作层之间的相互扩散和减小内应力，提高涂层与基体的结合强度。

（3）消除了氧化及其它污染。

采用真空等离子沉积技术制备银碳化钨/铜复合触头合金，其关键工艺参数在于：

（1）混粉工艺的控制，包括球料比、球磨机转速、球磨时间。若球料比过低、球磨机转速过小、球磨时间过短，会造成银碳化钨合金成分分布不均匀，合金晶粒粗化。反之，易造成磨球损耗过大而导致粉末污染。

（2）沉积工艺的控制，包括真空室压力、电弧电压、电弧电流、氩气流量、氢气流量。真空室压力大小反应了真空室内真空度的高低，真空室压力过大即真空度过低，不但将导致粉末粒子和气流的速度达不到要求，所得工作层致密度低，还将导致粉末氧化。反之，真空度要求过高，不仅增加了设备成本，而且降低了制备效率。电弧电压、电弧电流、氩气流量、氢气流量是影响等离子弧功率的关键因素，等离子弧功率过高将导致粉末烧蚀，而功率过低导致粉末熔化不充分。

Claims

1.一种银碳化钨触头合金的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、制备银碳化钨粉末；

步骤2、对铜触板或铜触桥基体材料进行粗化处理；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤1制备银碳化钨粉末，具体按照以下步骤实施：

按质量百分比分别称取40%-88%微米级Ag粉末和12%-60%的微米级碳化钨粉末，以上两组分的质量百分比之和为100%，将称取的Ag粉末和碳化钨粉末放入高能球磨机中球磨混粉，然后在500℃下退火处理1h，得到银碳化钨粉末。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的球磨，磨球为碳化钨球，磨球直径分别为20mm、10mm、6mm，并按1:2:1的数量配比，球料比为14～18:1，球磨转速为600～1000r/min，球磨时间为8～12h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤2对纯铜触板或铜触桥基体材料进行粗化处理，具体按照以下步骤实施：

用丙酮对基体材料进行清洗，去除其表面上的油污，再用16＃棕刚玉砂对基体材料表面做喷砂粗化处理，直至基体表面没有金属光泽，用酒精清洗、电热风烘干。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中真空等离子沉积，真空室压力为1.2×10⁴Pa～1.8×10⁴Pa，电弧电压为65V～80V，电弧电流为450A～650A，氩气流量为2000L/h～3500L/h，氢气流量为1200L/h～2000L/h，送粉速度为25g/min～50g/min，喷涂距离为150mm～200mm。