CN103710564A

CN103710564A - 一种含添加剂银镍电触头材料的制备方法

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Publication number: CN103710564A
Application number: CN201310744578.3A
Authority: CN
Inventors: 叶凡; 陈光明; 王振宇; 黄锡文; 李镇鹏; 张天锦
Original assignee: Guilin Electrical Equipment Scientific Research Institute Co Ltd
Current assignee: Guilin Jinge Electrotechnical Electronic Material Science & Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-12-30
Also published as: CN103710564B

Abstract

本发明公开了一种含添加剂银镍电触头材料的制备方法，包括以下步骤：1)按照需要制备的银镍电触头的材料配比计算所需的银粉、镍粉和含添加元素的盐类化合物的用量，称取备用；2)取含添加元素的盐类化合物配制成水溶液或乙醇溶液，加入银粉或镍粉，进行混料处理，得到含添加元素盐类化合物均匀分布的复合粉末浆料；3)所得浆料干燥，粉碎，得到含添加元素盐类化合物均匀分布的复合粉末；4)所得复合粉末与镍粉或银粉混合均匀，经等静压成型、烧结、挤压工序，即得到银镍电触头材料。本发明所述方法将添加剂以特殊的方式加入到基体中，有效地改善了传统混粉工艺导致添加剂偏析的现象，从而提高材料的致密化程度、加工性能、成材率及电性能。

Description

一种含添加剂银镍电触头材料的制备方法

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，具体涉及一种含添加剂银镍电触头材料的制备方法。

背景技术

银镍(AgNi)电触头材料具有良好的导电、导热性能和延展性，接触电阻低而稳定，加工周期短，成本低，抗侵蚀性能优良等优点。但由于AgNi触头材料抗熔焊性较差，限制该材料的应用。经研究发现，加入添加剂的AgNi电触头材料具有良好的抗熔焊性，目前添加剂的种类主要有C、W、WC、ZnO、RE、GeO₂等物质，添加剂主要加入方式是以颗粒、包覆等形式加入。AgNi材料的制备方法较多，通常采用两种方法，一种为“混粉-烧结-挤压”法，其中添加剂以粉末互混方式加入，这种方法由于制备方法简单、加工周期短等特点，被生产厂家所普遍采用，如公开号为CN1478913A的发明专利公开了一种银镍基电触头材料的制备方法，具体是将银粉、钨粉、镍粉、二氧化锗、碳酸锂充分混合制备成所需粉末。但该类方法由于添加剂以粉末互混方式加入，各添加剂与银粉、镍粉各自的密度不同，在混粉处理中各种物质很难均匀分布在基体中，容易出现添加剂偏析等问题。另一种方法为化学包覆法，该类方法可制备出组织和添加剂更弥散均匀分布，电性能更高的AgNi材料，如公开号为CN102800513A的发明专利，公开了一种电触头用银镍材料的制备方法，具体是将镍粉置于锌、铜、银、镧中的一种或几种盐溶液中，通过置换反应使单质锌、单质铜、单质银或单质镧中的一种或几种包覆在镍粉表面，再将包覆的镍粉与银粉及微量氧化物混合制成电触头材料。但该类方法是通过化学法对粉末进行加工处理，会对环境造成污染，而且还存在工艺繁琐、生产成本高、加工周期长等不足。如何在环保、不明显增加成本的前提下，制备电气性能与加工性能优良的银镍电触头材料，成为目前研究的难点与热点。发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种含添加剂银镍电触头材料的制备方法。该方法将银粉或镍粉加入到用水或无水乙醇溶解含添加元素的盐类化合物配成的水溶液或乙醇溶液中，经湿混、干燥、烧结以在银粉或镍粉表面均匀分布金属单质和/或金属氧化物，改善了传统混粉工艺导致的添加剂偏析现象，使添加剂不再是简单的机械混合，而是通过包覆很好地与基体融为一体，使所得到的银镍材料具有更优异的综合性能。

本发明所述的含添加剂银镍电触头材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照所需要制备的银镍电触头的材料配比计算所需的银粉、镍粉和含添加元素的盐类化合物的用量，称取备用；其中，所述的含添加元素的盐类化合物为钼酸铵、偏钨酸铵、硝酸锌、硝酸铜以及镧系稀土硝酸盐中的一种或两种以上的组合；

2)取含添加元素的盐类化合物用水或无水乙醇溶解配成水溶液或乙醇溶液，加入银粉或镍粉，进行混料处理，得到含添加元素盐类化合物均匀分布的复合粉末浆料；

3)将含添加元素盐类化合物均匀分布的复合粉末浆料干燥，粉碎，得到含添加元素盐类化合物均匀分布的复合粉末；

4)将得到的复合粉末与镍粉或银粉混合均匀，经等静压成型、烧结、挤压工序，即得到银镍电触头材料。

上述制备方法中，

步骤1)中，所需要制备的银镍电触头材料中，镍含量为5～30wt%，添加剂以金属单质和/或金属氧化物(所述的金属单质是指含添加元素的盐类化合物通过后续的烧结工序分解得到的含添加元素的金属单质，所述的金属氧化物是指含添加元素的盐类化合物通过后续的烧结工序分解得到的含添加元素的的氧化物)计其总含量为0.5～5wt%，余量为银。所述的含添加元素的盐类化合物根据后续的烧结工序可以分解为含添加元素的金属单质或者是含添加元素的氧化物。上述镧系稀土硝酸盐优选用无水乙醇溶解配成乙醇溶液，除镧系稀土硝酸盐之外的其它含添加元素的盐类化合物通常用水溶解配成水溶液。在最后所得到的银镍电触头材料中，应控制上述各种金属氧化物或它们中任意两种以上的组合的总量占银镍电触头材料的0.5～5wt%；或者说应控制上述各种金属单质或它们中任意两种以上的组合的总量占银镍电触头材料的0.5～5wt%；或者是说应控制上述各种金属单质或它们中任意两种以上的组合再加上上述各种金属氧化物或它们中任意两种以上的组合的总量占银镍电触头材料的0.5～5wt%。

步骤1)中，可以用仲钨酸铵代替偏钨酸铵。

步骤2)中，将含添加元素的盐类化合物加水或无水乙醇配成水溶液或乙醇溶液时，水或无水乙醇的用量没有太大的讲究，通常水或无水乙醇的用量能将含添加元素的盐类化合物溶解即可。优选是在配成水溶液或乙醇溶液后，再加入银粉或镍粉时，使银粉或镍粉在水溶液或乙醇溶液中所占的比例为5～40wt%，较为优选的是5～30wt%，更优选为5～20wt%。该步骤中，在水溶液或乙醇溶液中加入银粉或镍粉后，通常采用低速搅拌机进行混料处理，混料的时间为0.25～1h，转数为20～40r/min。

步骤3)中，所述的干燥通常在80～200℃条件下进行，直至将含添加元素盐类化合物均匀分布的复合粉末浆料烘干即可，通常需要5～10h的时间。通常是将干燥后的物料粉碎后，至少过100目筛，取筛下物进入下一道工序。

步骤4)中，采用机械混粉的方式实现复合粉末与银粉或镍粉的均匀混合，优选采用三维混料器或V型混料器进行机械混粉，也可以先用其中一种混料器混粉，再用另一种混料器混粉。该步骤中所述的等静压成型、热挤压操作与现有常规工艺相同，具体地，等静压成形压力通常为100～300Mpa；热挤压的温度通常为750～900℃，挤压比为200～250。

步骤4)中，烧结的温度与时间也与现有技术相同，具体地，烧结的温度通常为730～950℃，烧结的时间为5～10h；可以控制烧结在氮气或惰性气体环境下进行，在经热挤压等后序处理后最终得到含金属氧化物添加剂的银镍电触头材料；在此烧结过程中，所述的含添加元素的盐类化合物会分别分解为含添加元素的氧化物，具体的：钼酸铵分解为氧化钼、偏钨酸铵或仲钨酸铵分解为氧化钨、硝酸锌分解为氧化锌、硝酸铜分解为氧化铜，而镧系稀土硝酸盐如硝酸铒、硝酸镧、硝酸铈则分别被分解为镧系稀土金属氧化物如氧化铒、氧化镧、氧化铈等。也可以控制烧结在氢气环境下进行，在经热挤压等后续处理后最终得到含金属单质添加剂的银镍电触头材料，或者是得到同时含金属单质添加剂和金属氧化物添加剂的银镍电触头材料；在此烧结过程中，所述的含添加元素的盐类化合物首先受热分解生成相应的金属氧化物，随后部分金属氧化物将在氢气环境下被还原成相应的金属单质，具体的：钼酸铵最终被还原成钼、偏钨酸铵或仲钨酸铵最终被还原成钨、硝酸铜最终被还原成铜。

步骤4)中，在挤压得到银镍线材或带材之后，将线材按常规拉拔工艺进行拉拔、退火加工至所需尺寸即可用铆钉机加工成含添加剂的银镍整体或复合铆钉触头；将所得带材轧制到需要的尺寸后，冲压成型得到相应规格的银镍片状触头材料；或与铜带材热轧复合、退火并轧制到所需尺寸后即可冲压成型得覆铜层的银镍片状触头。

本申请中，所用到的银粉与镍粉的粒度与现有技术相同，优选地，银粉选用-200目以下的粉末；镍粉选用平均粒度为5～8μm的粉末。

与现有技术相比，本发明的特点在于：

1、该方法将添加剂以特殊的方式加入到基体中，即将银粉或镍粉加入到用水或乙醇溶解含添加元素的盐类化合物配成的水溶液或乙醇溶液中，经湿混、干燥、烧结以在银粉或镍粉表面包覆金属单质和/或金属氧化物，由于金属单质和/或金属氧化物均匀地分布在银粉或镍粉表面，使得添加剂更加均匀地分布在基体中，改善了常规混粉工艺造成的添加剂偏析等现象；另外，还改善了银粉和镍粉之间的结合强度，从而提高材料的致密化程度、加工性能、成材率及电性能。

2、该方法工艺简单，成本低，加工周期短，不构成环境污染，适合大批量生产。

附图说明

图1为本发明实施例5所制得的银镍电触头材料的电镜扫描图，其中1表示区域1；2表示区域2；3表示区域3；

图2为本发明实施例6所制得的银镍电触头材料的电镜扫描图，其中1表示区域1；2表示区域2；3表示区域3。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1

1)按照制备10kg的Ag-30Ni-1.5WO₃材料配比计算各原料用量，称取镍粉3.0kg、偏钨酸铵0.157kg、银粉6.95kg，备用；

2)取偏钨酸铵用1L水溶解，配成偏钨酸铵水溶液，将镍粉浸入偏钨酸铵水溶液中，将水溶液用低速搅拌机进行混料处理(时间为0.5h，转数为30r/min)，得到偏钨酸铵均匀分布的镍粉浆料；

3)将偏钨酸铵均匀分布的镍粉浆料在200℃下干燥5h，通过破碎机进行破碎，对破碎粉末进行筛分(过100目筛)后，即得到偏钨酸铵均匀分布的镍粉；

4)将偏钨酸铵均匀分布的镍粉与银粉用V型混料器进行混粉，控制转速30r/min，混粉时间为3h，得到偏钨酸铵均匀分布的混合粉料；

5)将所得混合粉料在等静压压强为100MPa下压制成坯体；

6)所得压坯在氮气下950℃烧结6h(在此过程中偏钨酸铵分解成氧化钨)，即制得含氧化钨添加剂的银镍烧结坯；

7)将步骤6)所得的坯体在挤压机上进行热挤压成线材或板材，热挤压温度为850℃，挤压比为200；线材再按常规拉拔工艺进行拉拔加工至所需尺寸。

实施例2

1)按照制备10kg的Ag-10Ni-3Mo-1La₂O₃材料配比计算各原料用量，称取镍粉1.0kg、钼酸铵0.613kg、硝酸镧0.266kg、银粉8.6kg，备用；

2)取钼酸铵和硝酸镧用2L水溶解，配成钼酸铵和硝酸镧水溶液，将银粉浸入钼酸铵和硝酸镧水溶液中，将水溶液用低速搅拌机进行混料处理(时间为0.5h，转数为30r/min)，得到钼酸铵和硝酸镧均匀分布的银粉浆料；

3)将钼酸铵和硝酸镧均匀分布的银粉浆料在120℃下干燥10h，通过破碎机进行破碎，对破碎粉末进行筛分(过200目筛)后，即得到钼酸铵和硝酸镧均匀分布的银粉；

4)将钼酸铵和硝酸镧均匀分布的银粉与镍粉用V型混料器进行混粉，控制转速30r/min，混粉时间为3h，得到钼酸铵和硝酸镧均匀分布的混合粉料；

5)将所得混合粉料在等静压压强为200MPa下压制成坯体；

6)所得坯体在氢气下930℃烧结8h(在此过程中钼酸铵和硝酸镧首先分解成氧化钼和氧化镧，随后氧化钼被氢气还原成金属钼)，即制得含金属钼和氧化镧添加剂的银镍烧结坯；

7)将步骤6)所得的坯体在挤压机上进行热挤压成线材或板材，热挤压温度为900℃，挤压比为200；线材再按常规拉拔工艺进行拉拔加工至所需尺寸。

实施例3

1)按照制备10kg的Ag-20Ni-1WO₃-0.5La₂O₃材料配比计算各原料用量，称取镍粉2.0kg、偏钨酸铵0.105kg、硝酸镧0.133kg、银粉7.85kg，备用；

2)取偏钨酸铵、硝酸镧用1.5L水溶解，配成偏钨酸铵和硝酸镧的水溶液，将镍粉浸入偏钨酸铵和硝酸镧的水溶液中，将水溶液用低速搅拌机进行混料处理(时间为1h，转数为40r/min)，得到偏钨酸铵、硝酸镧均匀分布的镍粉浆料；

3)将偏钨酸铵、硝酸镧均匀分布的镍粉浆料在200℃下干燥5h，通过破碎机进行破碎，对破碎粉末进行筛分(过200目筛)后，即得到偏钨酸铵、硝酸镧均匀分布的镍粉；

4)将偏钨酸铵、硝酸镧均匀分布的镍粉与银粉用V型混料器进行混粉，控制转速25r/min，混粉时间为4h，得到偏钨酸铵、硝酸镧均匀分布的混合粉料；

5)将所得混合粉料在等静压压强为150MPa下压制成坯体；

6)所得坯体在氮气下940℃烧结6h(在此过程中偏钨酸铵和硝酸镧分别分解成氧化钨和氧化镧)，即制得含氧化钨和氧化镧添加剂的银镍烧结坯；

7)将步骤6)所得的坯体在挤压机上进行热挤压成板材，热挤压温度为880℃，挤压比为220；线材再按常规拉拔工艺进行拉拔加工至所需尺寸。

实施例4

1)按照制备10kg的Ag-10Ni-1Cu-1.5ZnO材料配比计算各原料用量，称取镍粉1.0kg、硝酸铜0.303kg、硝酸锌0.55kg、银粉8.75kg，备用；

2)取硝酸铜和硝酸锌用1.5L水溶解，配成硝酸铜和硝酸锌的水溶液，将银粉浸入硝酸铜和硝酸锌的水溶液中，将水溶液用低速搅拌机进行混料处理(时间为0.5h，转数为20r/min)，得到硝酸铜和硝酸锌均匀分布的银粉浆料；

3)将硝酸铜和硝酸锌均匀分布的银粉浆料在120℃下干燥10h，通过破碎机进行破碎，对破碎粉末进行筛分(过100目筛)后，即得到硝酸铜和硝酸锌均匀分布的银粉；

4)将硝酸铜和硝酸锌均匀分布的银粉与镍粉用V型混料器进行混粉，控制转速30r/min，混粉时间为3h，得到硝酸铜和硝酸锌均匀分布的混合粉料；

5)将所得混合粉料在等静压压强为200MPa下压制成坯体；

6)所得坯体在氢气下930℃烧结8h(在此过程中硝酸铜和硝酸锌首先分解成氧化铜和氧化锌，随后氧化铜被氢气还原成金属铜)，即制得含金属铜和氧化锌添加剂的银镍烧结坯；

7)将步骤6)所得的坯体在挤压机上进行热挤压成线材，热挤压温度为860℃，挤压比为200；线材再按常规拉拔工艺进行拉拔加工至所需尺寸。

实施例5

1)按照制备10kg的Ag-20Ni-5W材料配比计算各原料用量，称取镍粉2.0kg、偏钨酸铵0.522kg、银粉7.5kg，备用；

2)取偏钨酸铵用3L水溶解，配成偏钨酸铵的水溶液，将镍粉浸入偏钨酸铵的水溶液中，将上述混合物用低速搅拌机进行混料处理(时间为1h，转数为30r/min)，得到偏钨酸铵均匀分布的镍粉浆料；

3)将偏钨酸铵均匀分布的镍粉浆料在120℃下干燥10h，通过破碎机进行破碎，对破碎粉末进行筛分(过160目筛)后，即得到偏钨酸铵均匀分布的镍粉；

4)将偏钨酸铵均匀分布的镍粉与银粉用三维混料器进行混粉，控制转速25r/min，混粉时间为4h，得到偏钨酸铵均匀分布的混合粉料；

5)将所得混合粉料在等静压压强为150MPa下压制成坯体；

6)所得坯体在氢气气氛下940℃烧结6h(在此过程中偏钨酸铵首先分解成氧化钨，随后氧化钨被氢气还原成钨)，即得到含钨添加剂的银镍烧结坯；

7)将步骤6)所得的坯体在挤压机上进行热挤压成线材，热挤压温度为880℃，挤压比为250；线材再按常规拉拔工艺进行拉拔加工至所需尺寸。

为验证添加的氧化物分布均匀性，对所得的Ag-20Ni-5W丝材进行区域扫描电镜能谱分析，具体如图1所示。在图1中任取三个区域(区域1、区域2和区域3)进行元素成分分析，结果如下述表1所示。

表1三个区域的扫描电镜能谱分析（重量百分比）

	Ag	Ni	W
				区域1	75.12%	19.86%	4.87%
区域2	74.98%	20.17%	4.81%
				区域3	75.31%	19.74%	4.82%

通过上述三个区域的元素成份分析可知添加剂W在基体中分布均匀，成份含量符合要求。

对比例1

1)对比试验条件为保证与实施例5触头银含量一致，称取7.5kg纯银粉和2.5kg镍粉，用三维混料器进行混粉，控制转速25r/min，混粉时间为4h，得到混合粉料；

2)余下步骤按以上实施例5中的5）、6)、7）相同工艺制备成AgNi(25)线材。

将实施例5、对比例1制备的φ1.40mm线材分别加工成规格为3×0.8+1.5×1.5（单位：mm）的整体铆钉型触头，装配在触头电性能模拟试验机上，于220VAC、30A、阻性负载条件下进行触头电寿命对比试验，每种材料同时试验三对触头，试验结果见表2。

表2：实施例5及对比例1制备的AgNi铆钉型触头的电寿命

由表2的试验结果可以看出，在相同的试验条件下，银含量成份相同，与对比例1制备的材料相比，实施例5制备的Ag-20Ni-5W材料不仅具有更高的电寿命，而且电寿命波动较小，表明采用本发明的方法制备的含添加剂AgNi触头材料具有更良好且稳定的电气性能。

实施例6

1)按照制备Ag-5Ni-1.5La₂O₃-1CeO₂-1Er₂O₃材料配比计算各原料用量，称取镍粉0.5kg、硝酸镧0.399kg、硝酸铈0.252kg、硝酸铒0.232kg、银粉9.15kg，备用；

2)取硝酸镧、硝酸铈和硝酸铒用2L无水乙醇溶解，配成硝酸锗和硝酸铈的乙醇溶液，将镍粉浸入硝酸镧、硝酸锗和硝酸铈的乙醇溶液中，将乙醇溶液用低速搅拌机进行混料处理(时间为1h，转数为30r/min)，得到硝酸镧、硝酸铈和硝酸铒均匀分布的镍粉浆料；

3)将硝酸镧、硝酸铈和硝酸铒均匀分布的镍粉浆料在80℃下干燥5h，通过破碎机进行破碎，对破碎粉末进行筛分(过120目筛)后，即得到硝酸镧、硝酸铈和硝酸铒均匀分布的镍粉；

4)将硝酸镧、硝酸铈和硝酸铒均匀分布的镍粉与银粉用三维混料器进行混粉，控制转速25r/min，混粉时间为4h，得到硝酸镧、硝酸铈和硝酸铒均匀分布的混合粉料；

5)所得混合粉料在等静压压强为150MPa下压制成坯体；

6)所得坯体在氮气下940℃烧结6h(在此过程中硝酸镧、硝酸铒和硝酸铈分别分解成氧化镧、氧化铒和氧化铈)，即制得含氧化镧、氧化铒和氧化铈添加剂的银镍烧结坯；

7)将步骤6)所得的坯体在挤压机上进行热挤压成线材，热挤压温度为830℃，挤压比为200；线材再按常规拉拔工艺进行拉拔加工至所需尺寸。

为验证添加的氧化物分布均匀性，对所得的Ag-5Ni-1.5La₂O₃-1CeO₂-1Er₂O₃丝材进行区域扫描电镜能谱分析，具体如图2所示。在图2中任取三个区域(区域1、区域2和区域3)进行元素成分分析，结果如下述表3所示。

表3三个区域的扫描电镜能谱分析（重量百分比）

	Ag	Ni	La	Ce	Er
						区域1	91.7%	4.97%	1.45%	0.87	0.91
区域2	91.4%	5.12%	1.47%	0.89	0.89
						区域3	91.5%	5.08%	1.51%	0.91	0.93

通过上述三个区域的元素成份分析可知添加剂La₂O₃、CeO₂和Er₂O₃在基体中分布均匀，成份含量符合要求。

对比例2

1)对比试验条件为保证与实施例6触头银含量一致，称取9.15kg纯银粉和0.85kg镍粉，用三维混料器进行混粉，控制转速25r/min，混粉时间为4h，得到混合粉料；

2)余下步骤按以上实施例6中的5）、6)、7）相同工艺制备成AgNi(8.5)线材。

将实施例6、对比例2制备的φ1.40mm线材分别加工成规格为3×0.8+1.5×1.5（单位：mm）的整体铆钉型触头，装配在触头电性能模拟试验机上，于220VAC、25A、阻性负载条件下进行触头电寿命对比试验，每种材料同时试验三对触头，试验结果见表4。

表4实施例6及对比例2制备的AgNi铆钉型触头的电寿命

由表4的试验结果可以看出，在相同的试验条件下，银含量成份相同，与对比例2制备的材料相比，实施例6制备的Ag-5Ni-1.5La₂O₃-1CeO₂-1Er₂O₃材料不仅具有更高的电寿命，而且电寿命波动较小，表明采用本发明的方法制备的含添加剂AgNi触头材料具有更良好且稳定的电气性能。

Claims

1.一种含添加剂银镍电触头材料的制备方法，包括以下步骤：

4)将所得复合粉末与镍粉或银粉混合均匀，经等静压成型、烧结、挤压工序，即得到银镍电触头材料。

2.根据权利要求1所述的含添加剂银镍电触头材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，需要制备的银镍电触头材料中，镍含量为5～30wt%，添加剂以金属单质和/或金属氧化物计其总含量为0.5～5wt%，余量为银。

3.根据权利要求1所述的含添加剂银镍电触头材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，银粉或镍粉在水溶液或乙醇溶液中所占的比例为5～40wt%。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的含添加剂银镍电触头材料的制备方法，其特征在于：用仲钨酸铵代替偏钨酸铵。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的含添加剂银镍电触头材料的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述的烧结在氮气或惰性气体环境下烧结，在烧结过程中含添加元素的盐类化合热分解成相应的氧化物，最终得到含金属氧化物添加剂的银镍电触头材料。

6.据权利要求1～3中任一项所述的含添加剂银镍电触头材料的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述的烧结在氢气环境下烧结，在烧结过程中含添加元素的盐类化合物首先热分解成相应的氧化物，部分氧化物经过氢气还原得到相应的金属单质，最终得到含金属单质添加剂的银镍电触头材料，或者是得到同时含金属单质和金属氧化物添加剂的银镍电触头材料。