CN103334023B - 一种含稀土镁硅铁合金的银铜锌镍系滑动电接触材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有稀土镁硅铁合金的银铜锌镍系滑动电接触材料，该材料是在AgCuZnNi合金中添加少量的稀土镁硅铁合金而制成，其添加量为（质量%）：0.1%-0.8%。本发明材料具有强度和硬度高，自润滑、灭弧和耐摩擦性能良好等特点，采用该材料可作为滑动触头材料，应用于中、小负荷低压电器中，使用寿命和可靠性高。

Description

一种含稀土镁硅铁合金的银铜锌镍系滑动电接触材料

技术领域

本发明涉及一种滑动电接触合金，具体涉及一种含有稀土镁硅铁合金的银铜锌镍系滑动电接触材料。

背景技术

直流微电机是视听电子设备、办公自动化设备、通信设备、汽车及家用电器制造业不可或缺的电子器件。大部分直流微电机都是采用三极换向器与电刷的滑动接触来实现电力传输，维持电机运转的。因此换向器与电刷的工作状况对电机的稳定性和使用寿命有着举足轻重的影响。换向器是直流微电机的核心元件，它与电刷配合，实现电流换向，推动电机运转。目前广泛采用的是导电导热性能较好、价格低廉的无氧铜作为基带，也有用黄铜作基带的，可以获得较高的硬度和较低的成本，由于银具有导电性优异、接触电阻稳定等特点，表面贵金属复层大部分用Ag基合金。早期主要使用含Cd 合金如AgCd、AgCuCd等，随着技术的进步和环保法规的健全，尤其是欧盟RoHS指令的强制实施，含Cd合金退出市场，现已开发出多种环保型新型换向器材料，常用的有AgCu、AgCuNi、AgCuZnNi、AgCuRE、AgMgNi等系列的材料。AgCu系合金的硬度高，导电、导热性能好，而且价格较低，在滑动电接触领域已得到广泛应用。近年来，随着微电机制造业的迅猛发展，其在小型化、低噪音、运转速度稳定和使用寿命等方面的性能指标要求越来越高，为了提高换向器材料的可靠性和使用寿命，进一步提高材料的耐磨性能，因此开发高耐磨长寿命的换向器材料势在必行。

针对换向器材料的工作条件越来越苛刻，改进电接触合金的成分设计是提高换向器寿命的必由之路，目前已经报道了很多成果，在AgCuZnNi合金的基础上，通过添加其他微量元素提高材料的使用寿命。如：中国专利【200910303094.9】公开了一种含碱金属的银铜镍系滑动电接触材料，该材料时在AgCuNi和AgCuZnNi中添加少量的碱金属如Li、Na、K等。中国专利【200810069483.5】公开了一种用于弱电流的滑动电接触材料的AgCuZnNiRE合金，添加的RE为Ce或La或Ce和La的混合稀土元素。

在AgCuZnNi合金中添加稀土镁硅铁合金提高材料的使用寿命尚未见报道。稀土镁硅铁合金的成分组成为6%-10%的RE，7%-11%的Mg，Si含量≤44%，Ca≤3%，Mn≤2%，Ti≤1.0%，余量为Fe。RE、Mg、Si、碱金属、Mn、Ti的加入，能大大提高材料的使用寿命。

发明内容

本发明的含稀土镁硅铁合金的银铜锌镍系滑动电接触材料中含有重量百分比为4%-8%的Cu，0.5%-2%的Zn，0.3%-1%的Ni，0.2%-0.8%的稀土镁硅铁合金，余量为Ag。所述原材料的纯度质量百分比为：Ag≥99.99%，Cu≥99.95%，Zn≥99.95%，Ni≥99.95%。所述的稀土镁硅铁合金的成分组成为6%-10%的RE，7%-11%的Mg，Si含量≤44%，Ca≤3%，Mn≤2%，Ti≤1.0%，余量为Fe。

本发明的制备工艺过程为：将Ag、Cu、Zn、Ni、稀土镁硅铁合金的原料按成分比配料，先将Ag、Cu、Ni投入中频炉中熔炼并升温精炼，使之合金化，将稀土镁硅铁合金用银皮包裹加入合金液中，并充分搅拌，然后加入Zn并搅拌，熔炼片刻，浇铸成锭。随后将合金在650℃保温3小时使之均匀化，后经轧制、中间热处理、表面处理、精轧成片。采用冷轧复合技术，与铜或铜合金进行复合，制作成二层复合材料，本发明合金为工作层。

本发明提供含有稀土镁硅铁合金的AgCuZnNi滑动电接触材料，该材料具有通用性强，硬度高，接触电阻稳定，接触可靠性高、耐磨性能好等特点。本发明所述的材料还可与铜或铜合金等复合后制备出新的滑动电接触材料，用于直流电机换向器的工作，具有高耐磨，使用寿命长等优点。

本发明添加的稀土镁硅铁合金中的稀土元素和Mg性质活泼，在熔炼过程中能与合金中的杂质反应形成高熔点化合物，浮于熔体表面，达到净化合金的目的，同时稀土元素的加入能抑制晶粒长大，提高材料抗软化温度，从而提高耐磨性能。稀土镁硅铁合金中含有的Mg能改善合金的显微组织，稀土镁硅铁合金中含有的Si、Fe、Mn、Ti可以进一步提高合金的强度和硬度、细化晶粒、增强耐磨性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细说明。

实施例一：

（1）将纯度为Ag≥99.99%，Cu≥99.95%，Zn≥99.95%，Ni≥99.95%，按成分AgCu6Zn1Ni0.5（REMgSiFe）0.3进行配料。

（2）将Ag、Cu、Ni投入中频炉中熔炼并升温精炼，使之合金化。

（3）将稀土镁硅铁合金用银皮包裹加入合金液中，并充分搅拌。（注：稀土镁硅铁合金即REMgSiFe在市场上可以买到成品，该稀土镁硅铁合金的成分组成为6%-10%的RE，7%-11%的Mg，Si含量≤44%，Ca≤3%，Mn≤2%，Ti≤1.0%，余量为Fe。）。

（4）加入Zn并搅拌。

（5）浇铸成锭。

（6）合金在650℃保温3小时使之均匀化。

（7）轧制、中间热处理、表面处理、精轧成片。

（8）采用冷轧复合技术，与铜或铜合金进行复合，制作成二层复合材料。其中含稀土镁硅铁合金的AgCuZnNi滑动电接触材料作为工作层，铜或铜合金作为基层，其中AgCuZnNi合金部分或全部覆盖在铜或铜合金基层上面。

（9）冲片。

实施例二：

（1）将纯度为Ag≥99.99%，Cu≥99.95%，Zn≥99.95%，Ni≥99.95%，按成分AgCu6Zn1Ni0.5（REMgSiFe）0.6进行配料。

（2）将Ag、Cu、Ni投入中频炉中熔炼并升温精炼，使之合金化。

（3）将与实施例1相同的稀土镁硅铁合金用银皮包裹加入合金液中，并充分搅拌。

（4）加入Zn并搅拌。

（5）浇铸成锭。

（6）合金在650℃保温3小时使之均匀化。

（7）轧制、中间热处理、表面处理、精轧成片。

（8）采用冷轧复合技术，与铜或铜合金进行复合，制作成二层复合材料。

（9）冲片。

实施例三：

（1）将纯度为Ag≥99.99%，Cu≥99.95%，Zn≥99.95%，Ni≥99.95%，按成分AgCu4Zn2Ni1（REMgSiFe）0.5进行配料。

（2）将Ag、Cu、Ni投入中频炉中熔炼并升温精炼，使之合金化。

（3）将稀土镁硅铁合金用银皮包裹加入合金液中，并充分搅拌。

（4）加入Zn并搅拌。

（5）浇铸成锭。

（6）合金在650℃保温3小时使之均匀化。

（7）轧制、中间热处理、表面处理、精轧成片。

（8）采用冷轧复合技术，与铜或铜合金进行复合，制作成二层复合材料。

（9）冲片。

表1 本发明含稀土镁硅铁合金的AgCuZnNi合金材料及性能数据

Claims (4)

1.含稀土镁硅铁合金的银铜锌镍系滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中含有重量百分比为4％-8％的Cu，0.5％-2％的Zn，0.3％-1％的Ni，0.2％-0.8％的稀土镁硅铁合金，余量为Ag，所述的稀土镁硅铁合金的成分组成为6％-10％的RE，7％-11％的Mg，Si含量≤44％，Ca≤3％，Mn≤2％，Ti≤1.0％，余量为Fe，

并按以下步骤制备： 

将Ag、Cu、Zn、Ni、稀土镁硅铁合金的原料按成分比配料，先将Ag、Cu、Ni投入中频炉中熔炼并升温精炼，使之合金化，将稀土镁硅铁合金用银皮包裹加入合金液中，并充分搅拌，然后加入Zn并搅拌，熔炼片刻，浇铸成锭，随后将合金在650℃保温3小时使之均匀化，后经轧制、中间热处理、表面处理、精轧成片。 

2.按照权利要求1所述滑动电接触材料，其特征在于所述材料中Ag、Cu、Zn、Ni的纯度质量百分比为：Ag≥99.99％，Cu≥99.95％，Zn≥99.95％，Ni≥99.95％。 

3.权利要求1所述滑动电接触材料的制备方法，其特征在于含有以下步骤： 

将Ag、Cu、Zn、Ni、稀土镁硅铁合金的原料按成分比配料，先将Ag、Cu、Ni投入中频炉中熔炼并升温精炼，使之合金化，将稀土镁硅铁合金用银皮包裹加入合金液中，并充分搅拌，然后加入Zn并搅拌，熔炼片刻，浇铸成锭，随后将合金在650℃保温3小时使之均匀化，后经轧制、中间热处理、表面处理、精轧成片， 

所述材料中含有重量百分比为4％-8％的Cu，0.5％-2％的Zn，0.3％-1％ 的Ni，0.2％-0.8％的稀土镁硅铁合金，余量为Ag，所述的稀土镁硅铁合金的成分组成为6％-10％的RE，7％-11％的Mg，Si含量≤44％，Ca≤3％，Mn≤2％，Ti≤1.0％，余量为Fe。 

4.一种用于滑动式电接触的复合材料，其特征在于：权利要求1所述的含稀土镁硅铁合金的银铜锌镍系滑动电接触材料作为工作层，铜或铜合金作为基层，其中银铜锌镍合金部分或全部覆盖在铜或铜合金基层上面。