CN104821248A - 一种AgC电触头及其一体化组件的制造方法 - Google Patents

一种AgC电触头及其一体化组件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种AgC电触头及其一体化组件的制造方法，首先制备覆膜银-碳复合粉并装入3D打印机粉末缸中，然后通过计算机建立AgC电触头及其一体化组件的三维模型，完成AgC电触头及其一体化组件的3D打印成型。本发明通过3D打印实现AgC电触头及其一体化组件从原材料到成品的直接快速成型，节约原料和生产成本，同时可实现零库存、零时间交付，是一种制备AgC电触头及其一体化组件的新方法。

Description

一种AgC电触头及其一体化组件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种电触头及其一体化组件的制造方法，具体地说，涉及的是一种AgC电触头及其一体化组件的3D打印成型方法。
背景技术
电触头及其一体化组件是电机、电器、仪器仪表、电子等工业用基础元件，同时它也是核心元件，电触头及其一体化组件的特点是：体积小，形状复杂，且要求品种多、规格全、性能高，其质量直接影响低压电器的性能。制造高质量的电触头及其一体化组件可大大节约能源和原材料。所以电触头及其一体化组件的品种、质量、工艺技术水平已成为电机、电器等工业产品性能水平的标志之一。但制备高质量的、品种繁多、形状复杂多样的电触头及其一体化组件需要多套复杂的工艺及设备，占地面积大，导致高昂的生产成本。同时一体化组件由于电触头与触桥结合界面的一系列问题而影响一体化组件的电学性能和力学性能，进而影响低压电器的可靠性。为降低成本，提高一体化组件结合界面质量，不断有新的电触头及其一体化组件制备工艺被开发。
国内外关于电触头及其一体化组件制备工艺方面的研究具体如下：
2)中国发明专利：冷压焊复合铆钉触点制造装置及制造方法，申请号：200910053737.9，公开号：CN101587788A。
2)中国发明专利：三层复合冷压焊铆钉触头的制造方法，申请号：200710036330.6，公开号：CN101030491A。
3)中国发明专利：具有感应焊接和激光焊接的点火尖端的点火装置及其制造方法，申请号：200880114019.1，公开号：CN101842948A。
以上各种电触头及其一体化组件的制备技术都一定程度上节约了贵金属原材料，简化了电触头的制备工艺流程，降低了原料成本和生产成本，同时也提高了一体化组件中电触头和触桥的结合界面质量，但其尚不能达到直接从原材料到成品的生产，仍需多步工艺才能完成。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种全新的AgC电触头及其一体化组件的制备方法——3D打印成型方法，利用3D打印中的选择性激光烧结技术实现的AgC电触头及其一体化组件从原材料到成品的快速直接成型，降低生产成本，并进一步提高一体化组件中触桥和的AgC电触头的结合界面质量，提高其电学性能和力学性能；实现AgC电触头及其一体化组件的零库存、零时间交付，进而降低库存成本。
为实现上述的目的，本发明所述AgC电触头及其一体化组件的3D打印成型方法，包括如下步骤：
第一步，根据AgC电触头的成分要求进行制粉，并对碳材料粉体采用化学镀银或复合电镀银进行预处理，然后根据AgC电触头成分配比要求配料、混粉制成银-碳复合粉。
第二步，将银-碳复合粉以高分子聚合物为粘结剂制成覆膜银-碳复合粉。将覆膜银-碳复合粉装入到3D打印机粉末缸中。
第三步，建立AgC电触头及其一体化组件的三维模型，利用选择性激光烧结技术进行AgC电触头及其一体化组件的3D打印成型，得到成型坯件。
作为一个优选方式，所述第一步中：银粉是纳米粉和微米粉的混合，银与碳质量比为98：2～80：20。优选97：3～95：5。本步骤中，银粉采用纳米粉和微米粉的混合，因为纳米银粉的熔点低，微米银粉熔点高，采用两者的混合粉，先熔化的纳米银粉填充到未熔化的微米银粉中，可解决3D打印AgC电触头及其一体化组件空隙率高、界面结合质量差的问题。
作为一个优选方式，所述第二步中：覆膜AgC复合粉的粒径为1～50μm。优选地，将聚合物粘结剂用稀释剂进行稀释，搅拌均匀后，将AgC复合粉放入其中，不停地搅拌，让聚合物将AgC复合粉充分包裹，再干燥使粘结剂固化，得到覆膜AgC复合粉，其具体结构是AgC复合颗粒表面包覆一层聚合物粘结剂后又聚结在一起。
作为一个优选方式，所述第三步中：选择性激光烧结成型是一种热处理过程，在此过程中发生一系列的物理和化学变化，主要有热量的产生和传导、微观组织的演变、流体的影响以及机械组织的变化，粉末由颗粒状的聚集体变成粉末聚结体，从而形成所需的AgC电触头及其一体化组件。在这一系列的问题中热问题的影响是最主要的。在金属粉末激光烧结中，热量完全是由激光的能量和粉末预热产生，而各种工艺参数共同决定着激光的能量密度，最重要的工艺参数包括激光功率、扫描速度、扫描间距以及分层厚度等。本发明先通过金属粉末烧结的温度场的数值模拟分析影响成型件质量的以上各工艺参数及其匹配关系，并进一步通过实验最终确定激光功率12～14W，扫描速度1700～1900mm/s，扫描间距0.07～0.13mm,分层厚度0.08～0.12mm。
作为一个优选方式，本发明在第三步之后，执行第四步：对成型坯件进行后处理以获得密实的AgC电触头及其一体化组件。
优选地，所述后处理，是指：将成型坯件上多余的粉末去掉，进一步清理打磨后，对成型坯件作进一步处理，此时成型坯件经历三个阶段：降解聚合物、二次烧结和渗金属，该三个阶段可在同一个加热炉中进行，保护气氛为30％的氢气，70％的氮气，这里的百分含量是指体积百分含量。
本发明采用3D打印技术制造AgC电触头及其一体化组件，一方面采用粉体表面包覆有机聚合物来解决Ag材料因导热率高和激光反射率高而造成的打印难题；另一方面采用Ag纳米粉与微米粉混合的方法解决3D打印AgC电触头及其一体化组件空隙率高、界面结合质量差的问题。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：利用3D打印技术的独特优点，可以制造结构形状复杂的AgC电触头及其一体化组件而不增加成本；可以制造多种AgC电触头及其组件而不增加生产线；由于3D打印是增材制造，不会造成原料的浪费；由于无需生产线且3D打印机体积小，占地面积小，可降低生产成本；可实现零库存、零时间交付。同时可以制造完整的一体化组件而提高一体化元件的导电性能。
附图说明
图1是本发明原理示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，以下实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明采用的装置及其原理示意，图中：1.激光器，2.激光束扫描器，3.激光束，4.ZnSe窗口，5.AgC电触头及其一体化组件，6.成型缸，7.工作活塞，8.粉末缸，9.送粉活塞，10.铺粉辊。其工作原理：整个工艺装置主要由成型缸6和粉末缸8组成，工作开始时送粉活塞9上升，由铺粉辊10将覆膜银-碳复合粉在工作活塞7上的触桥上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束3的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成AgC电触头及其一体化组件5AgC电触头的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞7下降一个层厚，铺粉辊10铺上新粉，控制激光束3再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到AgC电触头及其一体化组件5成型。最后，对未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型坯件。
实施例1
以打印Ag97C3电触头及其一体化组件为例
第一步，分别制备银、石墨的粉体，对石墨粉采用化学镀银进行预处理，并按银与石墨质量配比为97:3进行混粉制成银-石墨复合粉。
第二步，将银-石墨复合粉以高分子聚合物为粘结剂(这里采用的聚合物主要是热塑性材料，如聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA)等)制成粒径为1μm的覆膜银-碳复合粉。将覆膜银-碳复合粉装入到3D打印机粉末缸中。
第三步，建立Ag97C3电触头及其一体化组件的三维模型，利用选择性激光烧结技术进行Ag97C3电触头及其一体化组件的3D打印成型，激光功率为12W，扫描速度为1700mm/s，扫描间距为0.07mm，分层厚度为0.08mm，得到Ag97C3电触头及其一体化组件。
实施例2
以打印Ag96C4电触头及其一体化组件为例
第一步，分别制备银、石墨的粉体，对石墨粉采用化学镀银进行预处理，并按银与石墨质量配比为96:4进行混粉制成银-石墨复合粉。
第二步，将银-石墨复合粉以高分子聚合物为粘结剂制成粒径为10μm的覆膜银-碳复合粉。将覆膜银-碳复合粉装入到3D打印机粉末缸中。
第三步，建立Ag96C4电触头及其一体化组件的三维模型，利用选择性激光烧结技术进行Ag96C4电触头及其一体化组件的3D打印成型，激光功率为13W，扫描速度为1800mm/s，扫描间距为0.1mm，分层厚度为0.1mm。
第四步，对成型坯件进行清理打磨和二次热处理等后处理以获得高强度、高精度且触头-触桥界面质量良好(钎着率达99％以上)的Ag96C4电触头及其一体化组件。
实施例3
以打印Ag95C5电触头及其一体化组件为例
第一步，分别制备银、石墨的粉体，对石墨粉采用复合电镀银进行预处理，并按银与石墨质量配比为95:5进行混粉制成银-石墨复合粉。
第二步，将银-石墨复合粉以高分子聚合物为粘结剂制成粒径为50μm的覆膜银-碳复合粉。将覆膜银-碳复合粉装入到3D打印机粉末缸中。
第三步，建立Ag95C5电触头及其一体化组件的三维模型，利用选择性激光烧结技术进行Ag95C5电触头及其一体化组件的3D打印成型，激光功率为14W，扫描速度为1900mm/s，扫描间距为0.13mm，分层厚度为0.12mm。
第四步，对成型坯件进行清理打磨和二次热处理等后处理以获得高强度、高精度且触头-触桥界面质量良好(钎着率达99％以上)的Ag95C5电触头及其一体化组件。
以上为本发明的优选实施例，应当理解的是，本发明还有其他的实施形式，比如变换第一步中银与碳的质量比，如为98：2、80：20等，也是可以实现。只要在本发明给出的技术方案内容均可以实现本发明的目的。
尽管本发明的内容已经通过上述实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种AgC电触头及其一体化组件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，根据AgC电触头的成分要求进行制粉，并对碳材料粉体采用化学镀银或复合电镀银进行预处理，然后根据AgC电触头成分配比要求配料、混粉制成银碳复合粉；
第二步，将银-石墨复合粉以高分子聚合物为粘结剂制成覆膜银-碳复合粉，将覆膜银-碳复合粉装入到3D打印机粉末缸中；
第三步，建立AgC电触头及其一体化组件的三维模型，利用选择性激光烧结技术进行AgC电触头及其一体化组件的3D打印成型，得到成型坯件。
2.根据权利要求1所述的AgC电触头及其一体化组件的制造方法，其特征在于：所述第一步中：银与碳质量比为98：2～80：20。
3.根据权利要求2所述的AgC电触头及其一体化组件的制造方法，其特征在于：所述第一步中：银与碳质量比为97：3～95：5。
4.根据权利要求1所述的AgC电触头及其一体化组件的制造方法，其特征在于：所述第一步中：银粉是纳米粉和微米粉的混合。
5.根据权利要求1所述的AgC电触头及其一体化组件的制造方法，其特征在于：所述第二步中：覆膜银-碳复合粉的粒径为1～50μm。
6.根据权利要求5所述的AgC电触头及其一体化组件的制造方法，其特征在于：所述第二步中：将聚合物粘结剂用稀释剂进行稀释，搅拌均匀后，将银-碳复合粉放入其中，不停地搅拌，让聚合物将银-碳复合粉充分包裹，再干燥使粘结剂固化，得到覆膜银-碳复合粉，该复合粉结构是银-碳复合颗粒表面包覆一层聚合物粘结剂后又聚结在一起。
7.根据权利要求1所述的AgC电触头及其一体化组件的制造方法，其特征在于：所述第三步中：通过金属粉末烧结的温度场的数值模拟分析影响成型件质量的以上各工艺参数及其匹配关系，选择性激光烧结技术的参数：激光功率12～14W，扫描速度1700～1900mm/s，扫描间距0.07～0.13mm,分层厚度0.08～0.12mm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的AgC电触头及其一体化组件的制造方法， 其特征在于：在第三步之后执行第四步：对成型坯件进行后处理以获得密实的AgC电触头及其一体化组件。
9.根据权利要求8所述的AgC电触头及其一体化组件的制造方法，其特征在于：所述后处理，是指：将成型坯件上多余的粉末去掉，进一步清理打磨后，对成型坯件作进一步处理，此时成型坯件经历三个阶段：降解聚合物、二次烧结和渗金属。
10.根据权利要求9所述的AgC电触头及其一体化组件的制造方法，其特征在于：所述降解聚合物、二次烧结和渗金属三个阶段在同一个加热炉中进行，保护气氛为30％的氢气，70％的氮气。
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