CN105274381A - 一种银氧化镉材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种银氧化镉材料及其制造方法。所述方法包括以下步骤：将银80-89％、镉5-15％、钼3-8％和纳米TiO₂？0.01-0.5％混合物置于中频感应炉中进行熔炼铸锭，利用挤压机将铸锭挤压成粗线材，再用拉丝模拉丝成细线材，之后用内氧化炉对细线材进行第一步预氧化及第二步预氧化，接着将细线材切丝压锭，最后成型加工。本发明提高了银氧化镉材料的抗氧化性、耐电弧烧损力、耐磨损力，延长了使用寿命，并提高了材料的抗拉强度，降低了电阻率，可使用于各种工作环境，生产成本低，制造方法简单，设备和生产要求低。

Description

一种银氧化镉材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种银氧化镉材料及其制造方法。

背景技术

电触头是断路器、开关柜、隔离开关、接地开关的重要部件，其性能直接影响这些电器的质量及使用寿命。目前电触头主要采用银基材料，银基材料不仅导电导热性好，而且还有一定抗电腐蚀性能。但由于纯银硬度低、抗磨损性能差、价格昂贵；因此生产中一般在银基上添加金属氧化物作为第二相。银氧化镉因为抗熔焊性好、耐电弧烧损且耐磨损佳，所以具有良好的使用性能，可应用的电压从几伏到上千伏。因此，银氧化镉是工业上最普遍采用的电触头材料之一。

由于银和氧化镉不能互溶，因此工业上采用粉末冶金法或内氧化法制成具有氧化镉组织微细化和均匀分布的银氧化镉合金。粉末冶金法生产出的银氧化镉虽然具有良好的抗熔焊性，但其电寿命短；而传统的内部氧化法虽然可以提高银氧化镉的电寿命，但其抗熔焊性较差。

中国专利ZL95111070.5，公开了一种以银-氧化镉为基础的电接触材料及其生产工艺。该专利公布的银氧化镉电接触材料含有Ag80％-88％，CdO12-20％，Ni0.1-0.2％。其银氧化镉的生产工艺为熔炼、加工成碎屑、高温高压氧化、成型、挤压和拉拔。这种银氧化镉电接触材料由于提高了氧化镉的含量，因此节省了银的用量。但由于其生产工艺需要将熔炼后的原料加工成碎屑，因此工艺相对比较复杂，生产成本较高。同时，加工成碎屑后马上进行氧化形成银氧化镉，因此这种银氧化镉不能适应较恶劣的工作环境且电寿命往往达不到使用要求。

CN101777438A公开了一种银氧化镉材料及其制造方法，采用银85-97％、镉2-15％、镍0.01-0.5％、锡0.01-1％及稀土混合物0.01-0.5％作为原料，包括配料、熔炼、挤压、拉丝、预氧化、切丝压锭和成型加工的步骤，提高了银氧化镉材料的抗氧化性、耐电弧烧损力、耐磨损力，并延长使用寿命，但是，得到的银氧化镉材料的电阻率较大，且抗拉强度不够高，影响了其在实际中的应用。

因此，有必要开发一种既具有较好的抗氧化性、耐电弧烧损力、耐磨损力，和长的使用寿命，又具有低电阻率和高抗拉强度的银氧化镉材料。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种银氧化镉材料及其制造方法。所述方法的生产工艺流程短，设备投资少，生产成本低，所得银氧化镉材料不仅具有较好的抗氧化性、耐电弧烧损力、耐磨损力，和长的使用寿命，而且具有低电阻率和高抗拉强度的银氧化镉材料，可应用到各种领域，具有非常广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种银氧化镉材料的制备方法，包括以下步骤：

首先按重量百分比称取一定量的银、镉、钼和纳米TiO₂，然后置于中频感应炉中进行熔炼铸锭，接着利用挤压机将铸锭挤压成粗线材，然后用拉丝模拉丝成细线材，之后用内氧化炉对细线材进行第一步预氧化和第二步预氧化，接着将细线材切丝压锭，最后成型加工。

本发明通过在银氧化镉的制备过程中加入钼和纳米TiO₂，调节二者的比例，并采用两段预氧化的方式进行氧化，改善了银氧化镉的抗氧化性、耐电弧烧损力、耐磨损力、抗拉强度和使用寿命，并降低了其电阻率。

优选地，一种银氧化镉材料的制备方法，包括以下步骤：

A)配料，按重量百分比计，为银80-89％、镉5-15％、钼3-8％和纳米TiO₂0.01-0.5％；

B)熔炼，将配好的原料置于中频感应炉中熔炼0.5-2小时，然后浇铸成锭；

C)挤压，用中频感应炉将铸锭预热2-6小时，预热温度为600-900℃；然后用930T挤压机将铸锭挤压成直径为的粗线材，压力为10-30MPa；

D)拉丝，用拉丝模将挤压形成的粗线材拉拔成直径为细线材；

E)预氧化：

第一步预氧化：用内氧化炉对拉丝形成的细线材预氧化8-20小时，预氧化的温度为600-700℃，氧气压为1-6kg/cm²；

第二步预氧化：用内氧化炉对拉丝形成的细线材预氧化3-5小时，预氧化的温度为200-500℃；

F)切丝压锭，将预氧化后的细线材切成小段，并用挤压机压成锭子；

G)成型加工，利用拉丝模，将锭子加工成所需线径丝材。

通过加入钼和纳米TiO₂，调节二者的比例，可以显著改善银氧化镉材料的耐电弧烧损力、耐磨损力，提高抗拉强度、降低材料电阻率，这是由于金属钼与镉形成固溶体，并与银均匀分布所产生的效果，无机物纳米TiO₂的加入以及经过两步预氧化作用使得银氧化镉材料的电阻率降低，电阻率可降低到0.5μΩ.cm以下。

通过加入钼和纳米TiO₂并进行两步预氧化操作，可显著改善银氧化镉材料的抗氧化性、耐磨损力和使用寿命。

本发明所述配料中，银所占的重量百分比为80-89％，例如可为80％、82％、84％、86％、87％或89％等。

本发明所述配料中，镉所占的重量百分比为5-15％，例如可为5％、6％、8％、10％、12％、13％或15％等。

本发明所述配料中，钼所占的重量百分比为3-8％，例如可为3％、4％、5％、6％、7％或8％等。

本发明所述配料中，纳米TiO₂所占的重量百分比为0.01-0.5％，例如可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％等。

所述纳米TiO₂的粒径为30-80nm，例如可为30nm、35nm、40nm、50nm、60nm、70nm或80nm等。

本发明所述配料中钼和纳米TiO₂的摩尔比为1：(30-100)，例如可为1：30、1：40、1：50、1：60、1：70、1：80、1：90或1：100等，优选为1：(40-65)，进一步优选为1：50。

优选地，所述配料，按重量百分比计，为银80-84％、镉10-15％、钼5-8％和纳米TiO₂0.03-0.5％。

优选地，所述配料，按重量百分比计，为银82％、镉11％、钼6.7％和纳米TiO₂0.3％。

本发明步骤E)所述第一步预氧化中的氧化时间为8-20小时，例如可为8小时、9小时、10小时、12小时、14小时、18小时或20小时等。

本发明步骤E)所述第一步预氧化中的预氧化的温度为600-700℃，例如可为600℃、630℃、650℃、680℃或700℃等，升温速率优选为10℃/min。

本发明步骤E)所述第一步预氧化中的氧气压为1-6kg/cm²，例如可为1kg/cm²、2kg/cm²、3kg/cm²、4kg/cm²、5kg/cm²或6kg/cm²等。

本发明步骤E)所述第二步预氧化中的氧化时间为3-5小时，例如可为3小时、4小时或5小时等。

本发明步骤E)所述第二步预氧化中的预氧化的温度为200-500℃，例如可为200℃、300℃、350℃、400℃或500℃等，升温速率优选为5℃/min。

本发明步骤E)所述第一步预氧化中的氧气压为20-50kg/cm²，例如可为20kg/cm²、22kg/cm²、25kg/cm²、30kg/cm²、35kg/cm²、38kg/cm²、40kg/cm²、45kg/cm²或50kg/cm²等。

作为本发明所述银氧化镉材料的制备方法的优选的技术方案，包括以下步骤：

A)配料，按重量百分比计，为银82％、镉11％、钼6.7％和纳米TiO₂0.3％；

B)熔炼，将配好的原料置于中频感应炉中熔炼1.5小时，然后浇铸成锭；

C)挤压，用中频感应炉将铸锭预热4小时，预热温度为750℃；然后用930T挤压机将铸锭挤压成直径为φ6mm的粗线材，压力为30MPa；

D)拉丝，用拉丝模将挤压形成的粗线材拉拔成直径为φ2.0mm细线材；

E)第一步预氧化：用内氧化炉对拉丝形成的细线材预氧化12小时，预氧化的温度为620℃，氧气压为3kg/cm²；

第二步预氧化：用内氧化炉对拉丝形成的细线材预氧化4小时，预氧化的温度为350℃；

F)切丝压锭，将预氧化后的细线材切成小段，并用挤压机压成锭子；

G)成型加工，利用拉丝模，将锭子加工成所需线径丝材。

第二方面，本发明提供一种采用第一方面所述银氧化镉材料的制备方法制备得到的银氧化镉材料。

本发明的有益效果是：

1、通过加入钼和纳米TiO₂，调节二者的比例，可以显著改善银氧化镉材料的耐电弧烧损力、耐磨损力，提高抗拉强度、降低材料电阻率，这是由于金属钼与镉形成固溶体，并与银均匀分布所产生的效果，无机物纳米TiO₂的加入以及经过两步预氧化作用使得银氧化镉材料的电阻率降低，电阻率可降低到0.5μΩ.cm以下。

2、通过加入钼和纳米TiO₂并进行两步预氧化操作，可显著改善银氧化镉

材料的抗氧化性、耐磨损力和使用寿命。

3、本发明的制造方法流程简单，易于操作，设备和生产要求不高，制造

成本低廉。

附图说明

图1为本发明的制造方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

银80％、镉14.9％、钼5％和纳米TiO₂0.1％的成分配比进行配料，配料中钼和纳米TiO₂的摩尔比为1：30，纳米TiO₂的粒径为80nm，将配好的材料置于中频感应炉中熔炼0.5小时；然后浇铸成锭。将铸锭放入中频感应炉预热2小时，预热温度为600℃；然后采用930T挤压机将铸锭挤压成直径为Φ4mm的粗线材，压力为10MPa。再用拉丝模粗线材拉拔成直径为Φ1.0mm线材。接着用内氧化炉对拉丝形成的线材进行第一步预氧化，第一步预氧化的温度为600℃，升温速率为10℃/min，氧气压为1kg/cm²，预氧化的时间为20小时，紧接着进行第二步预氧化，第二步预氧化的温度为200℃，升温速率为5℃/min，氧气压为50kg/cm²。将经过第一步预氧化和第二步预氧化后的线材切成小段，并用挤压机压成锭子。最后利用拉丝模，将粗丝材加工成所需线径丝材。

实施例2

按银89％、镉5.5％、钼5％和纳米TiO₂0.5％的成分配比进行配料，配料中钼和纳米TiO₂的摩尔比为1：100，纳米TiO₂的粒径为30nm，其中稀土混合物中，含钇70％，镧和铈混合物30％。将配好的材料置于中频感应炉中进行熔炼0.5-2小时；然后浇铸成锭。将铸锭放入中频感应炉预热2-6小时，预热温度为600-900℃；然后采用930T挤压机将铸锭挤压成直径为Φ4mm-Φ8mm的粗线材，压力为10-30MPa。再用拉丝模将粗线材拉拔成直径为Φ1.0mm-Φ4.0mm线材。接着用内氧化炉对拉丝形成的线材进行第一步预氧化，第一步预氧化的温度为800℃，氧气压为6kg/cm²，预氧化的时间为8小时，紧接着进行第二步预氧化，第二步预氧化的温度为500℃，升温速率为5℃/min，氧气压为20kg/cm²。。将预氧化后的线材切成小段，并用挤压机压成锭子。最后利用拉丝模，将粗丝材加工成所需线径丝材。

实施例3

按银85％、镉8.5％、钼6.45％和纳米TiO₂0.05％的成分配比进行配料，配料中钼和纳米TiO₂的摩尔比为1：50，纳米TiO₂的粒径为50nm，。将配好的材料置于中频感应炉中进行熔炼1小时；然后浇铸成锭。将铸锭放入中频感应炉预热4小时，预热温度为750℃；然后采用930T挤压机将铸锭挤压成直径为Φ6mm的粗线材，压力为20MPa。再用拉丝模将粗线材拉拔成直径为Φ3.0mm-线材。接着用内氧化炉对拉丝形成的线材进行第一步预氧化，第一步预氧化的温度为650℃，升温速率为10℃/min，氧气压为4kg/cm²，预氧化的时间为14小时，紧接着进行第二步预氧化，第二步预氧化的温度为350℃，升温速率为5℃/min，氧气压为35kg/cm²。。将预氧化后的线材切成小段，并用挤压机压成锭子。最后利用拉丝模，将粗丝材加工成所需线径丝材。

对比例1

除将钼和纳米TiO₂分别用等质量的镍和稀土元素替代外，其他制备条件、方法与实施例3相同。

对比例2

除进行完第一步与氧化后不再进行第二步预氧化外，其他制备条件、方法与实施例3相同。

对比例3

除配料中钼和纳米TiO₂的摩尔比为1：10外，其他制备条件、方法与实施例3相同。

对比例4

除配料中钼和纳米TiO₂的摩尔比为1：200外，其他制备条件、方法与实施例3相同。

上述各实施例和对比例的性能指标如下表：

通过实施例1-3及对比例1-4可以看出，通过加入钼和纳米TiO₂，调节二者的比例，可以显著改善银氧化镉材料的耐电弧烧损力、耐磨损力，提高抗拉强度、降低材料电阻率，无机物纳米TiO₂的加入以及经过两步预氧化作用使得银氧化镉材料的电阻率降低，电阻率可降低到0.5μΩ.cm以下。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种银氧化镉材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

首先按重量百分比称取一定量的银、镉、钼和纳米TiO₂，然后置于中频感应炉中进行熔炼铸锭，接着利用挤压机将铸锭挤压成粗线材，然后用拉丝模拉丝成细线材，之后用内氧化炉对细线材进行两步预氧化，接着将细线材切丝压锭，最后成型加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A)配料，按重量百分比计，为银80-89％、镉5-15％、钼3-8％和纳米TiO₂0.01-0.5％；

B)熔炼，将配好的原料置于中频感应炉中熔炼0.5-2小时，然后浇铸成锭；

C)挤压，用中频感应炉将铸锭预热2-6小时，预热温度为600-900℃；然后用930T挤压机将铸锭挤压成直径为的粗线材，压力为10-30MPa；

D)拉丝，用拉丝模将挤压形成的粗线材拉拔成直径为细线材；

E)预氧化：

第一步预氧化：用内氧化炉对拉丝形成的细线材预氧化8-20小时，预氧化的温度为600-700℃，氧气压为1-6kg/cm²；

第二步预氧化：用内氧化炉对拉丝形成的细线材预氧化3-5小时，预氧化的温度为200-500℃；

F)切丝压锭，将预氧化后的细线材切成小段，并用挤压机压成锭子；

G)成型加工，利用拉丝模，将锭子加工成所需线径丝材。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述纳米TiO₂的粒径为30-80nm。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述配料中钼和纳米TiO₂的摩尔比为1：(30-100)，优选为1：(40-65)，进一步优选为1：50。

5.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述配料，按重量百分比计，为银80-84％、镉10-15％、钼5-8％和纳米TiO₂0.03-0.5％。

6.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述配料，按重量百分比计，为银82％、镉11％、钼6.7％和纳米TiO₂0.3％。

7.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，第一步预氧化的升温速率为10℃/min。

8.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，第二步预氧化的升温速率为5℃/min，氧气压为20-50kg/cm²。

9.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)配料，按重量百分比计，为银82％、镉11％、钼6.7％和纳米TiO₂0.3％；

B)熔炼，将配好的原料置于中频感应炉中熔炼1.5小时，然后浇铸成锭；

C)挤压，用中频感应炉将铸锭预热4小时，预热温度为750℃；然后用930T挤压机将铸锭挤压成直径为φ6mm的粗线材，压力为30MPa；

D)拉丝，用拉丝模将挤压形成的粗线材拉拔成直径为φ2.0mm细线材；

E)第一步预氧化：用内氧化炉对拉丝形成的细线材预氧化12小时，预氧化的温度为620℃，氧气压为3kg/cm²；

第二步预氧化：用内氧化炉对拉丝形成的细线材预氧化4小时，预氧化的温度为350℃；

F)切丝压锭，将预氧化后的细线材切成小段，并用挤压机压成锭子；

G)成型加工，利用拉丝模，将锭子加工成所需线径丝材。

10.一种采用如权利要求1-9任一项所述方法制备得到的银氧化镉材料。