CN105609333A - 一种银氧化物/银/铜三层复合带材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种银氧化物/银/铜三层复合带材的制备方法，包括：将银氧化物/银复合带材、铜带进行清洗后送入高频感应炉进行加热，控制频感应炉中的加热温度为500～750℃；然后送入管式电阻炉中进行加热，其中管式电阻炉中加热区长度为0.8～1.5m，控制管式电阻炉中的加热温度为600～850℃；之后送入扎辊中进行热轧复合，得到银氧化物/银/铜三层复合带材；所得三层复合带材按常规工艺进行冷扎、精扎，即得成品；所述在管式电阻炉中的加热过程及该过程之后直至送入轧辊的过程均在具有还原性的保护气氛下进行。本发明所述工艺既能快速升温、温度稳定可控，还能解决加热时的还原气氛保护难题；有效地避免贫氧化物区的出现。

Description

一种银氧化物/银/铜三层复合带材的制备方法

技术领域

本发明涉及银氧化物/银/铜层状电触头材料，具体涉及一种银氧化物/银/铜三层复合带材的制备方法。

背景技术

在触头材料的应用中，首先将触头片焊接在接触件上，最后才能装配至电器中使用。为获得较好的焊接效果，触头片的一面需预先复合一层较薄的银层(约占触头片总厚度的20％以上)，这一面将作为焊接层与铜基接触件焊接。在电触头的制造上，银氧化物材料因脆性较大，不利于热轧复合、冷轧、分剪、冲压等机械加工，因此很多厂家是通过合金内氧化的方式来加工的，即首先制备出银合金带材或板材，再与银带或银板进行热轧复合，然后再经分剪或冲压，最终获得含有银层的银合金带材或片材，这些带材或片材再经内氧化处理而制得银氧化物/银带材或片材触头材料。但由于在内氧化时，金属原子和氧原子的迁移机理，会在触头片的中央形成贫氧化物区(金相组织中体现为白亮带)。在触头的应用时，随着触头片由表及里不断地被电弧侵蚀而逐渐变薄，当触头片厚度减半时，贫氧化物区开始出现，此时，触头很容易出现失效，对剩下部分的触头而言，几乎报废形成浪费，因此有必要使用导电性能较好的廉价金属如铜，来替代贫氧化物区开始至焊接银层的部分，这样可以达到节银的效果。

使用热轧复合的方式制备银氧化物/铜触头材料能够获得较好的结合强度，材料纵向剖面金相组织中结合面平整，各层的厚度完全可控。由于银氧化物材料中的氧化物颗粒细小，并弥散分布在材料组织中，这种组织是不利于与铜进行热轧复合的，也就是说难以保证热轧复合后的复合强度的。本发明为获得较好的结合强度的复合带材，首先在银氧化物的一面预先复合上一层较薄的银层，然后再利用这层银层作为过渡层与铜进行复合。

公开号为CN1971790A的发明专利，公开了一种银/铜/铁复合带材的加工工艺，具体是先将银金属氧化物与较薄的纯银带热轧复合、再将铜带和铁带一起热轧复合成银/铜/铁复合带材。公开号为CN1971789A的发明专利，公开了一种银/铜双面复合带材的加工工艺，先将银金属氧化物与较薄的纯银带热轧复合，然后经退火、精轧、分剪等处理后，最后将覆银带材放入铜带上的槽内(铜带预先铣好槽)，热轧复合成镶嵌式的银金属氧化物/铜带材。上述两个专利中在进行热轧复合前均是使用高频感应炉来实现加热的。但是，如果仅使用高频感应炉来对被热轧复合的各类带材进行加热，难以获得理想的加热效果，主要原因有：

1、使用高频感应对带材进行加热，银氧化物和铜等金属在感应磁场中的感应系数是不同的，银氧化物的要远远大于铜的，即银氧化物要比铜提前至少3、4秒达红热，要使铜也能达到红热时，银氧化物就很容易发生熔化，两者的温度相差太大时，热轧复合后带材的结合强度不够理想；要达到两种带材温度相近，则需使铜带材受到的感应强度要更大，实现的方案只能是让铜带穿过的感应线圈的匝数要多，但实际上是很难实现的，这会使感应线圈结构复杂化，线圈的绝缘保护、带材的穿行都有很大的困难，不具有通用性；

2、通常感应线圈的匝数不会很多，大约在10匝左右，长度也不会很长，约12cm，也就是说加热通道短，而且有可能整个通道是开放的，这就意味着在加热过程中很难实现气氛的保护，一些易发生氧化的金属如专利中所提到的铜和铁，就很容易在线圈中被加热时发生氧化，这必然会影响到复合带材的结合强度。

3、感应加热属于一种快速加热的方式，输出功率一般都较大，热轧复合时一旦出现不顺畅，比如意外的速度减慢或停断，这很容易致使线圈内的带材过热熔化，这无形中增加了操作的难度。

扎制复合前的加热也可以在箱式电阻炉内进行，热轧时再夹出来，但因受箱式电阻炉炉膛尺寸限制，只能将待轧制的板材截断成一段一段的，这样就无法制备出连续的复合带材，同时也降低了材料的成材率。如果使用较长的(通常有5米以上)管式电阻炉对带材进行加热，由于长管炉炉膛狭长的特点影响，在穿带时造成不方便，而且带材在炉膛内穿行时，由于受热后塑性增强，一旦出现排线不顺畅而产生的拉扯，这很容易使得炉膛内的带材被拉伸变形甚至拉断，这势必会影响到复合后各层的厚度分布，另外还有一个重要的不利因素就是，由于加热时必需有气氛保护，较长的加热区就会使带材在其内穿行的时间加长，如果使用还原性的气氛进行保护时，银氧化物带材中的氧化物很容易发生还原，一旦出现还原，就会严重影响到触头材料的电性能。

公开号为CN101562081A的发明专利公开了一种节银型层状复合触头片件及其制备方法，具体是先使用混粉法制得银氧化镉混合粉末及使用化学包覆法制得银氧化锡混合粉末，然后经等静压、烧结、挤压加工为相应的板材，这些板材最后与银板、铜板以及银板分别经四组可控气氛炉加热后热轧复合成四层的复合板材，最终获得复合铜的银氧化物触头材料。该专利的特点在于热轧复合时，各种板材分别分别经四组可控气氛炉加热，以获得不同的温度，从而可以保证复合后达到最佳的效果和良好的结合强度。但该技术方案的设备投入较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种银氧化物/银/铜复合带材的制备方法，该工艺可有效避免因在还原气氛保护下氧化物被还原而出现的贫氧化物区，同时也能够对铜带提供更好的防氧化保护，且加工所得复合带材结合强度高。

本发明所述的银氧化物/银/铜三层复合带材的制备方法，包括以下步骤：

1)获得银氧化物/银复合带材；

2)将银氧化物/银复合带材、铜带进行清洗后送入高频感应炉进行加热，所述铜带与银氧化物/银复合带材为银的一面为结合面，控制频感应炉中的加热温度为500～750℃；然后送入管式电阻炉中进行加热，其中管式电阻炉中加热区长度为0.8～1.5m，控制管式电阻炉中的加热温度为600～850℃；之后送入扎辊中进行热轧复合，得到银氧化物/银/铜三层复合带材；所述银氧化物/银复合带材和铜带在管式电阻炉中的加热过程及该过程之后直至送入轧辊的过程均在具有还原性的保护气氛下进行；

3)将所得银氧化物/银/铜三层复合带材按常规工艺进行冷扎、精扎工序，即得到银氧化物/银/铜复合带材成品。

上述制备方法的步骤2)中，在进行轧制时，优选控制轧制变形量为30～65％，轧制速度为0.8～3m/min。优选控制高频感应炉中的加热温度为600～750℃；优选控制管式电阻炉中的加热温度750～850℃。

本发明所述方法的步骤2)中，优选是将银氧化物/银复合带材和铜带通过定位装置送入高频感应炉进行加热，以减少各类带材在穿行过程中的偏移和抖动，所述的定位装置的结构与现有技术相同。

优选地，在银氧化物/银复合带材和铜带从管式加热炉中出来后通过喂料夹具送入轧辊进行轧制。所述喂料夹具的结构与现有技术相同。所述喂料夹具的进口端与管式电阻炉的出口连通，其出口端在保证轧辊正常运转的同时尽量地靠近轧辊，使得保护气氛可以过渡到轧辊间(当保护气氛为氢气时，点火后的火焰可以过渡到轧辊间)，以实现加热过程气氛保护的无缝连接。

本发明所述方法中，所述的高频感应炉的结构与现有技术相同，其中高频感应线圈匝数为5～12匝。所述的管式电阻炉的结构与现有技术相同。

本发明所述方法中，所述的银氧化物具体可以是银氧化锡、银氧化镉、银氧化锌或银氧化铜等。

本发明所述方法中，所述的保护气氛可以是氢气、氨分解气或惰性气体。

本发明所述方法中，银氧化物/银复合带材可以按现有常规方法进行制备，优选按以下方法制备银氧化物/银复合带材：将银氧化物带材、银带进行清洗后送入高频感应炉进行加热，控制频感应炉中的加热温度为500～750℃，然后送入管式电阻炉中进行加热，控制管式电阻炉中的加热温度为600～850℃，之后送入扎辊中进行热轧复合，再按常规工艺退火，即得到银氧化物/银复合带材成品。所述的高频感应炉的结构与现有技术相同，其中高频感应线圈匝数为5～12匝。所述的管式电阻炉的结构与现有技术相同。在银氧化物/银复合带材的制备方法中，在高频感应炉和管式电阻炉中的加热均是在没有气氛保护的条件下进行。其中涉及的银氧化物带材和银带的组成及获得的方法与现有技术相同。

与现有技术相比，本发明采用高频感应加热和管式电阻炉组合作为带材的加热设备，设定特殊的高频感应炉加热温度及管式电阻炉的加热温度，并控制控制管式电阻炉加热区长度在0.8～1.5m，带材在通过感应线圈时既可以达到快速升温的目的又不至于使其中感应系数高的带材发生熔化，另一方面，在高频感应炉中的加热不是在保护气氛下进行的，因而不会存在银氧化物被还原的问题；在通过高频感应炉快速升温之后再在管式电阻炉进行温度扩散、恒定，由于管式电阻炉中的加热是在还原性的保护气氛下进行，但其中的加热温区并不长，在这样的环境下进行加热既可以实现铜带避免氧化的目的，又不会导致银氧化物被还原；因此，采用本发明所述工艺不仅有效地解决了快速升温、温度稳定可控，还能够很好地解决加热时的还原气氛保护难题；还有效地避免因氧化物被还原所造成的贫氧化物区的出现，节银效果可达40％以上；且使加工所得复合带材结合强度高，后续所制备出来的片状触头产品还具有优良的电性能，批量应用在国内某大型接触器厂家的CJX1-16至CJX1-140系列交流接触器上，年需求量约有2吨。

附图说明

图1为本发明实施例1中制作银氧化物/银/铜复合带材的工艺流程图；

图2为制作本发明银氧化物/银/铜复合带材的加热及热轧复合装置的结构示意图；

图3为本发明实施例2制得的片状触头产品图；

图4为本发明实施例2制得的片状触头产品的金相组织图。

图中标号为：

1银氧化锡/银复合带材；2铜带材；3定位装置；4高频感应炉；5管式电阻炉；6喂料夹具；7轧辊；8收卷机。

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。

图2为制作本发明银氧化物/银/铜复合带材的加热及热轧复合装置的结构示意图，包括按工艺顺序设置的定位装置3、高频感应炉4、管式电阻炉5、喂料夹具6、轧辊7和收卷机8。其中，定位装置用于限定带材(实施例1中为银氧化锡/银复合带材1和铜带材2)位置且可调节带材的位置，保证各带材尽量保持直线且稳定地输送；喂料夹具6用于将从管式电阻炉5中出来的两种带材稳定地送入轧辊7中进行轧制复合，轧制出来的带材用收卷机8收料。所述定位装置3和喂料夹具6的结构与现有常规技术相同。所述喂料夹具6的一端与管式电阻炉5的出口连通，另一端尽量地靠近轧辊7。所述管式电阻炉5中加热区长度为0.8～1.5m，所述高频感应炉4的高频感应线圈匝数为5～12匝。在应用图2所示装置制作银氧化物/银/铜复合带材时，需要往管式电阻炉5和喂料夹具6内通入还原性的保护气氛，如H₂。当图2所示装置仅用于制备银氧化物/银复合带材时，则制备过程中不需要通过保护气氛。

实施例1：采用图2所示装置(其中管式电阻炉中加热区长度为1.2m，所述高频感应炉的高频感应线圈匝数为9匝)制作银氧化物/银/铜复合带材

1)取挤压后的银氧化锡带材，宽度为6±0.2mm，厚度为3±0.10mm，刷洗干净；

2)取挤压后银带材，轧至宽度为6±0.2mm，厚度为0.5±0.05mm，刷洗干净；

3)将两种带材采用图2所示的装置中进行热扎复合，整个加热过程中不需保护气氛。具体是将两种带材叠置后经定位装置送入高频感应炉中加热，控制高频感应炉中温度为650℃，走带速度为0.8m/min，由高频感应炉出来的带材进入管式电阻炉中加热，加热区的温度为800℃；经管式电阻炉加热后的带材经喂料夹具送入轧辊中进行热轧复合(控制轧制变形量为50％)，轧制得到的厚度为2.4±0.05mm、宽度为9.6±0.10mm的银氧化锡/银复合带材，轧制出来的带材用收卷机收料；

4)所得银氧化锡/银复合带材在680℃下退火，时间90min，之后冷却，经刷洗后备用；

5)取外购的铜带材，铜带材宽度9.8±0.10mm，厚度为2.5±0.5mm，刷洗干净；

6)将铜带与银氧化物/银复合带材送入图2所示的装置中进行热扎复合，向管式电阻炉及喂料夹具中通入氢气并点火，将按铜带与银氧化物/银复合带材为银的一面为结合面的原则将铜带与银氧化物/银复合带材通过定位装置送入高频感应炉中加热，控制高频感应炉中温度为600℃，走带速度为1m/min，由高频感应炉出来的带材进入管式电阻炉加热，控制管式电阻炉中的温度为750℃；

7)经管式电阻炉加热后的带材经喂料夹具送入轧辊中进行热轧复合(控制轧制变形量为63％，轧制速度为1m/min)，轧制得到的银氧化锡/银/铜复合带材厚度为2.3±0.05mm，轧制速度为1m/min，轧制出来的带材用收卷机收料；

8)将步骤7)所得热轧复合后的复合带材在退火炉中进行退火，退火温度为550℃，时间90分钟；

9)将步骤8)所得复合带材进行冷轧，控制轧制变形量为15％，轧制出来的带材用收卷机收料；

10)将步骤9)所得复合带材在退火炉中进行退火，退火温度为550℃，时间90分钟；

11)将步骤10)所得带材重复上述步骤9)和10)，直至所得复合带材的厚度距离最终片材产品厚度相差0.08～0.10mm为止；

12)将步骤11)所得复合带材进行精轧，轧至厚度为最终片材产品的厚度，轧制出来的带材用收卷机收料；

13)将步骤12)所得复合带材在在退火炉中进行退火，退火温度为500℃，时间90分钟，即得到本发明所述的银氧化物/银/铜复合带材。工艺流程图如图1所示。

实施例2：将实施例1制得的银氧化物/银/铜复合带材制作片状触头产品

1)将实施例1制得的银氧化物/银/铜复合带材安装至自动冲床的排料装置上，送入冲压模具中，根据需要冲压出方形的、圆形的或者其它形状的片状触头产品，本实施例中冲压成方形片状触头产品；

2)将步骤1)所得方形片状触头产品进行常规酸洗、抛光等处理后，得到最终的片状触头产品，如图3所示。

对本实施例制得的触头产品进行金相组织分析，其金相组织图如图4所示。

实施例3

重复实施例1，不同之处在于：

步骤6)中，控制高频感应炉中温度为700℃，走带速度为3m/min，由高频感应炉出来的带材进入管式电阻炉加热，控制管式电阻炉中加热区的温度为850℃；

步骤7))中，经管式电阻炉加热后的带材经喂料夹具送入轧辊中进行热轧复合时，控制轧制变形量为45％，轧制速度为3m/min。

实施例4

重复实施例1，不同之处在于：

步骤6)中，控制高频感应炉中温度为750℃，走带速度为2m/min，由高频感应炉出来的带材进入管式电阻炉加热，控制管式电阻炉中加热区的温度为800℃；

步骤7)中，经管式电阻炉加热后的带材经喂料夹具送入轧辊中进行热轧复合时，控制轧制变形量为30％，轧制速度为2m/min。

Claims (5)

1.一种银氧化物/银/铜三层复合带材的制备方法，包括以下步骤：

1)获得银氧化物/银复合带材；

2)将银氧化物/银复合带材、铜带进行清洗后送入高频感应炉进行加热，所述铜带与银氧化物/银复合带材为银的一面为结合面，控制高频感应炉中的加热温度为500～750℃；然后送入管式电阻炉中进行加热，其中管式电阻炉中加热区长度为0.8～1.5m，控制管式电阻炉中的加热温度为600～850℃；之后送入扎辊中进行热轧复合，得到银氧化物/银/铜三层复合带材；所述银氧化物/银复合带材和铜带在管式电阻炉中的加热过程及该过程之后直至送入轧辊的过程均在具有还原性的保护气氛下进行；

3)将所得银氧化物/银/铜三层复合带材按常规工艺进行冷扎、精扎工序，即得到银氧化物/银/铜三层复合带材成品。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，控制高频感应炉中的加热温度为600～750℃。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，控制管式电阻炉中的加热温度750～850℃。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，在进行轧制时，轧制变形量为30～65％，轧制速度为0.8～3m/min。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，按以下方法制备银氧化物/银复合带材：将银氧化物带材、银带进行清洗后送入高频感应炉进行加热，控制频感应炉中的加热温度为500～750℃，然后送入管式电阻炉中进行加热，控制管式电阻炉中的加热温度为600～850℃，之后送入扎辊中进行热轧复合，再按常规工艺退火，即得到银氧化物/银复合带材成品。