CN104313364A - 一种氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺 - Google Patents
一种氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种氧化-还原交替方法制备氧化物颗粒细小的银氧化锡电接触材料。步骤包括熔炼、表面处理、挤压、拉拔、冲断、氧化-还原交替、压锭、烧结、挤压、拉拔，所述添加物包括Ce、La、Dy、Ge中的两种或两种以上，以重量百分比计，Ag85-90%，Sn3-13%，In2-3%，Ce0-1.0%，La0-1.0%、Dy0-1.0%、Ge0-1.0%。本发明的应用，使得氧可以充分、快速通过晶界扩散至内部，氧化速率大大增加，氧化物颗粒尺寸急剧减小。采用该方法制备的银氧化锡电接触材料中氧化物颗粒细小，电接触材料的可靠性、稳定性以及抗熔焊性能等得到了显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及电工材料，具体是指一种氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺。
背景技术
电接触材料是开关、继电器、起动器及仪器仪表等的核心组件和关键材料，负担接通、断开电路及负载电流的任务，触点材料的性能决定了开关、继电器等设备接触的可靠性和稳定性。现代的电接触材料以银氧化锡电接触材料为主。
而内氧化工艺是制备银氧化锡电接触材料最常用的方法之一，通过相关文献，检索到的相关专利如下：
(1)专利CN1053509，电接触材料的内氧化方法和由该方法生产的材料；
(2)专利CN102154572A，一种梯度内氧化法制备银氧化锡氧化铟电接触材料的工艺方法及其材料；
(3)CN103700544A，一种组织均匀银氧化锡电接触材料的制备方法。
专利(1)成分中添加少量锆，在高压氧气气氛中(10至200atm)内氧化，氧化物颗粒分布均匀；专利(2)通过梯度内氧化工艺解决了内氧化过程中的Ag聚集问题；专利(3)采用机械方法去除了表面银聚集和氧化物聚集，提高了组织均匀性，从而提高了其抗材料转移性能。
上述文献均未涉及到通过氧化-还原交替方法细化氧化物颗粒从而提高电接触材料的电性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种氧化-还原交替方法获得氧化物颗粒细小的银氧化锡电接触材料的工艺，从而提高触点材料接触的可靠性、稳定性及抗熔焊性能。
为实现上述第一个目的，本发明的技术方案是氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）将银锭、锡锭、铟锭放入中频熔炼炉熔炼，并加入添加物，得到铸锭，然后将铸锭进行表面处理；
（2）将步骤（1）处理后的铸锭热加工成丝材；
（3）将步骤（2）热加工后的丝材冷加工成小规格丝材，然后将丝材冲断；
（4）将步骤（3）制备的丝材交替置入有氧环境、有氢气环境中进行氧化、还原反应，最后置入有氧环境进行最终氧化反应；
（5）将步骤（4）处理后的丝材压锭，得到丝材坯锭，然后烧结、复压，得到丝材终锭；
（6）将步骤（5）处理后的丝材终锭热加工成丝材。
进一步设置是所述步骤（1）所述添加物为Ce、La、Dy、Ge中的三种或三种以上。
进一步设置是所述银锭、锡锭、铟锭以及添加物的重量百分比为，Ag 85-90%，Sn 3-13%，In 2-3%，Ce 0-3.0%，La 0-3.0%、Dy 0-3.0%、Ge 0-3.0%、Mo 0-3.0%、Zn 0-3.0%、Sb 0-3.0%、Bi 0-3%、V 0-3.0%、Ti 0-3.0%、Sc 0-3.0%、Ga 0-3.0%、Tc 0-3.0%、Ru 0-3.0%、Ta 0-3.0%。
进一步设置是所述步骤（2）的热加工成丝材的参数为：挤压加热温度为660-770℃，保温时间3-6h，丝材直径4mm。
进一步设置是所述步骤（3）的冷加工为丝材拉拔方式，丝材冲断后长度为20-30mm。
进一步设置是所述步骤（4）的有氧环境中氧化温度为650-850℃，氧化时间为2-4h，氧压为2MPa-10MPa的氧气环境中。
进一步设置是所述步骤（4）中所述的有氢气环境为氢气流量为0.5-2m3/h，还原温度为750-850℃，时间为0.5-2h，交替置入有氧、有氢气环境中5-10次，最后置入有氧环境中。
进一步设置是所述步骤（5）丝材坯锭直径80-85mm，压力50-60MPa，烧结温度为750-900℃，时间1-10h。丝材终锭直径为80-85mm，压力50-60MPa。
本发明的创新机理和有益效果是：
在制备银氧化锡电接触材料中，核心步骤为AgSn丝材内氧化-还原交替进行，区别于常规内氧化工艺的内氧化步骤，AgSn丝材内氧化后表层出现了氧化物连续膜，同时氧化层阻碍氧向未氧化区域扩散，氧化速度显著降低，通过还原步骤，使得氧化物连续膜还原成AgSn合金，而丝材内部的还原反应优先在晶界处发生，这样再次氧化过程中氧更易通过晶界扩散至丝材内部，使得氧化物颗粒细小。氧化-还原交替方法的应用，使得氧可以充分、快速通过晶界扩散至内部，氧化速率大大增加，氧化物颗粒尺寸急剧减小。采用该方法制备的银氧化锡电接触材料中氧化物颗粒细小，电接触材料的可靠性、稳定性以及抗熔焊性能等得到了显著提高。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。
附图说明
图1 本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例一：
(1)将Ag锭、Sn锭、In锭、添加物（Ce、La、Ta）放入中频感应炉进行熔炼，成分配比为Ag85Sn10In3Ce1La0.8Ta0.2（以重量百分比计）浇注成圆锭，然后用车床去除表面氧化皮3mm；
(2)挤压，加热温度660℃，保温6h，得到Φ4mm的丝材；
(3)拉拔到Φ2.3mm后冲断，其中冲断后丝材长度为30mm；
(4)内氧化温度为850℃，氧压2MPa，时间2h；还原温度为750℃，时间2h，氢气流量2m3/h；氧化-还原交替5次，最后在温度为850℃，氧压2MPa，时间2h条件下氧化；
(5)丝材坯锭直径80mm，压力50MPa，烧结温度900℃，保温1h，丝材终锭直径为80mm，压力50MPa；
(6)挤压加热温度为900℃，保温时间5h，得到Φ5mm丝材，然后热拉拔至丝材成品Φ2.0mm；
(7)将上述规格丝材制打成铆钉，并进行电性能试验，试验条件：感性负载，AC 220V，2A，通1s断1s，试验次数130万次。
材料物理性能对比及两种材料试验次数如下表所示。
本发明材料的硬度低于常规工艺制备材料的硬度，低硬度有利于触点接触的稳定性，且延伸率高，加工性能好。同时，本发明制备材料的电性能明显优于常规工艺制备材料的电性能。
实施例二：
(1)将Ag锭、Sn锭、In锭、添加物（Ce、La、Ta）放入中频感应炉进行熔炼，成分配比为Ag90Sn6In2Tc0.5Ru1Sc0.5（以重量百分比计）浇注成圆锭，然后用车床去除表面氧化皮3mm；
(2)挤压，加热温度660℃，保温6h，得到Φ4mm的丝材；
(3)拉拔到Φ2.3mm后冲断，其中冲断后丝材长度为20mm；
(4)内氧化温度为650℃，氧压10MPa，时间4h；还原温度为850℃，时间0.5h，氢气流量0.5m3/h；氧化-还原交替10次，最后在温度为650℃，氧压10MPa，时间4h条件下氧化；
(5)丝材坯锭直径85mm，压力60MPa，烧结温度750℃，保温10h，丝材终锭直径为85mm，压力60MPa；
(6)挤压加热温度为800℃，保温时间10h，得到Φ3mm丝材，然后热拉拔至丝材成品Φ2.0mm；
(7)将上述规格丝材制打成铆钉，并进行电性能试验，试验条件：阻性负载，DC 24V，2A，通1s断1s，要求试验次数130万次。
材料物理性能对比及两种材料试验次数如下表所示。
| 类别 | 硬度(HV) | 抗拉强度（MPa） | 延伸率(%) | 试验次数(次) |
| 常规工艺 | 117-119 | 392 | 14 | 78.2万 |
| 本发明 | 108-110 | 332 | 22 | 130万 |
本发明材料的硬度低于常规工艺制备材料硬度约10HV，更有利于电接触过程中触点接触的稳定性，且延伸率高，加工性能好。同时，本发明制备材料的电性能优异。
Claims (8)
1.一种氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）将银锭、锡锭、铟锭放入中频熔炼炉熔炼，并加入添加物，得到铸锭，然后将铸锭进行表面处理；
（2）将步骤（1）处理后的铸锭热挤压加工成丝材；
（3）将步骤（2）热加工后的丝材冷加工成小规格丝材，然后将丝材冲断；
（4）将步骤（3）制备的丝材交替置入有氧环境、有氢气环境中进行氧化、还原反应，最后置入有氧环境进行最终氧化反应；
（5）将步骤（4）处理后的丝材压锭，得到丝材坯锭，然后烧结、复压，得到丝材终锭；
（6）将步骤（5）处理后的丝材终锭热加工成丝材。
2.根据权利要求1所述的一种氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺，其特征在于：所述步骤（1）所述添加物为Ce、La、Dy、Ge中的三种或三种以上。
3.根据权利要求1所述的一种氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺，其特征在于：所述银锭、锡锭、铟锭以及添加物的重量百分比为，Ag 85-90%，Sn 3-13%，In 2-3%，Ce 0-3.0%，La 0-3.0%、Dy 0-3.0%、Ge 0-3.0%、Mo 0-3.0%、Zn 0-3.0%、Sb 0-3.0%、Bi 0-3%、V 0-3.0%、Ti 0-3.0%、Sc 0-3.0%、Ga 0-3.0%、Tc 0-3.0%、Ru 0-3.0%、Ta 0-3.0%。
4.根据权利要求1所述的一种氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺，其特征在于：所述步骤（2）的热加工成丝材的参数为：挤压加热温度为660-770℃，保温时间3-6h，丝材直径4mm。
5.根据权利要求1所述的一种氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺，其特征在于：所述步骤（3）的冷加工为丝材拉拔方式，丝材冲断后长度为20-30mm。
6.根据权利要求1所述的一种氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺，其特征在于：所述步骤（4）的有氧环境中氧化温度为650-850℃，氧化时间为2-4h，氧压为2MPa-10MPa的氧气环境中。
7.根据权利要求1或6所述的一种氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺，其特征在于：所述步骤（4）中所述的有氢气环境为氢气流量为0.5-2m3/h，还原温度为750-850℃，时间为0.5-2h，交替置入有氧、有氢气环境中5-10次，最后置入有氧环境中。
8.根据权利要求7所述的一种氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺，其特征在于：所述步骤（5）丝材坯锭直径80-85mm，压力50-60MPa，烧结温度为750-900℃，时间1-10h，丝材终锭直径为80-85mm，压力50-60MPa。
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