CN105886830A - 一种高性能特种铜基触头用材料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能特种铜基触头用材料，它主要由稀土元素、碳化钨、铬、石墨、铍铜合金、铜成分组成，所述的主要成分按质量百分比占比如下：稀土元素RE0.05％‑4％，碳化钨0.1％‑6％，铬1.5％‑5％，石墨0.01％‑3％，铍铜合金5％‑10％，铜余量；经过熔炼、冷却、保温及热机械处理，制备出的铜基材料实现了机械性能和导电率最优化，氧化速率慢，低温升和低接触电阻。

Description

一种高性能特种铜基触头用材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及低压电器触头用材料领域，具体涉及一种高性能特种铜基触头用材料及其制备工艺。
背景技术
电触头在低压开关电器中承担接通、载流、分断和隔离等任务，其质量好坏、可靠性能高低直接影响电器在整个电气系统的可靠性。而电触头材料的优劣是电触头性能的关键性因素。当前低压电器的电触头材料大部分选择银基合金材料制成，据有关数据统计，世界上25％产量的银用于制造电工和电子仪器所需的电触头元件。银是不可再生、产量低的贵金属，其资源日趋匮乏。考虑节约资源和成本的因素，铜基触点材料备受青睐，在低压开关电器中得到了广泛应用。
理想的铜基触头材料应满足良好的导电导热、抗熔焊和抗环境介质污染、断开能力大、耐电压能力强、低接触电阻和温升、截流水平低等特征。目前众多的铜基触头用材料中仍存在一些障碍，影响了电接触性能：很多研究在提高机械性能的同时，使电子散射作用效应变大，从而导电率降低；在提高触点抗熔焊性和分断能力的同时，仍未解决由于电弧烧蚀使得触点严重氧化以及表面凹凸不平造成膜电阻和收缩电阻增加，导致温升加剧的现象。因此研发一种实现机械性能和导电率最大化，控制氧化速率的触头用材料，具有重要的市场产业化价值。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高性能特种铜基触头用材料，它能够降低触头在电弧烧蚀过程的铜合金基体氧化速率，保持低接触电阻和低温升，同时具备极高的电导率和良好的机械强度和硬度，并保持触头材料的其他基本性能。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高性能特种铜基触头用材料主要由稀土元素、碳化钨、铬、石墨、铍铜合金、铜成分组成，所述的主要成分按质量百分比占比如下：稀土元素RE0.05％-4％，碳化钨0.1％-6％，铬1.5％-5％，石墨0.01％-3％，铍铜合金5％-10％，铜余量。
特别地，所述的铍铜合金不限牌号。
特别地，所述的稀土元素RE，是指镧、铈、钕和镨这四种元素其中的一种或者几种的组合。
所述的一种高性能特种铜基触头用材料的制备工艺的制造步骤如下：
(1)按主要成分质量比例进行配制，采用常规熔炼的方法，将配制好的原料放入熔炼炉中熔炼，熔炼温度在850℃-1000℃之间，熔炼过程中充分搅拌得到铜合金原液；
(2)将铜合金原液倒入模具中，待其冷却后得到铜合金圆锭；
(3)将铜合金圆锭放入温度为750℃-850℃的电热炉中保温1.5-2小时；
(4)用挤压机将加热好的铜合金圆锭制成板材状，经退火炉退火，再用轧钢机将板材制成所需厚度的铜合金板；
(5)将铜合金板表面复合一层特殊的焊料层，用冲床制成所需的触头元件，再进行表面抛光处理，即可待用。
本发明的有益效果主要体现在以下：
1、测试的技术指标相当可观
物理与机械性能为导电率99-102％IACS，电阻率1.6903-1.7415μΩ·cm，密度8.05-8.3g/cm3，HB硬度≥1020MPa，钎着率98-99.5％。
2、适量铍铜合金的添加，作为导电第二相的铍铜合金，增加硬度的同时，使得材料的机械性能和导电性能进一步的提高；加入高熔点难熔金属碳化钨、抗烧蚀骨架相的添加，其目的在于通过弥散强化提高材料的强度和耐磨性，通过相变吸收能量和增大熔池粘度提高材料的抗电弧烧蚀性；微量石墨的添加，使得材料具有良好的抗熔焊作用。低固溶度金属铬的添加，为了提高基体的抗氧化性能，还有很强的耐腐蚀性。适量稀土元素的添加，脱气除杂，细化晶粒的同时，抑制铜合金氧化膜的生成速度，提高了铜基合金的抗氧化性，提高其强度和硬度及增强热稳定性。
3、复合的特殊焊料层，简化了焊接程序，根据钎着率测试的结果表明触头焊接面焊接效果可佳，增加了触头的强度，降低了接触电阻，使得触头在低压电器中的使用寿命更加持久。
具体实施方法
以下实施案例仅为本发明的部分实施案例而已，并非对本发明的技术范围做任何限制，凡在本发明的的原则和精神之内做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例一：铜基触头用材料成分及百分比：稀土元素RE1.8％，碳化钨2.05％，铬2.9％，石墨0.5％，铍铜合金5.5％，铜余量。
实施例二：铜基触头用材料成分及百分比：稀土元素RE2％，碳化钨2.3％，铬2.8％，石墨0.65％，铍铜合金6％，铜余量。
实施例三：铜基触头用材料成分及百分比：稀土元素RE1.9％，碳化钨2.2％，铬3％，石墨0.75％，铍铜合金5.8％，铜余量。
实施例测试数据表如下：

Claims (5)

1.一种高性能特种铜基触头用材料主要由稀土元素、碳化钨、铬、石墨、铍铜合金、铜成分组成，其特征是：所述的主要成分按质量百分比占比如下：稀土元素RE 0.05％-4％，碳化钨0.1％-6％，铬1.5％-5％，石墨0.01％-3％，铍铜合金5％-10％，铜余量。
2.根据权利要求1所述的一种高性能特种铜基触头用材料，其特征在于：所述的铍铜合金不限牌号。
3.根据权利要求1所述的一种高性能特种铜基触头用材料，其特征在于：所述的稀土元素RE，是指镧、铈、钕和镨这四种元素其中的一种或者几种的组合。
4.一种高性能特种铜基触头用材料的制备工艺的制造步骤如下：
(1)按主要成分质量比例进行配制，采用常规熔炼的方法，将配制好的原料放入熔炼炉中熔炼，熔炼温度在850℃-1000℃之间，熔炼过程中充分搅拌得到铜合金原液；
(2)将铜合金原液倒入模具中，待其冷却后得到铜合金圆锭；
(3)将铜合金圆锭放入温度为750℃-850℃的电热炉中保温1.5-2小时；
(4)用挤压机将加热好的铜合金圆锭制成板材状，经退火炉退火，再用轧钢机将板材制成所需厚度的铜合金板；
(5)将铜合金板表面复合一层特殊的焊料层，用冲床制成所需的触头元件，再进行表面抛光处理，即可待用。
5.根据权利要求1和4所述的一种高性能特种铜基触头用材料，其特征在于：所述的铜基触头用材料的物理与机械性能为导电率99-102％IACS，电阻率1.6903-1.7415μΩ·cm，密度8.05-8.3g/cm3，HB硬度≥1020MPa，钎着率98-99.5％。
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