CN104388739A - 一种银碳化钨镍触头材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种银碳化钨镍触头材料及其制备方法。所述银碳化钨镍触头材料以重量百分比计，其组成为：碳化钨20～30％、镍0.1～5％、余量为银。该材料的制备方法为：按配比称取碳化钨粉、镍粉和银粉，混合均匀，所得银碳化钨粉镍混合粉末与高纯镍球和水置于球磨机中进行球磨，球磨后的粉体经干燥、退火、成型、烧结、复压和再次退火处理，即得；所述高纯镍球与银碳化钨粉镍混合粉末的重量比为4～10∶1；所述水的用量按每1kg银碳化钨粉镍混合粉末加入130～220ml水计算；所述球磨的时间为12～48h；因球磨损耗的镍要进入到粉末中，所述称取的镍粉的重量为最终球磨后所得到的银碳化钨镍粉末中镍的重量的0～92％。

Description

一种银碳化钨镍触头材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种银碳化钨镍触头材料及其制备方法，属于金属基复合材料领域。

背景技术

现有技术中低压智能型框架式断路器所使用的触头大多是AgW50与AgNiC，其中AgW50为动触头，AgNiC为静触头。由于静触头AgNiC耐电弧侵蚀能力低，导致断路器的电寿命过短，通常电寿命难于超越1000次。而随着社会经济的发展，有许多应用场合要求智能型框架式断路器具有较高的电寿命。对此，有必要开发一种耐电弧侵蚀能力强的材料作为静触头，与AgW50动触头配对使用，以大幅度地提高智能型框架式断路器的电寿命，满足多样性应用场合的使用要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新的银碳化钨镍触头材料及其制备方法。本发明所述方法制得的银碳化钨镍触头材料的耐电弧侵蚀能力强，与现有的AgW50动触头配对使用，可以大幅度提高低压智能型框架式断路器的电寿命。

本发明所述的银碳化钨镍触头材料，以重量百分比计，其组成为：

碳化钨20～30％、镍0.1～5％、余量为银。

上述银碳化钨镍触头材料的组成优选为：碳化钨23～27％、镍1～3％、余量为银。

上述银碳化钨镍触头材料的制备方法为：按配比称取碳化钨粉、镍粉和银粉，混合均匀，所得银碳化钨粉镍混合粉末与高纯镍球和水置于球磨机中进行球磨，球磨后的粉体经干燥、退火、成型、烧结、复压和再次退火处理，得到银碳化钨镍触头材料；其中：

所述高纯镍球与银碳化钨镍混合粉末的重量比为4～10：1；

所述水的用量按每1kg银碳化钨镍混合粉末加入130～220ml水计算；

所述球磨的时间为12～48h；

因球磨损耗的镍要进入到粉末中，所述称取的镍粉的重量为最终球磨后所得到的银碳化钨镍粉末中镍的重量的0～92％。

本发明将银碳化钨镍混合粉末与高纯镍球和水按特定配比置于球磨机中进行球磨特定时间，一方面，通过球磨，碳化钨粉、镍粉和银粉的混合更为均匀；另一方面，球磨过程中，由高纯镍球上因球磨损耗的镍增加到了银碳化钨镍粉末中，而且申请人经过大量实验验证发现，当球磨时间限定在上述范围内时，增加的镍恰好占混合粉末(所述的混合粉末是指球磨前的银碳化钨镍混合粉末)总重量的0.1～0.8％；再一方面，因碳化钨颗粒的硬度比高纯镍球高得多，碳化钨粉与镍球得到充分的接触和研磨，由高纯镍球上因球磨损耗的镍均均匀地覆着到了碳化钨颗粒的表面，有效地改善了银对碳化钨的湿润性，从而提高了碳化钨颗粒与银的烧结效果，进而提高了所得触头材料的综合性能；因此，采用本发明所述方法可以制造得到具有优良的耐电弧侵蚀性的银碳化钨镍触头材料。

上述制备方法中，所述的高纯镍球为高纯度的镍球，为了尽量少地引入杂质，优选是采用镍含量≥99.9％的镍球。通常情况下，采用直径为φ6mm～φ30mm的高纯镍球。

上述制备方法中，所述碳化钨粉、镍粉和银粉的配比优选为碳化钨23～27％、镍1～3％、余量为银。

上述制备方法中，所述碳化钨粉、镍粉和银粉的粒度与现有技术相同，在本发明中，优选采用平均粒度为1～4μm的碳化钨粉，优选采用粒度为-300目的镍粉，优选采用粒度为-200目的银粉，更优选采用-100～-200目的银粉。

上述制备方法中，通常是将银粉、镍粉和碳化钨粉置于V型或双锥混料器中混合，混合的时间通常为2～3h。

上述制备方法中，对球磨后的粉体经干燥、退火、成型、烧结、复压和再次退火处理的工艺与现有技术相同，在本发明中，所述干燥、退火、成型、烧结、复压和再次退火处理的工艺参数优选为：

干燥是将球磨后的粉体置于80～150℃条件下烘干2～4h；

退火是将干燥后的粉体置于氢气或氨分解气气氛下、温度为700～750℃的条件下，保温1～3h；

成型是将退火后的粉体置于钢模中压制成压坯，成型压力为4～7T/cm²。

烧结是将压坯置于氢气或氨分解气气氛下、温度850～920℃的条件下，保温1～2h。

复压是将烧结所得的银碳化钨镍坯置于钢模中进行复压，复压压力为10～11T/cm²。

再次是将复压后的银碳化钨镍坯置于氢气或氨分解气气氛下、温度450～550℃的条件下，保温10～50min。

与现有技术相比，本发明的特点在于：采用特殊的球磨工艺使碳化钨粉与镍球得到充分的接触和研磨，不仅使碳化钨粉、镍粉和银粉的混合更为均匀，还使得由高纯镍球上因球磨损耗的镍均均匀地覆着到了碳化钨颗粒的表面，有效地改善了银对碳化钨的湿润性，从而提高了碳化钨颗粒与银的烧结效果，使所得银碳化钨镍触头不仅金相组织均匀，且致密度高、硬度高、电阻率低；再者，因碳化钨是高熔点高硬度物相，因此制得的银碳化钨镍触头材料具有优良的耐电弧侵蚀性。

附图说明

图1为本发明实施例1制备得到的触头材料的金相组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容,但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

选取平均粒度1μm的碳化钨粉、-200目的银粉和-300目的镍粉，按以下重量百分比(碳化钨25％、镍1.55％、余量为银)称取总重量为20kg的银碳化钨镍粉末，将粉末放入30升V型混料器混合2.5小时，将混合后的银碳化钨镍粉末、180kg的φ6mm的高纯镍球、4400ml去离子水一起放入100升的滚筒球磨机内进行球磨(转速为45转/分)，球磨时间30小时，取出粉料于120℃下烘干3小时(经检测，所得粉末材料中的镍含量为2％)，将烘干的粉末置于氢气气氛中700℃下退火2小时，用6T/cm²的压力在钢模中将退火后的粉末压成压坯，将压坯置于氢气气氛中900℃下烧结1.5小时，所得烧坯用10.5T/cm²的压力在钢模中复压，再将复压坯置于氢气气氛中500℃下退火50分钟，由此可制得银碳化钨25镍2触头，所得触头材料的金相组织图如图1所示。

将制好的静触头银碳化钨25镍2与动触头银钨50配对，安装在额定电流为1600A的低压智能型框架式断路器上进行检验，试验证实，静触头银碳化钨25镍2与动触头银钨50配对，可以满足断路器所规定的试验项目要求，断路器的电寿命大幅提高，达到8000次以上。

实施例2

选取平均粒度3μm的碳化钨粉、-100目的银粉和-300目的镍粉，按以下重量百分比(碳化钨27％、镍0.9％、余量为银)称取总重量为20kg的银碳化钨镍粉末，将粉末放入30升V型混料器混合3小时，将混合后的银碳化钨镍粉末、80kg的φ20mm的高纯镍球、3000ml去离子水一起放入100升的滚筒球磨机内进行球磨(转速为45转/分)，球磨时间12小时，取出粉料于150℃下烘干3小时，将烘干的粉末置于氢气气氛中750℃下退火1小时(经检测，所得粉末材料中的镍含量为1％)，用4T/cm²的压力在钢模中将退火后的粉末压成压坯，将压坯置于氢气气氛中920℃下烧结2小时，所得烧坯用10T/cm²的压力在钢模中复压，再将复压坯置于氢气气氛中550℃下退火40分钟，由此可制得银碳化钨27镍1触头。

实施例3

选取平均粒度1μm的碳化钨粉、-120目的银粉和-300目的镍粉，按以下重量百分比(碳化钨20％、镍4.2％、余量为银)称取总重量为20kg的银碳化钨镍粉末，将粉末放入30升V型混料器混合2小时，将混合后的银碳化钨镍粉末、200kg的φ30mm的高纯镍球、2600ml去离子水一起放入100升的滚筒球磨机内进行球磨(转速为45转/分)，球磨时间48小时，取出粉料于130℃下烘干2小时，将烘干的粉末置于氢气气氛中720℃下退火2小时，(经检测，所得粉末材料中的镍含量为5.0％)，用7T/cm²的压力在钢模中将退火后的粉末压成压坯，将压坯置于氢气气氛中850℃下烧结1.5小时，所得烧坯用11T/cm²的压力在钢模中复压，再将复压坯置于氢气气氛中450℃下退火60分钟，由此可制得银碳化钨20镍5触头。

实施例4

选取平均粒度4μm的碳化钨粉和-200目的银粉，按以下重量百分比(碳化钨30％、余量为银)称取总重量为20kg的银碳化钨粉末，将粉末放入30升V型混料器混合2.5小时，将混合后的银碳化钨粉末、200kg的φ10mm的高纯镍球、3000ml去离子水一起放入100升的滚筒球磨机内进行球磨(转速为45转/分)，球磨时间32小时，取出粉料于120℃下烘干2.5小时，将烘干的粉末置于氢气气氛中750℃下退火1.5小时，(经检测，所得粉末材料中的镍含量为0.5％)，用4.5T/cm²的压力在钢模中将退火后的粉末压成压坯，将压坯置于氢气气氛中900℃下烧结1.5小时，所得烧坯用10T/cm²的压力在钢模中复压，再将复压坯置于氢气气氛中450℃下退火50分钟，由此可制得银碳化钨30镍0.5触头。

实施例5

选取平均粒度3μm的碳化钨粉和-200目的银粉，按以下重量百分比(碳化钨30％、余量为银)称取总重量为20kg的银碳化钨粉末，将粉末放入30升V型混料器混合2.5小时，将混合后的银碳化钨粉末、80kg的φ10mm的高纯镍球、2800ml去离子水一起放入50升的滚筒球磨机内进行球磨(转速为50转/分)，球磨时间12小时，取出粉料于120℃下烘干2.5小时，将烘干的粉末置于氢气气氛中750℃下退火1.5小时，(经检测，所得粉末材料中的镍含量为0.12％)，用4.5T/cm²的压力在钢模中将退火后的粉末压成压坯，将压坯置于氢气气氛中900℃下烧结1.5小时，所得烧坯用10T/cm²的压力在钢模中复压，再将复压坯置于氢气气氛中450℃下退火50分钟，由此可制得银碳化钨30镍0.1触头。

Claims (4)

1.一种银碳化钨镍触头材料，其特征在于：以重量百分比计，其组成为：

碳化钨20～30％、镍0.1～5％、余量为银。

2.根据权利要求1所述的银碳化钨镍触头材料，其特征在于：各组分的重量百分比为：

碳化钨23～27％、镍1～3％、余量为银。

3.权利要求1所述的银碳化钨镍触头材料的制备方法，其特征在于：按配比称取碳化钨粉、镍粉和银粉，混合均匀，所得银碳化钨镍混合粉末与高纯镍球和水置于球磨机中进行球磨，球磨后的粉体经干燥、退火、成型、烧结、复压和再次退火处理，得到银碳化钨镍触头材料；其中：

所述高纯镍球与银碳化钨镍混合粉末的重量比为4～10：1；

所述水的用量按每1kg银碳化钨镍混合粉末加入130～220ml水计算；

所述球磨的时间为12～48h；

因球磨损耗的镍要进入到粉末中，所述称取的镍粉的重量为最终球磨后所得到的银碳化钨镍粉末中镍的重量的0～92％。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述高纯镍球的镍含量≥99.9％。