CN105200262B

CN105200262B - 一种高氧化锡含量银基片状电触头材料的制备方法

Info

Publication number: CN105200262B
Application number: CN201510612835.7A
Authority: CN
Inventors: 夏承东; 缪仁梁; 万岱; 刘立强; 柏小平; 周克武; 林万焕
Original assignee: Fuda Alloy Materials Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Fuda Alloy Materials Technology Co Ltd
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2017-06-16
Anticipated expiration: 2035-09-23
Also published as: CN105200262A

Abstract

本发明的目的在于提供一种具有高氧化锡含量的银基片状电触头材料的制备方法。该制备方法是将锡和添加物金属按一定比例在中频熔炼炉进行熔炼雾化制粉，粉末压锭保护气氛烧结后破碎成块并进行块体氧化，再粉碎后模压成锭，经热压烧结、挤压、轧制和冲制，加工成银氧化锡片材。本发明所述方法可提高银基电触头材料中氧化物颗粒尺寸，改善材料的后续加工性能，所制备的银氧化锡电接触材料具有氧化物含量高、氧化物颗粒粗大、加工性能好、组织均匀等特点，而且生产清洁，适于大批量生产。

Description

一种高氧化锡含量银基片状电触头材料的制备方法

技术领域

本发明属于电工材料领域，具体涉及一种高氧化锡含量银基片状电触头材料的制备方法。

背景技术

银氧化锡触头材料由于较其它的无镉银金属氧化物表现出更优良的抗熔焊性和耐电弧侵蚀性能，是目前环保型银金属氧化物触头材料中最有希望取代银氧化镉的触头材料。然而，银氧化锡触头材料要想完全取代银氧化镉触头材料仍然存在一些需要解决的问题。其中最突出的问题即为成本。而要进一步降低其成本的一个重要技术方向是提高金属氧化物的含量比例，由此可以降低银的含量，从而降低其成本。因此，使用和制造高氧化物含量触头材料成为电触头材料客户和生产厂家的重要研发方向。

目前公知的银氧化锡电触头材料的制造方法有混粉法、化学法、内氧化法和预氧化法等，其中内氧化法和预氧化法在银氧化锡触头材料制备过程中得到大规模应用。内氧化法难以制备高氧化物含量银氧化锡触头材料，为保证内氧化顺利进行必须添加价格昂贵的In元素来促进内氧化，且内氧化后在材料内部存在贫氧化物区，厚度大产品内氧化周期长。预氧化法制备银氧化锡触头材料材料组织均匀，氧化物颗粒细小，例如，公告号为CN101202170 B、CN 102509654 A、CN101649399 B、CN102268583A的中国发明均采用该方法制备银氧化锡触头材料。

关于粉末预氧化法制备银氧化锡电触头材料，具体有如下几个文献涉及到上述内容。

（1）《银氧化锡电接触材料的制备方法》CN101649399 B；

（2）《一种细化银氧化锡氧化铟晶粒的制备方法》CN 102820153 A

（3）《一种银氧化锡电接触材料的制备方法》CN 102312119 B；

（4）《一种银氧化锡电接触材料的制备方法》CN 102268583 A；

（5）《一种银氧化锡材料的制备方法》CN 102925783 A；

（6）《细颗粒氧化锡增强银基电触头材料的制备方法》 CN 101707153 B。

（7）《一种合金粉末锭高压氧化制备银氧化锡触头材料的方法》 CN 104263991A。

文献1公开的银氧化锡电接触材料制备方法中，采用机械合金化与预氧化相结合的工艺，使银锡合金粉末球磨过程中实现预氧化，并在后续等静压压锭后继续氧化，缩短银锡合金氧化时间，改善SnO2分布。

文献2、3公开的银氧化锡电接触材料制备方法中，采用合金粉末等静压、烧结挤压制备合金丝材或板材，再经过内氧化处理制备出银氧化锡丝材或片材。

文献4公开的银氧化锡电接触材料制备方法中，锡和添加物熔炼雾化成锡合金粉末，然后氧化成锡氧化物复合粉末，与银粉混合后压锭、挤压加工成银氧化锡线材。

文献5公开的银氧化锡电接触材料制备方法中，将按一定比例配制好的材料熔化后，在雾化制粉工序中同时完成粉末氧化，提高了材料后续的加工性能。

文献6公开的银氧化锡电接触材料制备方法，将银锡合金粉末氧化与球磨分散过程同步进行，在氧气气氛和巨大球磨能力的共同作用下，缩短氧化时间，获得了亚微米或纳米氧化锡颗粒增强的银基复合材料，结合后续加工成银氧化锡触头材料。

文献7公开的银氧化锡电接触材料制备方法，将合金粉末压锭预烧结后，在高氧压下进行氧化，挤压后即得触点材料。该工艺目的是提高颗粒粉末之间的结合强度，改善银氧化锡材料组织的均匀性。

粉体氧化是制备组织优良、性能良好的银氧化锡触头材料的关键，故上述文献所公开的制备方法的均集中在粉体氧化工艺的改进。粉末比表面能大，在高温下可快速氧化成弥散分布的银氧化物颗粒，其氧化效率较合金丝材、合金片材大大提高。然而，快速氧化后的合金粉末，氧化锡颗粒细小，且易在合金粉末的边界处偏聚。根据奥罗万强化机制，基体中弥散分布的细小氧化物颗粒在材料加工过程中产生强烈的加工硬化效应，从而导致材料加工性能较差。当氧化物总量低于12%时，粉体氧化法制备银氧化锡材料尚可加工，材料的延伸率约为10-18%（软态）；当氧化物总量高于12%，材料在热轧和冷轧过程中开裂严重，表现出极差，延伸率低于10%（软态）。上述的文献对粉体氧化材料加工性差的问题未有提及或未能得到根本解决。因此有必要对此进行进一步改进和研发。

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，而提供一种银氧化锡电接触材料的制备方法，采用该方法制备出的银氧化锡电接触材料，具有金属氧化物含量高、金属氧化物颗粒均匀粗大、加工性能好、组织均匀的特点。

为实现上述目的，本发明按如下技术方案进行：

所制备的电触头材料，按重量百分比计，包括以下组分：

氧化锡 10～18%，

氧化铜、氧化铋、氧化锌和氧化锑的两种或两种以上，其总含量为0.2～2.5%；

余量为银。

进一步设置是制备上述组分的电触头材料的方法包括以下工序：

（1）按照一定配比熔炼合金并雾化制粉；

（2）粉末冷等静压压制；

（3）压坯低温烧结和破碎成块；

（4）块体氧化；

（5）块体破碎和模压成型；

（6）压锭热压烧结；

（7）挤压成板；

（8）后续轧制、冲制和后处理即得片材成品。

进一步设置是步骤（1）中雾化合金粉末粒度为-120目及以下。

进一步设置是步骤（2）中冷等静压压力为50-300MPa。

进一步设置是步骤（3）中所述烧结为200-500℃低温烧结，时间为2-6h，保护气氛为氩气和氢气的任一种；所述破碎颗粒尺寸为10×10×10mm颗粒或Φ10mm的块状颗粒。

进一步设置是步骤（4）中所述氧化是在空气中进行，采用先低温-中温-高温的阶梯氧化工艺，时间为2-20h，其中低温200-400℃，中温550-750℃，高温800-900℃。

进一步设置是步骤（5）中所述破碎后颗粒尺寸小于2mm；所述模压成型压力为30-80MPa。

进一步设置是步骤（6）中所述热压烧结温度700-920℃，热压压力为80-120MPa。

本发明还提供一种高氧化锡含量银基片状电触头材料，包括以下组分：按重量百分比计，其总的金属氧化物含量14wt%以上，具体包括以下组分：

氧化锡 10～18%；

氧化铜、氧化铋、氧化锌和氧化锑的两种或两种以上，其占总含量为0.2～2.5%；

余量为银。

本发明所述的片状银氧化锡材料制备方法具有如下特点：

1)高氧化物含量银氧化锡材料：在没有添加促进氧化元素铟的条件下，添加少量的铜、铋、锌、锑等元素，可促进高锡含量合金粉末块体的充分氧化，提高电触头材料的抗电弧烧蚀性能，并使氧化物总量达到14wt%以上。而同样含量的合金板材是无法用内氧化方法实现的。

2) 氧化物颗粒粗大：添加少量的铋、锑等元素，氧化后形成的低熔点的氧化物，高温热压烧结过程极易粗化长大；采用块状颗粒氧化的工艺，通过控制块体颗粒尺寸大小降低粉末的比表面能，从而降低了粉末氧化速度，氧化物颗粒得到充分长大，从而获得了氧化物颗粒粗大的银氧化锡材料。

3) 材料加工性能优异：具有粗大氧化物颗粒的银氧化锡材料，大大降低了氧化物的弥散强化效果，从而较大程度改善了材料的加工性能，材料的延伸率可达25%。在后续的热轧、冷轧过程中，变形量超过40%也未发生开裂或断裂现象，材料的成品率大大提高。

4) 工艺清洁、组织均匀：合金粉末块体—氧化—破碎模压—挤压，避免了常规工艺中粉体氧化过程易氧化物聚集和易被污染情况的发生；采用低温-中温-高温的氧化工艺，使材料氧化过程产生的应力逐步释放，避免氧化开裂和分层现象的产生，获得了组织均匀的材料。

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是高氧化锡含量银基片状电触头材料的制备工艺流程图。

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。

实施例一

本实施例按照以下步骤进行：

1) 合金熔炼雾化制粉：将17.35kg 银锭、2.4kg 锡锭、0.2kg无氧铜和0.05kg锑锭在中频熔炼炉中熔化，形成完全溶解的熔体，然后在80MPa水压下雾化制得的合金粉末，经200℃烘干、筛分成-140目粉末；

2)冷等静压压锭：压力为120MPa；

3) 压锭烧结和破碎：烧结温度250℃，时间6h，H₂保护，然后破碎成约为10×10×10mm的颗粒或Φ10mm的块状颗粒；

4) 块体颗粒氧化：在空气中氧化，采用400℃×2h-550℃×2h-800℃×16h的阶梯氧化工艺；

5) 块体破碎和模压成型：将氧化后的颗粒破碎至尺寸低于1mm后，在液压机中模压成型，压制压力40MPa；

6)热压烧结；烧结温度750℃，热压压力90MPa；

7)挤压；将热压烧结坯挤压成板材；

8)后续加工：挤压板材经表面处理并复银后，轧制、冲制成型，加工成片状触点。

本实施例所制得成品氧化锡电触头材料含氧化锡14.7%，氧化铜1.2%，氧化锑0.32%，余量为银。成品物理性能为：密度9.65g/cm³（不含焊接银层），电阻率2.67μΩ·cm，材料内部硬度(HV0.3，软态) 108，拉伸强度335MPa，延伸率22%。

实施例二

本实施例按照以下步骤进行：

1) 合金熔炼雾化制粉：将17.26kg银锭、2.6kg 锡锭、0.06kg无氧铜、0.06kg铋锭和0.02kg锌锭在中频熔炼炉中熔化，形成完全溶解的熔体；采用90MPa水压雾化制得的合金粉末，然后300℃烘干、筛分成-200目粉末；

2) 冷等静压压锭：压力为100MPa；

3) 低温烧结和破碎：烧结温度350℃，时间4h，氩气保护，然后破碎成约为10×10×10mm颗粒或Φ10mm的块状颗粒；

4)块状颗粒氧化：在空气中氧化，采用300℃×4h - 700℃×4h - 820℃×12h的阶梯氧化工艺；

5)块体颗粒破碎和模压成型：将氧化后的颗粒破碎至尺寸低于2mm后在液压机中模压成型，压制压力60MPa；

4)热压烧结：烧结温度850℃，热压压力120MPa；

5)挤压：将热压烧结坯挤压成板材；

6)后续加工：挤压板材经表面处理并复银后，轧制、冲制成型，加工成片状触点。

本实施例所制得氧化锡电触头材料含氧化锡16%，氧化铜0.36%，氧化铋0.32%，氧化锌0.12%，余量为银。成品的物理性能为：密度9.56g/cm³（含焊接银层），电阻率2.78μΩ·cm，软态材料内部硬度(HV0.3) 115，抗拉强度360MPa，延伸率18%。

实施例三

本实施例按照以下步骤进行：

1) 合金熔炼雾化制粉：将17.67kg银锭、2.03 kg 锡锭、0.21kg铋锭、0.06kg锌锭和0.03kg锑锭在中频熔炼炉中熔化，形成完全溶解的熔体；在60MPa水压下雾化制得的合金粉末，然后250℃烘干、筛分成-200目粉末；

2) 冷等静压压锭：压力为150MPa；

3) 低温烧结和破碎：烧结温度500℃，时间2h，氩气保护，然后破碎成约为10×10×10mm颗粒或Φ10mm的近球形块状颗粒；

4)块状颗粒氧化：在空气中氧化，采用350℃×2h - 750℃×4h - 850℃×8h的阶梯氧化工艺；

5)块状颗粒破碎和模压成型：将氧化后的颗粒破碎至尺寸低于1.5mm后在液压机中模压成型，压制压力80MPa；

6)热压烧结：烧结温度800℃，热压压力100MPa；

7)挤压：将热压烧结坯挤压成板材；

本实施例所制得氧化锡电触头材料含氧化锡12.5%，氧化铋1.1%，氧化锌0.4%，氧化锑0.2%，余量为银。成品的物理性能为：密度9.80g/cm³（不含焊接银层），电阻率2.52μΩ·cm，软态材料内部硬度(HV0.3) 103，抗拉强度310MPa，延伸率25%。

Claims

1.一种高氧化锡含量银基片状电触头材料的制备方法，其特征在于：包括以下工序：

（1）按比例熔炼合金并雾化制粉；该合金的组分比例由所制备的高氧化锡含量银基片状电触头材料的组分来计算，该高氧化锡含量银基片状电触头材料按重量百分比计，其总的金属氧化物含量14wt%以上，具体包括以下组分：

氧化锡 10～18%；

余量为银；步骤（1）中雾化合金粉末粒度为-120目及以下；

（2）粉末冷等静压压制；步骤（2）中冷等静压压力为50-300MPa；

（3）压坯低温烧结和破碎成块；步骤（3）中所述烧结为200-500℃低温烧结，时间为2-6h，保护气氛为氩气和氢气的任一种；

（4）块体氧化；步骤（4）中所述块体氧化是在空气中进行，采用先低温-中温-高温的阶梯氧化工艺，时间为2-20h，其中低温200-400℃，中温550-750℃，高温800-900℃；

（5）块体破碎和模压成型；步骤（5）中所述破碎后颗粒尺寸小于2mm；所述模压成型压力为30-80MPa；

（6）压锭热压烧结；步骤（6）中所述热压烧结温度700-920℃，热压压力为80-120MPa；

（7）挤压成板；

（8）后续轧制、冲制和后处理即得片材成品。