CN1058289A

CN1058289A - 一种银基电触头材料的制造方法

Info

Publication number: CN1058289A
Application number: CN 90104803
Authority: CN
Inventors: 纪遵义; 丁二农
Original assignee: MACHINERY SCIENCE INST ANHUI PROV
Current assignee: MACHINERY SCIENCE INST ANHUI PROV
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1992-01-29

Abstract

本发明公开了一种银基电触头材料的制造方法，将含有硼化物或碳、氮、硼化物形成元素的银基粉末冶金材料压制成电触头坯料，经烧结后压制成型，本发明特征在于在烧结过程中同时进行渗硼或碳、氮、硼三元共渗的化学热处理，温度800～950℃，保温时间按坯料每毫米厚0.5～5小时计。本发明使得渗入元素硼或碳、氮、硼在触头材料中含量比较均匀，从表层到心部浓度梯度小，材料组织均匀、细小，改善了触头的抗氧化、抗熔焊、抗腐蚀、抗电磨损等性能，提高了其稳定性能。

Description

本发明属于一种用于电开关的银基电触头材料的制造方法，更具体地说是一种渗硼或碳、氮、硼三元共渗的银基电触头材料的制造方法。

银基金属碳、氮、硼化物电触头材料的制造方法，目前常用的有粉末冶金法。在银基电触头材料中混入碳、氮、硼化物等，其目的在于改善电触头材料的抗氧化、抗熔焊、抗腐蚀、抗电磨损等性能。通常，先用浸渍法或机械混粉法制取银基金属碳、氮、硼化物的混合粉末，压坯、烧结后复压成型，即成银基电触头材料。这样制得的电触头材料，其材料组织中金属碳、氮、硼化物粒子难以做到均匀、细小、弥散地分布，以至无法获得优良的电性能。

日本公开特许、昭59-23835公开了一种表层弥散有硼化物的银基合金的制造方法，即将银基合金浇注成型，经锻造、轧制后，进行渗硼的化学热处理，该发明仅在银基合金表面形成含硼化物层，且表面渗硼层浓度梯度大，不能保证电触头在整个使用寿命期间具有稳定的性能。

本发明的目的在于提供一种渗硼或碳、氮、硼三元共渗的银基电触头材料的制造方法，使得银基电触头材料中从表层到心部硼或碳、氮、硼元素的含量比较均匀，电触头材料的表层到心部浓度梯度较小，材料组织细小、均匀。从而提高了电触头材料的抗氧化、抗熔焊、抗腐蚀、抗电磨损等性能，并且在整个使用寿命期间，性能比较稳定。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明的银基粉末冶金材料中含有一种或一种以上的如镍、铁、锰、钨、钛、铬、锆等硼化物形成元素或碳、氮、硼化物形成元素，压制成电触头坯料后，烧结、复压成型，其特征在于在电触头坯料的烧结过程中，同时进行渗硼或碳、氮、硼三元共渗的化学热处理，温度为800～950℃，保温时间按坯料每毫米厚0.5～5小时计，电触头坯料的实际密度应小于其理论密度的90%。这样，能保证坯料中有足够的空隙，使渗入元素硼或碳、氮、硼元素的活性原子能通过空隙迅速扩散到压坯心部。从而在短时间内，压坯中各部位的硼化物或碳、氮、硼化物形成元素的粒子均能吸收到活性原子，形成化合物粒子或具有表面渗层的粒子。这样电触头坯料中硼或碳、氮、硼元素的含量比较均匀，即从表层到心部浓度梯度较小。

化学热处理主要用于钢、铁工件及部分有色金属的表面改性。通常认为，元素渗入金属的首要条件是“渗入元素必须能够同基体金属形成固熔体或金属间化合物”。本发明证明这种论点有片面性。本发明表明，只要材料中含有能与渗入元素形成固熔体或金属间化合物的溶质元素原子，无论基体材料能否固溶渗入元素原子或形成金属间化合物均可能实现渗入元素的渗入处理。由于本发明银基电触头粉末冶金材料中含有一种或一种以上如铁、镍、锰、钨、钛、铬、锆等硼化物或氮、氮、硼化物形成元素，所以本发明实现了银基电触头材料的渗硼或碳、氮、硼三元共渗的化学热处理。本发明要求硼化物或碳、氮、硼化物形成元素的总重量含量大于0.1%，否则，化学热处理的效果不太明显。

为了保证本发明银基电触头材料中含硼或碳、氮、硼元素的粒子均匀、细小、弥散地分布，银基粉末冶金材料最好选用共沉淀粉末或粒度小于100目的固熔体粉末。

本发明电触头坯料烧结过程中的渗硼或碳、氮、硼三元共渗的化学热处理，采用一般的钢铁材料表面化学热处理的工艺和配方即可。

本发明的渗硼或碳、氮、硼三元共渗的化学热处理工艺也可以在烧结后、复压之前进行。

本发明提供了一种新的制造银基电触头材料的方法。和已有技术相比，本发明具有以下优点：

1、由于本发明在电触头坯料的烧结过程中同时进行渗硼或碳、氮、硼三元共渗的化学热处理，并使得银基电触头材料组织中表层到心部硼或碳、氮、硼元素含量比较均匀，且渗速快，材料中粒子不会聚集长大，能细小、均匀、弥散地分布，从而大大改善了电触头材料的抗氧化、抗熔焊、抗腐蚀、抗电磨损性能，并保证电触头在整个使用期间具有稳定的性能。

2、本发明电触头坯料的烧结工序和化学热处理工序同时进行，简单易行，加工成本低，具有较大的经济实用价值。

3、本发明取得了意想不到的效果。渗硼或碳、氮、硼三元共渗和电触头材料的制造分别属于化学热处理和粉末冶金两个不同的技术领域。因此，国内外有关电触头材料的化学热处理的研究报道极少。而且，渗硼或碳、氮、硼三元共渗等化学热处理主要用于钢铁和部分有色金属表面的改性。本发明通过改进工艺，成功地使得渗入元素在坯料中含量均匀，材料组织细小、均匀，从而保证了电触头材料性能优良、稳定，其结果完全超出了所属技术领域普通技术人员的预料。

如：将AgFe9粉末冶金材料经碳、氮、硼三元共渗处理，加工成银铜复合触头（动触头Qφ8×0.9/0.9，静触头φ10×1.0），焊在CJ0-40A交流接触器上代替目前使用的AgCdO12整体触头（动触头Qφ9×1.5，静触头10×1.5），按GB998-82和JB/DQ4044-81的方法进行分断和电寿命试验，结果合格，且100万次AC3交流电寿命后的每相最大耗损量小于试验前每相银合金重量的10%。

实施例1：

经还原、筛分的AgFe7共沉淀粉末压制成φ8×2mm的坯料，其密度为8.2g/cm³，为理论密度的80%，然后埋入粉末渗硼剂中，该渗硼剂的组分的重量百分比为：KBF4-5%，B4C-40%，其余为SiC，同时进行烧结和渗硼处理，温度830～880℃，时间5小时，烧渗后的组织见图1（苦味酸硝酸酒精溶液浸蚀，440×）。

比较：经还原、筛分、压坯、烧结、复压后的成品AgFe7试样，其密度为10.2g/cm³，为理论密度的99%，尺寸为φ8×1.5mm，埋入与前述相同的粉末渗硼剂中，进行渗硼处理，温度与时间均相同，其渗后的的组织见图2（苦味酸硝酸酒精溶液浸蚀，440×）。将图1和图2比较可知，本发明实施例坯料的组织比较均匀，表层没有硼化物粒子聚集;而比较试样的表层有硼化物粒子聚集。

实施例2：

经还原、筛分的AgNi10共沉淀粉末压制成φ8×2mm的试样，密度为6.7g/cm³，其实际密度为理论密度的65%，按实施例1的渗剂配方和工艺条件进行烧结和渗硼处理，烧结后的组织见图3（苦味酸酒精溶液浸蚀，440×）。

比较：经压坯、烧结、复压后的AgNi10试样，密度为10.2g/cm³，实际密度为理论密度的99%，尺寸为φ8×1mm，按实施例1的渗剂配方和工艺条件同时进行烧结和渗硼处理。烧渗后的组织见图4（苦味酸硝酸酒精溶液浸蚀，440×）。图3和图4比较可知，本发明实施例组织比较均匀，表层没有硼化物粒子聚集;而比较试样表层有硼化物粒子聚集。

实施例3：

经还原、筛分的AgFe7共沉淀粉末压制成一块密度为7.5g/cm³的矩形坯料，尺寸为45×10×2.5mm³，实际密度为理论密度的73%，放入炉中烧结，温度为800～950℃，烧结时进行碳、氮、硼三元共渗，即烧结同时滴加溶有含硼物质的甲醇甲酰胺混合液。混合液中，甲醇甲酰胺的体积比为1∶1，含硼物质的量为50g/l，共渗2.5小时，将烧渗后的坯料压制成43×10×1mm³的试样，进行抗氧化试验，结果见图5中的曲线m（4%硝酸酒精浸蚀，340×）。图6为试样的金相照片。图5中横轴为650℃下氧化时间，单位为小时，纵轴为单位面积增重，单位为g/cm³×10^-5。表1为试样表层和心部碳、氮、硼含量的对比。

表1：

试样心部和表层碳、氮、硼含量的对比（重量百分含量）

	C%	N%	B%
				表层	0.0106	0.0264	0.0270
心部	0.00810	0.0240	0.0224

比较：经还原、筛分的AgFe7共沉淀粉末压制成密度为7.5g/cm³的矩形坯料，尺寸为45×10×2.5mm³，放在炉中在氢气气氛下烧结，温度为800～950℃，时间2.5小时，复压加工成43×10×1mm³的矩形试样，进行抗氧化试验，结果见图5中曲线n（4%硝酸酒精浸蚀，340×）。图7为试样的金相照片。

表1、图5、图6和图7表明：碳、氮、硼三元共渗明显地改善了触头的抗氧化性能，而且，经过共渗的材料其表面和心部均有碳、氮、硼元素，且呈现细小、均匀、弥散地分布，浓度梯度小。

实施例4：

经还原、筛分的AgFe7共沉淀粉末压制成密度为7.8g/cm³的触头坯料，实际密度为理论密度的76%，按实施例3的渗剂在烧结过程中进行碳、氮、硼三元共渗的化学热处理，温度为800～950℃，时间为2小时，然后经复压加工成Qφ9×1.5mm的动触头和φ10×1.5mm的静触头。

比较：经还原、筛分的AgFe7共沉淀粉末压坯，氢气中烧结2小时，温度为880℃，复压加工成与实施例相同尺寸的动触头和静触头。

将上述两种触头分别焊在CJ0-40A交流接触器上按GB998-82和JB/DQ-81的方法进行3万次AC4交流电寿命试验，结果见表2。本实施例表明碳、氮、硼三元共渗大大提高了AgFe7的抗熔焊性。

表2：

AC4交流电寿命试验比较（试验电压400V，电流241A，功率因素0.36）

参数类别

操作频率

寿命

动触头温升℃

静触头温升℃

次／小时

次

A相

B相

C相

A相

B相

C相

AgFe7共渗

400

＞30003

54

34

54.5

55.5

62.5

47

AgFe7未其渗

400

2849

Claims

1、一种用于电开关的银基电触头材料的制造方法，银基粉末冶金材料中含有一种或一种以上的如镍、铁、锰、钨、钛、铬、锆等硼化物形成元素或碳、氮、硼化物形成元素，压制成电触头坯料后，烧结、复压成型，其特征在于在电触头坯料的烧结过程中，同时进行渗硼或碳、氮、硼三元共渗的化学热处理，温度为800～950℃，保温时间按坯料每毫米厚0.5～5小时计，电触头坯料的实际密度小于理论密度的90%。

2、根据权利要求1所述的一种用于电开关的银基电触头材料的制造方法，其特征在于所述的银基粉末冶金材料中硼化物或碳、氮、硼化物形成元素的总重量含量大于0.1%。

3、根据权利要求1所述的一种用于电开关的银基电触头材料的制造方法，其特征在于所述的银基粉末冶金材料为共沉淀粉末或粒度小于100目的固熔体粉末。

4、根据权利要求1所述的一种用于电开关的银基电触头材料的制造方法，其特征在于所述的银基粉末冶金材料为银铁或银镍粉末冶金材料。