CN104493177A - 一种片状银钨电触头材料的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种片状银钨电触头材料的加工方法，具体为：按照所需要制备的银钨电触头的材料配比分别计算所需的三氧化钨粉和硝酸银的用量，并计算氢氧化钠的用量，称取备用；取硝酸银配成20～40w/w％的硝酸银溶液，将三氧化钨粉和硝酸银溶液混合均匀，得到含硝酸银和三氧化钨的悬浮液；取氢氧化钠配成10～30w/w％的氢氧化钠溶液，加入到上述悬浮液中搅拌反应，有沉淀生成，过滤，得到氧化银和三氧化钨的复合粉末；所得复合粉末水洗至中性，干燥、焙烧，所得银氧化钨复合粉等静压成型、烧结，所得坯锭经热挤压、机加工，再进行还原，最后进行复压，即得。本发明所述方法工艺简单、环保，所得材料金相组织均匀。

Description

一种片状银钨电触头材料的加工方法

技术领域

本发明涉及一种片状银钨电触头材料的加工方法，属于金属基复合材料领域。

背景技术

银钨电触头由于具有良好的导热导电性能、耐电磨损性能、抗熔焊性能和抗氧化性能等优点而被广泛应用在各种家用电器中。目前银钨电触头的制备方法主要有熔渗法和固相法两种，其中：采用熔渗法制备的银钨电触头密度和硬度高，金相组织比较均匀，而且还具有良好的电性能，但该种方法的工艺比较复杂，工序长，生产成本相对较高；固相法制备银钨电触头的方法虽具有生产工艺简单、成本较低的优点，但所得触头材料的金相组织不够均匀，影响触头的抗熔焊性能，从而影响电器的使用寿命。如何在提高效率、不明显增加成本的前提下，制备电性能与组织性能优良的银钨材料，成为目前研究的难点与热点。

公开号为CN102392170A的发明专利公开了一种制造银钨复合触头材料的加工方法，该方法是将钨粉置于反应器皿中加水及适量的还原剂(水合肼或甲醛)后，在搅拌情况下喷入银氨络合溶液，反应生成银钨包覆粉，清洗干净的银钨包覆粉经过高能球磨处理和去应力处理后初压成型，然后在还原性保护气氛下经预烧结、熔渗烧结、复压成银钨复合材料。该发明所述技术方案中，由于钨粉的密度很高(19.25g/cm³)，与反应生成的银粉的密度(10.5g/cm³)相差太大，在反应过程中很难将其充分搅拌均匀，因而存在钨粉抱团聚集的现象，影响所得触头材料的金相组织均匀性；另外，上述技术方案中采用水合肼或甲醛为还原剂，不仅对生产操作人员的健康有影响，还存在环境污染的问题，不利于社会的可持续发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、对生产操作人员及环境影响小的片状银钨电触头材料的制备方法，由该方法制得的片状银钨电触头材料金相组织更为均匀。

本发明所述的片状银钨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钨电触头的材料配比计算所需的三氧化钨粉和硝酸银的用量，并根据硝酸银的用量计算硝酸银和氢氧化钠反应生成氧化银所需的氢氧化钠的用量，称取备用；取硝酸银用水溶解配成20～40w/w％的硝酸银溶液，将三氧化钨粉和硝酸银溶液置于反应器中，搅拌均匀，得到含硝酸银和三氧化钨的悬浮液；

2)取氢氧化钠配成10～30w/w％的氢氧化钠溶液，加入到步骤1)所得的悬浮液中搅拌反应，有沉淀生成，过滤，得到氧化银和三氧化钨的复合粉末；

3)将所得的氧化银和三氧化钨的复合粉末水洗至中性，干燥、粉碎后进行焙烧，然后粉碎，得到银氧化钨复合粉；

4)将所得的银氧化钨复合粉等静压成型，然后再置于含氧气氛中烧结，得到银氧化钨坯锭；

5)所得银氧化钨坯锭经热挤压、机加工，得到片状银氧化钨触头材料；

6)将所得片状银氧化钨触头材料置于还原气氛中进行还原，然后在油压机中进行复压，即得到片状银钨电触头材料。

本发明以氢氧化钠与含三氧化钨粉的硝酸银悬浮液反应得到氧化银和三氧化钨的复合粉，由于三氧化钨粉的密度(7.16g/cm³)与反应生成的氧化银(7.143g/cm³)的密度相接近，因而可以使三氧化钨粉和氧化银混合得更均匀，使得三氧化钨粉更为均匀地分布在氧化银基体中；另一方面由于三氧化钨粉和氧化银的密度远远小于钨粉的密度，这改善了现有技术中将钨粉与形成的银粉因密度差异过大而导致的搅拌不均匀进而产生的钨粉抱团聚集现象(即所得电触头材料金相组织不均匀现象)，使反应得到的银氧化钨复合粉中的三氧化钨分布更为弥散、均匀，而且省略了现有技术中的高能球磨工序，使得制备工艺更为简单。

上述制备方法的步骤1)中，所述的需要制备的银钨电触头的材料中，钨含量为1～50wt％，余量为银。该步骤中，所述三氧化钨粉通常采用平均粒度为1～10μm的三氧化钨粉，优选采用2～3μm的粉末；优选是将硝酸银配制成30～40w/w％的硝酸银溶液，更优选是配制成30～35w/w％的硝酸银溶液，这样可以使所得电触头材料的金相组织更为均匀。该步骤中，氢氧化钠的用量通常为硝酸银用量的4/17～5/17，更优选为4.4/17。

上述制备方法的步骤2)中，所述的氢氧化钠溶液为氢氧化钠水溶液，一般情况下，氢氧化钠溶液的加入速度优选为0.1～1L/min；所述氢氧化钠溶液的浓度优选为15～25w/w％，这样可以使所得电触头材料的金相组织更为均匀。该步骤中，搅拌反应通常在常温条件下进行，搅拌反应的时间通常为0.3～1h。

上述制备方法的步骤3)中，干燥和粉碎的操作与现有技术相同，本申请中，优选干燥在100～150℃条件下直至将氧化银和三氧化钨的复合粉末烘干即可，通常需要12～18h的时间；通常是将干燥后的氧化银和三氧化钨的复合粉末粉碎后过100～200目筛网，取筛下物进入下一道工序。该步骤中，所述的焙烧通常是在400～500℃温度条件下焙烧2～6h，然后粉碎(至少过100目筛)，得到银氧化钨复合粉。

上述制备方法的步骤4)中，所述的等静压成型和烧结操作与现有常规操作相同，具体地，等静压成型的成型压力通常为100～150MPa；烧结的温度通常为880～920℃，时间通常为4～8h。

上述制备方法的步骤5)中，所述的热挤压和机加工操作与现有常规操作相同，具体地，热挤压的温度通常为750～900℃，挤压比为9～20。

上述制备方法的步骤6)中，所述还原气氛通常为氢气气氛，通常是将片状银氧化钨触头材料置于氢气气氛中于600～900℃温度条件下还原8～15h，以得到片状银钨电触头材料；在油压机中复压时，所述复压的压力为12～18T/cm²。

与现有技术相比，本发明的特点在于：

1、以氢氧化钠与含三氧化钨粉的硝酸银悬浮液反应得到氧化银和三氧化钨的复合粉，由于三氧化钨粉的密度(7.16g/cm³)与反应生成的氧化银(7.143g/cm³)的密度相接近，因而可以使三氧化钨粉和氧化银混合得更均匀，使得三氧化钨粉更为均匀地分布在氧化银基体中；另一方面由于三氧化钨粉和氧化银的密度远远小于钨粉的密度，这改善了现有技术中将钨粉与形成的银粉因密度差异过大而导致的搅拌不均匀进而产生的钨粉抱团聚集现象(即所得电触头材料金相组织不均匀现象)，使反应得到的银氧化钨复合粉中的三氧化钨分布更为弥散、均匀，而且省略了现有技术中的高能球磨工序，使得制备工艺更为简单，生产成本更低；

2、不使用水合肼或甲醛，极大程度地减少了生产对操作人员身体的影响，并有效减少了对环境的污染；

3、采用热挤压、机加工银钨电触头，可以使银钨电触头的密度、硬度和电导率等性能得到大幅度提高。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的电触头产品的金相组织图(200×)；

图2为采用常规固相烧结法制备的Ag-W(30)产品的金相组织图(200×)；

图3为本发明实施例2制得的电触头产品的金相组织图(200×)。

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

1)首先按照制备10kg Ag-W(30)材料配比计算所需三氧化钨粉及硝酸银用量，称取三氧化钨粉3.783kg及硝酸银11.012kg，再称取氢氧化钠2.85kg，备用，其中三氧化钨粉采用平均粒度为2～3μm的粉末；将称取的硝酸银用水溶解配成33w/w％的硝酸银溶液，将称取的三氧化钨粉和配制的硝酸银溶液置于反应器中，搅拌均匀(搅拌120min)，得到含硝酸银和三氧化钨的悬浮液；

2)取氢氧化钠配成20w/w％的氢氧化钠溶液，搅拌条件下，向上述含硝酸银和三氧化钨的悬浮液中加入20w/w％的氢氧化钠溶液(滴加速度为1L/min)，反应0.6h，过滤后得到氧化银和三氧化钨的复合粉末；

3)将上述反应得到的氧化银和三氧化钨的复合粉末用去离子水在离心甩干机上清洗至中性，随后置于烘箱中于120℃温度条件下烘干15h，取出，将烘干的氧化银和三氧化钨复合粉末置于双锥混料器中破碎(转速25r/min，时间1h)，所得粉末置于地坑炉中于450℃温度条件下焙烧4h，取出后置于双锥混料器中破碎(转速25r/min，时间1h)，然后粉过200目筛网，得到银氧化钨复合粉；

4)将上述所得的银氧化钨复合粉在等静压机上成型(成型压力为100MPa)，并将成型后的坯块置于空气气氛中以880℃温度烧结6h，得到银氧化钨坯锭；

5)将所得的银氧化钨坯锭热挤压加工成棒材，热挤压温度为850℃，模具预热温度为150℃，挤压比为10；然后将棒材经多次加工，得到片状银氧化钨触头；

6)将所得片状银氧化钨触头置于氢气气氛中以800℃温度还原8h，然后将还原后的片状银钨电触头置于油压机中复压，复压的压力为15T/cm²，得到片状银钨(Ag-W(30))电触头材料。

对所得触头材料进行金相组织分析，如图1所示，与采用常规固相烧结法制备的Ag-W(30)产品的金相组织(如图2所示)对比，可知由本申请技术方案制备的Ag-W(30)产品的金相组织更弥散均匀。

实施例2

1)首先按照制备10kg Ag-W(50)材料配比计算所需三氧化钨粉及硝酸银用量，称取三氧化钨粉6.304kg及硝酸银7.87kg，再称取氢氧化钠2.04kg，备用，其中三氧化钨粉采用平均粒度为2～3μm的粉末；将称取的硝酸银用水溶解配成20w/w％的硝酸银溶液，将称取的三氧化钨粉和配制的硝酸银溶液置于反应器中，搅拌均匀(搅拌80min)，得到含硝酸银和三氧化钨的悬浮液；

2)取氢氧化钠配成30w/w％的氢氧化钠溶液，搅拌条件下，向上述含硝酸银和三氧化钨的悬浮液中加入30w/w％的氢氧化钠溶液(滴加速度为0.5L/min)，反应0.3h，过滤后得到氧化银和三氧化钨的复合粉末；

3)将上述反应得到的氧化银和三氧化钨的复合粉末用去离子水在离心甩干机上清洗至中性，随后置于烘箱中于100℃温度条件下烘干18h，取出，将烘干的氧化银和三氧化钨复合粉末置于双锥混料器中破碎(转速25r/min，时间1h)，所得粉末置于地坑炉中于400℃温度条件下焙烧6h，取出后置于双锥混料器中破碎(转速25r/min，时间1h)，然后粉过200目筛网，得到银氧化钨复合粉；

4)将上述所得的银氧化钨复合粉在等静压机上成型(成型压力为150MPa)，并将成型后的坯块置于空气气氛中以920℃温度烧结8h，得到银氧化钨坯锭；

5)将所得的银氧化钨坯锭热挤压加工成棒材，热挤压温度为880℃，模具预热温度为150℃，挤压比为10；然后将棒材经多次加工，得到片状银氧化钨触头；

6)将所得片状银氧化钨触头置于氢气气氛中以800℃温度还原15h，然后将还原后的片状银钨电触头置于油压机中复压，复压的压力为18T/cm²，得到片状银钨(Ag-W(50))电触头材料。

对所得触头材料进行金相组织分析，如图3所示，结果显示本申请技术方案制备的Ag-W(50)产品中钨颗粒在银基体中分布均匀。

实施例3

重复实施例1的方法，不同的是：

步骤1)中，按照制备10kg Ag-W(1)材料配比计算所需三氧化钨粉及硝酸银用量并称取备用，同时称取适量的氢氧化钠备用，其中三氧化钨粉采用平均粒度为3～5μm的粉末，将称取的硝酸银用水溶解配成40w/w％的硝酸银溶液；

步骤2)中，氢氧化钠溶液的浓度为15w/w％，用量为26.89L(滴加速度为0.8L/min)；

步骤3)中，焙烧的温度为500℃，时间为5h；

步骤4)中，烧结的温度为900℃，时间为4h。

实施例4

重复实施例1的方法，不同的是：

重复实施例1的方法，不同的是：

步骤1)中，按照制备10kg Ag-W(5)材料配比计算所需三氧化钨粉及硝酸银用量并称取备用，同时称取适量的氢氧化钠备用，其中三氧化钨粉采用平均粒度为5～8μm的粉末，将称取的硝酸银用水溶解配成35w/w％的硝酸银溶液；

步骤2)中，氢氧化钠溶液的浓度为25w/w％，用量为15.48L(滴加速度为0.3L/min)。

将实施例1制得的触头材料进行性能检测，并与现有常规固相烧结法制得的银钨触头产品进行比较，结果如下述表1所示：

表1 实施例1与现有常规固相烧结法制备的片材产品性能

由表1可知，本申请技术方案制备的银钨触头材料的性能优于现有常规固相烧结法制备的银钨触头材料性能。

Claims (5)

1.一种片状银钨电触头材料的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

1)按照所需要制备的银钨电触头的材料配比计算所需的三氧化钨粉和硝酸银的用量，并根据硝酸银的用量计算硝酸银和氢氧化钠反应生成氧化银所需的氢氧化钠的用量，称取备用；取硝酸银用水溶解配成20～40w/w％的硝酸银溶液，将三氧化钨粉和硝酸银溶液置于反应器中，搅拌均匀，得到含硝酸银和三氧化钨的悬浮液；

2)取氢氧化钠配成10～30w/w％的氢氧化钠溶液，加入到步骤1)所得的悬浮液中搅拌反应，有沉淀生成，过滤，得到氧化银和三氧化钨的复合粉末；

3)将所得的氧化银和三氧化钨的复合粉末水洗至中性，干燥、粉碎后进行焙烧，然后粉碎，得到银氧化钨复合粉；

4)将所得的银氧化钨复合粉等静压成型，然后再置于含氧气氛中烧结，得到银氧化钨坯锭；

5)所得银氧化钨坯锭经热挤压、机加工，得到片状银氧化钨触头材料；

6)将所得片状银氧化钨触头材料置于还原气氛中进行还原，然后在油压机中进行复压，即得到片状银钨电触头材料。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：步骤1)中，需要制备的银钨电触头材料中，钨含量为1～50wt％，余量为银。

3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：步骤1)中，取硝酸银用水溶解配成30～40w/w％的硝酸银溶液。

4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：步骤1)中，氢氧化钠的用量为硝酸银用量的4/17～5/17。

5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：步骤2)中，氢氧化钠溶液的浓度为15～25w/w％。