CN104766736B - 一种三复合触点制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三复合触点制造工艺,包括:将尾部层与铜基层进行冷压焊成型,得到双复合触点;将所述双复合触点与头部柳钉层进行高温扩散焊接,得到三复合触点,所述尾部层为Ag/Pb/纳米SnO2复合触点材料,所述头部柳钉层为添加钕铁硼的银合金。与现有技术相比,所述三复合触点的尾部层采用Ag/Pb/纳米SnO2复合触点材料,硬度高、耐磨,接触电阻小而稳定;头部柳钉层为添加钕铁硼的银合金,可以提高触点材料耐磨减摩、抗粘着熔焊、复合强度、灭弧、防止迁移烧损等性能。因此,本发明制造的三复合触点复层的复合强度高,不易脱落。
Description
技术领域
本发明涉及电器元件技术领域,尤其涉及一种三复合触点制造工艺。
背景技术
触点是各种电子元器件中常用的元件,其体积很小,但对性能要求很高。目前国内生产柳钉型电触点的技术,一般采用传统的冷镦冷压成型工艺,但是该技术工艺生产的是传统单一的触点。在实际应用中,单一的触点材料往往不具有耐电压特性、抗焊接性和耐损耗性能。
近期国外开发了三复合触点,即将原来的单体纯银或银合金铆钉型电触点结构,改制为头部和钉部采用纯银或银合金材料,中间采用纯铜材料的三层复合结构。三复合触点不仅可以解决单一触点的缺陷,同时也节约贵金属白银的使用,从而降低触点的生产成本。
柳钉型三复合触点的技术难点是铜基材料与头钉部复层和尾部复层的复合强度。由于传统冷压焊成型技术是冷压焊在压力的作用下,使金属产生塑性的变形,实现固态焊接,因此,被复合的材料必须具有塑性变形的功能,一般其复合截面的变形率需要大于65%以上才可以保证复合的强度可以达到触点的基本要求。现有技术中,柳钉型三复合触点由于材料和结构的限制,头钉部材料的加工塑性变形量难以达到这个要求,所以复层的复合强度较低,易出现复层脱落的现象。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种三复合触点制造工艺,形成的三复合触点的复层复合强度高,不易脱落。
有鉴于此,本发明提供了一种三复合触点制造工艺,包括以下步骤:将尾部层与铜基层进行冷压焊成型,得到双复合触点;将所述双复合触点与头部柳钉层进行高温扩散焊接,得到三复合触点,所述尾部层为Ag/Pb/纳米SnO2复合触点材料,所述头部柳钉层为添加钕铁硼的银合金。
优选的,所述Ag/Pb/纳米SnO2复合触点材料按照如下方法制备:将Ag、纳米SnO2包覆粉末和Pb混合,加入水后进行球磨处理,喷雾干燥,烘干后得到预制粉末;将所述预制粉末在10-30Mpa的压力下压制,保压1-2分钟,脱模后得到预制块;将所述预制块在氮气气氛下进行烧结,冷却后得到Ag/Pb/纳米SnO2复合触点材料。
优选的,所述Ag、纳米SnO2包覆粉末和Pb的质量比为85∶10∶5。
优选的,所述烧结步骤具体为:在氮气气氛下,将预制块以4-6℃/分钟的速率升温至600-800℃,烧结1-2小时;然后以5-8℃/分钟的速率升温至900-1000℃,烧结2-3小时。
优选的,所述纳米SnO2包覆粉末按照如下方法制备:将四氯化锡和四氯化钛加入至乙醇水溶液中,加入聚乙二醇,加热至20-40℃,搅拌后滴加氨水溶液至pH为6-8,反应后陈化、洗涤、烘干、研磨得到凝胶;将所述凝胶溶于水中,加入硝酸银,搅拌后加入水合肼,滴加氨水,得到包覆SnO2粉末的颗粒沉淀物,清洗,烘干后得到纳米SnO2包覆粉末。
优选的,所述添加钕铁硼的银合金按照如下方法制备:将质量比为1∶10的铁硼粉末和银粉混合,烘干后压制、烧结、挤压,得到添加钕铁硼的银合金。
优选的,压制压力为100-400MPa,压力保持时间为2-3分钟。
优选的,烧结工艺为:在氮气气氛下烧结,炉温升温速率为5-8℃/分钟,烧结温度为780-850℃,保温时间为1-2小时。
优选的,所述高温扩散焊接步骤具体为:将所述双复合触点与头部柳钉层在真空扩散焊接设备中进行高温扩散焊接,振荡动率为30kW,加热温度为800-1000℃,炉温均匀性为1000℃,感应加热圈采用冷却水循环冷却,真空度为1.2×10-3Pa,时间为5-10min。
优选的,高温扩散焊接后还包括低温扩散均匀化处理,均匀化处理的温度为200-500℃,均匀化处理的时间10-30min。
本发明提供了一种三复合触点制造工艺,包括:将尾部层与铜基层进行冷压焊成型,得到双复合触点;将所述双复合触点与头部柳钉层进行高温扩散焊接,得到三复合触点,所述尾部层为Ag/Pb/纳米SnO2复合触点材料,所述头部柳钉层为添加钕铁硼的银合金。与现有技术相比,所述三复合触点的尾部层采用Ag/Pb/纳米SnO2复合触点材料,硬度高、耐磨,接触电阻小而稳定;头部柳钉层为添加钕铁硼的银合金,可以提高触点材料耐磨减摩、抗粘着熔焊、复合强度、灭弧、防止迁移烧损等性能。因此,本发明制造的三复合触点复层的复合强度高,不易脱落。
具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种三复合触点制造工艺,包括以下步骤:将尾部层与铜基层进行冷压焊成型,得到双复合触点;将所述双复合触点与头部柳钉层进行高温扩散焊接,得到三复合触点,所述尾部层为Ag/Pb/纳米SnO2复合触点材料,所述头部柳钉层为添加钕铁硼的银合金。
作为优选方案,所述Ag/Pb/纳米SnO2复合触点材料按照如下方法制备:将Ag、纳米SnO2包覆粉末和Pb混合,加入水后进行球磨处理,喷雾干燥,烘干后得到预制粉末;将所述预制粉末在10-30Mpa的压力下压制,保压1-2分钟,脱模后得到预制块;将所述预制块在氮气气氛下进行烧结,冷却后得到Ag/Pb/纳米SnO2复合触点材料。所述Ag、纳米SnO2包覆粉末和Pb的质量比优选为85∶10∶5。
在Ag/Pb/纳米SnO2复合触点材料的制备过程中,所述烧结步骤具体为:在氮气气氛下,将预制块以4-6℃/分钟的速率升温至600-800℃,烧结1-2小时;然后以5-8℃/分钟的速率升温至900-1000℃,烧结2-3小时。本发明采用的冷却速度优选为2-4℃/分钟。
作为优选方案,所述纳米SnO2包覆粉末采用溶胶凝胶法,以四氯化锡和四氯化钛为主要原料,水醇的混合溶液作为分散剂,在反应中而Ti4+进入纳米SnO2的晶格中,从而提高银氧化锡的导电性。
所述纳米SnO2包覆粉末按照如下方法制备:将四氯化锡和四氯化钛加入至乙醇水溶液中,加入聚乙二醇,加热至20-40℃,搅拌后滴加氨水溶液至pH为6-8,反应后陈化、洗涤、烘干、研磨得到凝胶;将所述凝胶溶于水中,加入硝酸银,搅拌后水合肼,滴加氨水,得到包覆SnO2粉末的颗粒沉淀物,清洗,烘干后得到纳米SnO2包覆粉末。
在上述制备过程中,所述纳米SnO2包覆粉末采用溶胶凝胶法制备,通过掺杂、包覆工艺改善银和氧化物的浸润性,加入Pb可以改善组合的均匀性、提高机械加工性能,解决Ag/SnO2触点材料的拉拔易断裂和柳钉成型工艺中的问题。本发明采用粉末冶金工艺制备Ag/Pb/纳米SnO2触点材料,得到的该触点材料硬度高而耐磨,同时密度高、耐电弧腐蚀。
作为优选方案,所述添加钕铁硼的银合金按照如下方法制备:将质量比为1∶10的铁硼粉末和银粉混合,烘干后压制、烧结、挤压,得到添加钕铁硼的银合金。其中,压制压力优选为100-400MPa,压力保持时间优选为2-3分钟;烧结工艺优选为:在氮气气氛下烧结,炉温升温速率为5-8℃/分钟,烧结温度为780-850℃,保温时间为1-2小时;挤压工艺优选为:设定挤压行程,将上述烧结处理得到的坯锭首端送入挤压机,在15-25MPa的压力下将冷压成型坯锭液压成型,将银基合金压余挤压到坯锭的尾部。坯锭的尾部在挤压过程中不参与类似其前段的挤压,在挤压结束后,在标记以后的位置形成压余。
在添加钕铁硼的银合金的制备过程中,钕铁硼材料的加入可以提高触点材料耐磨减摩、抗粘着熔焊、灭弧、防止迁移烧损等性能。本发明中用一般压制烧结后进行热挤压方法代替热压法生产触点材料,大幅度提高劳动生产率,克服热压法生产效率低下、能源浪费的缺点。
本发明中,尾部层与铜基层采用冷镦成型,头部柳钉层与铜基层采用高温快速焊接技术。三复合触点结构中,一粒三复合触点有两个焊接面,而焊接面越多焊接的难度也就越大,尤其是同时焊接几百粒触点,其焊接质量的一致性难以得到保证,因此如何减少焊接面是降低焊接难度最为重要的措施之一。本发明制备三复合触点的工艺采用冷压焊成型和高温扩散焊接相结合的工艺,即先用冷镦机制造出双复合触点,再将其和头部柳钉层胚料置于电子烧结盘中进行高温扩散焊接。
上述的尾部层与铜基层采用冷压焊成型技术。冷压焊属于压力焊的一种,是在没有加热的情况下,借助压力使金属产生塑性变形,把焊接端面的氧化膜和其他的杂质共挤出,使金属压街道一定原子间距,形成晶格面,从而产生原子之间的结合。冷压焊焊接端面没有热影响区和软化区,因此焊接端面的机械强度、电器性能和耐磨性都很好。一般为使在冷镦时易脱模,一般取镦压脱模角度值为4-8度,下合金层与根部形成的直径尺寸值范围为1-4毫米,并且该根部的长度尺寸范围为2毫米到5毫米。
上述双复合触点制备之后,再将其与柳钉层用高温扩散焊接制备出三复合触点。焊接对焊件的清洁度要求很高,焊件表面氧化膜或者油污,会影响焊件的可焊件。因此,上述双复合触点必须清洗,一般清洗剂选用金属腐蚀剂,本发明优选采用4%的硝酸酒精,当腐蚀面露出金属光泽后,立即用水洗并且干燥。
扩散焊接设备是生产三复合触点的关键设备,设备必须配备对温度、时间、真空度进行控制,同时要求加热速度快,加热区域为年度均匀。所述高温扩散焊接步骤具体为:将所述双复合触点与头部柳钉层在真空扩散焊接设备中进行高温扩散焊接,振荡动率为30kW,加热温度为800-1000℃,炉温均匀性为1000℃,感应加热圈采用冷却水循环冷却,真空度为1.2×10-3Pa,时间为5-10min。焊接温度是保证焊接质量的关键参数,而焊接时间决定焊接温度。
上述高温扩散焊接的石墨盘在每次使用前,必须通过加热充分干燥,排除内部潮气后方可使用,否则会产生气泡、空洞、缩孔,影响焊接质量。
上述高温扩散焊接工艺,焊接过程中很多原子还来不及充分扩散,焊接面可能会存在界面和部分微孔现象,因此在高温扩散焊接完成之后,应转入之后的工序,优选还进行低温扩散均匀化处理,即在真空炉内经过一定时间保温,在低温下继续扩散,使界面与微孔最后消失,达到完全的固态焊接。均匀化处理的温度为优选200-500℃,均匀化处理的时间10-30min。
由于扩散焊接过程在高温下进行,其产品尺寸、形貌等难免会发生微小的变化,因此要求焊接前触点的外形尺寸,必须为后续柳钉整形工序留有一定的加工变形余量。最终通过模具整形及后处理,使触点尺寸以及外观质量满足要求。
从以上方案可以看出,本发明采用铜基和银合金复合制造,减少银和银合金等稀有材料的用量,制造成本低;采用高温扩散焊接和冷镦成型相结合方法,尾部Ag/Pb/纳米SnO2触点材料接触电阻小而稳定;头部柳钉层为添加稀土钕铁硼的银合金,可以提高触点材料耐磨减摩、抗粘着熔焊、灭弧、防止迁移烧损等性能。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明,本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例中的Ag粉来自背景兴荣源科技有限公司;
实施例中的Pb粉来自石家庄新日锌业有限公司;
实施例中的钕铁硼来自深圳市龙岗区亿嘉磁铁材料厂;
实施例中的四氯化钛来自天津渤天化工有限责任公司;
实施例中的四氯化锡来自北京正恒化工有限公司;
实施例中的水合肼来自山东省济南宝辉化工。
实施例1
纳米SnO2制备方法采用溶胶凝胶法,具体的制备步骤如下:
将70质量份的四氯化锡和20质量份的四氯化钛加入到乙醇水溶液中(乙醇∶水=4∶1),加入5质量份的聚乙二醇,加热到20-40℃,继续搅拌,滴加氨水溶液至pH在6-8,反应2个小时,然后陈化、洗涤、烘干、研磨得到凝胶。将烘干后的SnO2(10质量份)溶于水溶液(200质量份)中,加入10-20质量份的硝酸银,继续搅拌,加入2-4质量份的水合肼,滴加1-2质量份的氨水,得到包覆SnO2粉末的颗粒沉淀物,用水和乙醇清洗,放入烘箱中烘干,得到纳米SnO2包覆粉末。
实施例2
尾部银合金为Ag/Pb/纳米SnO2触点材料,采用粉末冶金工艺,制成Ag/Pb/纳米SnO2触点材料,具体步骤如下:
1)将Ag∶纳米SnO2包覆粉末∶Pb=85∶10∶5(质量比)比例混合,加入适量的水,送入球磨机球磨,然后喷雾干燥,烘干。
2)在10-30Mpa压力下压制粉末成块状,保压1-2分钟,脱模得到预制块。
3)将预制块在氮气气氛下进行烧结,以4-6℃/分钟速率升温至600-800℃条件下烧结1-2小时;然后以5-8℃/分钟速率升温至900-1000℃条件下烧结2-3小时。
4)冷却炉温,冷却速度为2-4℃/分钟,待冷却至室温,即得Ag/Pb/纳米SnO2触点材料。
实施例3
头部柳钉层为添加稀土钕铁硼的银合金,其制备工艺如下:
钕铁硼粉末和银粉的质量比为1∶10,将两者充分混合,烘干后经压制、烧结、挤压而成。压制以及烧结的工艺为:压制压力100-400MPa,压力保持2-3分钟,烧结工艺为:在氮气气氛下烧结,炉温升温速率5-8℃/分钟速率,烧结温度780-850℃,保温时间1-2小时。挤压工艺如下:设定挤压行程,将上述烧结处理得到的坯锭首端送入挤压机,在15-25MPa的压力将冷压成型坯锭液压成型,将银基合金压余挤压到坯锭的尾部。坯锭的尾部在挤压过程中不参与类似其前段的挤压,在挤压结束后,在标记以后的位置形成压余。
实施例4
尾部层与铜基层采用冷压焊成型技术。一般为使在冷镦时易脱模,一般取镦压脱模角度值为4-8度,下合金层与根部形成的直径尺寸值范围为1-4毫米,并且该根部的长度尺寸范围为2毫米到5毫米。
上述双复合触点制备之后,再将其与柳钉层用高温扩散焊接制备出三复合触点。上述双复合触点必须清洗,清洗剂选用4%的硝酸酒精,当腐蚀面露出金属光泽后,立即用水洗并且干燥。
先将石墨盘过加热充分干燥,排除内部潮气,设置真空扩散焊接设备的主要技术参数:振荡动率30kW,加热温度800-1000℃,炉温均匀性1000℃,感应加热圈采用冷却水循环冷却,真空度1.2*10-3Pa,定时5-10min。在高温扩散焊接完成之后,进行低温扩散均匀化处理,温度设置200-500℃,保温时间10-30min,使界面与微孔最后消失,达到完全的固态焊接。最后对柳钉进行加工变形,通过模具整形及后处理,使触点尺寸以及外观质量满足要求。
实施例5
对实施例4制造的三复合触点材料进行测试:
对于复合触点,对触点头部与尾部之间的剥离强度、作为触点的耐久性进行评价。
剥离强度是将各复合触点设置在剪断应力试验机(APTEC制TM2102D-IT)上并在触点部与足部的界面上平行地施加载荷以测定剪断应力,从而测定剥离强度。
耐久性评价是将制造的复合触点两个一组分别凿紧固定到厚度1mm的铜制的基体金属板上,并将其安装到ASTM触点开闭试验机上反复开闭,以实施循环耐久性的评价。通电条件设为负载电压为直流12V、0.5Ω的电阻负载、稳态电流24A,接触力、开离力均为196mN(20gf),通电一秒加休止四秒(循环时间五秒)反复开闭二十万次。
也包含未完成规定的循环数中途试验结束的情况,在耐久试验结束后观察样品外观,并根据需要将其埋入树脂研磨剖面观察银合金与铜合金的界面和凿紧固定的铜板与触点的凸缘部的界面,耐久性按良好的顺序以○良、合格、×差来判定。
作为其判定标准,银合金与铜合金的界面上未发生明显的剥离,并且触点的凸缘部与凿紧固定的铜板接触,或外观与凿紧固定的初始状态几乎没有变化的情况为良,能够看到银合金与铜合金的界面上的若干剥离,或观察到凸缘部的翘曲,但直至规定的循环数结束也没熔敷停止的情况为合格,能够看到银合金与铜合金的界面上的剥离,或凸缘部发生翘曲,在达到规定的循环数之前发生熔敷停止的情况为差。
对实施例4制造的三复合触点的性能进行测定,结果表明,剥离强度为174MPa,耐久度为优。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种三复合触点制造工艺,其特征在于,包括以下步骤:
将尾部层与铜基层进行冷压焊成型,得到双复合触点;
将所述双复合触点与头部柳钉层进行高温扩散焊接,得到三复合触点,
所述尾部层为Ag、Pb和纳米SnO2复合触点材料,所述头部柳钉层为添加钕铁硼的银合金,
所述Ag、Pb和纳米SnO2复合触点材料按照如下方法制备:将Ag、纳米SnO2包覆粉末和Pb混合,加入水后进行球磨处理,喷雾干燥,烘干后得到预制粉末;将所述预制粉末在10-30Mpa的压力下压制,保压1-2分钟,脱模后得到预制块;将所述预制块在氮气气氛下进行烧结,冷却后得到Ag、Pb和纳米SnO2复合触点材料。
2.根据权利要求1所述的制造工艺,其特征在于,所述Ag、纳米SnO2包覆粉末和Pb的质量比为85∶10∶5。
3.根据权利要求1所述的制造工艺,其特征在于,所述烧结步骤具体为:
在氮气气氛下,将预制块以4-6℃/分钟的速率升温至600-800℃,烧结1-2小时;
然后以5-8℃/分钟的速率升温至900-1000℃,烧结2-3小时。
4.根据权利要求1所述的制造工艺,其特征在于,所述纳米SnO2包覆粉末按照如下方法制备:
将四氯化锡和四氯化钛加入至乙醇水溶液中,加入聚乙二醇,加热至20-40℃,搅拌后滴加氨水溶液至pH为6-8,反应后陈化、洗涤、烘干、研磨得到凝胶;
将所述凝胶溶于水中,加入硝酸银,搅拌后加入水合肼,滴加氨水,得到包覆SnO2粉末的颗粒沉淀物,清洗,烘干后得到纳米SnO2包覆粉末。
5.根据权利要求1所述的制造工艺,其特征在于,所述添加钕铁硼的银合金按照如下方法制备:
将质量比为1∶10的铁硼粉末和银粉混合,烘干后压制、烧结、挤压,得到添加钕铁硼的银合金。
6.根据权利要求5所述的制造工艺,其特征在于,压制压力为100-400MPa,压力保持时间为2-3分钟。
7.根据权利要求5所述的制造工艺,其特征在于,烧结工艺为:
在氮气气氛下烧结,炉温升温速率为5-8℃/分钟,烧结温度为780-850℃,保温时间为1-2小时。
8.根据权利要求1所述的制造工艺,其特征在于,所述高温扩散焊接步骤具体为:
将所述双复合触点与头部柳钉层在真空扩散焊接设备中进行高温扩散焊接,振荡动率为30kW,加热温度为800-1000℃,炉温均匀性为1000℃,感应加热圈采用冷却水循环冷却,真空度为1.2×10-3Pa,时间为5-10min。
9.根据权利要求1所述的制造工艺,其特征在于,高温扩散焊接后还包括低温扩散均匀化处理,均匀化处理的温度为200-500℃,均匀化处理的时间10-30min。
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