CN106119584A - 一种银铬基电接触自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电导材料技术领域，公开了一种银铬基电接触自润滑复合材料及其制备方法，该电接触材料包括银的质量百分比为50％‑70％，铬的质量百分比为5％‑35％，二硒化铌的质量百分比为10％‑30％，经过粉末包覆、混合、压制成型、烧结、复压复烧方法步骤将混合均匀的粉末材料制成适用于不同工作环境的新型电接触复合材料，银包覆的具有层状结构的二硒化铌作为电接触复合材料中的润滑相，铬的添加能提高电接触复合材料强度、硬度和耐腐蚀能力。该复合材料具有优异的机械、摩擦学和电学性能。本发明工艺简单、生产过程对环境无污染，可操作性强，成品作为电接触材料广泛应用交通运输、冶金、造船、机械、电力、航空等领域。

Description

一种银铬基电接触自润滑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电导材料技术领域,涉及一种复合材料，具体涉及一种银铬基电接触自润滑复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
电接触材料(包括银基电接触材料、铜基电接触材料)是电工合金的关键
功能材料，用于高低压开关触头、发电机的集电环、继电器的触头等，其性能直接影响到发电装备和输变电装备的技术水平。银基电触头普遍应用于各种低压电器，是低压电器的核心元件，广泛用于配电系统、家电、交通和控制机械设备中。
在电气、电子领域，电接触材料主要用作电触点、导电刷、集电环、换向片、整流片和接插件等，是电通断环节中重要的功能性元件。采用电接触元件的电机、电气开关、继电器、接插件等作为基础件在信息工程、家用电子电器、汽车工程等领域大量使用。这些电接触元件的性能直接影响所应用产品及整个系统的可靠性、稳定性、精度及使用寿命。同时，随着各类产品向高精度和微型化发展，对电接触元件的性能提出了更高的要求：具有优良的导电性、小而稳定的接触电阻、高的化学稳定性、耐磨性和抗电弧烧损能力。电接触元件必须在电阻率、接触电阻、密度、硬度、化学成分、抗熔焊性、抗腐蚀性、可焊性等方面可靠地满足应用的要求。Ag/Cu－MoS2－石墨是典型的电接触材料，它依靠Ag、Cu来改善材料的导电、导热能力，依靠石墨、MoS2在摩擦过程中表面形成一层固体润滑膜，来提高材料的耐磨性。虽然石墨的导电性好，但是其只是在大气中和有水分存在的情况下才具有好的摩檫学性能；MoS2虽然具有很低的摩擦系数，但是其导电性能差。银铬基含过渡族金属硒化物(MSe2，M指Ti，Nb，Ta等)电接触复合材料具有好的摩檫学性能和电导率，但材料的机械性能略差，因此添加Cr、SiC和Cr2Nb等硬相可以改善银铬基电接触材料的机械性能。
此外，没有相关报道银铬基含铬和银包覆二硒化铌的电接触复合材料，银包覆二硒化铌作为固体润滑剂，铬作为强化相。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种新型银铬基电接触自润滑复合材料，适用于不同环境下的高电导率的银铬基固体自润滑复合材料。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种银铬基电接触自润滑复合材料，包括银的质量百分比为50-70％，铬的质量百分比为5-30％，二硒化铌的质量百分比为10-30％。
上述的一种银铬基电接触自润滑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将纳米二硒化铌NbSe2粉末添加到一定浓度的硝酸银AgNO3溶液中超声分散一定时间后，放入到烘箱烘干；将烘干的粉末置入Al2O3烧舟中，放入通有还原气体的高温扩散炉中加热保温一定时间后，制得银包覆纳米二硒化铌；
S2、将银粉、铬粉、步骤S1制得的银包覆纳米二硒化铌按质量百分比配比制得混合材料；
S3、将上述混合材料和不锈钢磨球按质量比配比，密封放入行星球磨混料机的不锈钢球磨罐内；将不锈钢球磨罐抽真空，充入惰性气体，球磨制得混合粉末；
S4、将步骤S3中混合粉末放入模具中，压制成型得复合材料压胚；
S5、将步骤S4中的复合材料压胚放入管式炉中，充入惰性气体，高温烧结后随炉冷却；
S6、将步骤S5中的压胚复合材料取出在压力机上进行复压；
S7、将步骤S6中的复合材料再次放入到管式炉中，重复步骤S5，制得电接触自润滑复合材料。
上述步骤S1中，AgNO3溶液浓度为0.4mol/L，所述的超声分散时间为1小时，所述的还原气体为H2，所述的加热保温温度为200℃，保温时间为1小时。
上述步骤S1中，所述纳米二硒化铌纯度大于99％，粒径小于1.5um，厚度小于200nm。
上述步骤S2中，银粉的纯度大于99.9％，粒径为1-75um，所述铬粉的纯度大于99.9％，粒径为1-75um。
上述步骤S2中，银粉的质量百分比为50-70％，铬粉的质量百分比为5-30％，步骤(1)中纳米二硒化铌粉末的质量百分比为10-30％。
上述步骤S3中，混合材料和不锈钢磨球的质量比配比为1:10，所述惰性气体为氩气，所述球磨机转速为300r/min，正反转交替球磨，球磨时间为16h，每次球磨30min，球磨机停止工作10min，交替进行。
上述步骤S4中的复合材料压胚为圆柱形，直径为22mm，厚度为4mm。
上述步骤S4、S6中压力为400MPa-600Mpa，时间为5-15min。
上述步骤S5、S7中烧结温度为600℃-700℃，保温时间为1h。
上述的一种新型银铬基电接触自润滑复合材料应用领域包括交通运输、冶金、造船、机械、电力、航空等。
本发明的有益之处在于：
本发明提供了一种新型银铬基电接触自润滑复合材料，适用于高温、低温、真空、腐蚀等环境恶劣场合，银包覆的二硒化铌作为固体润滑剂改善了电接触材料的摩擦学性能，降低了摩擦系数和磨损率，铬提高了银铬基电接触材料的硬度、强度和耐磨性，Ag包覆的NbSe2改善了金属基体Ag与NbSe2之间界面的相容性，在高温烧结过程中会有少量的Cr插入到NbSe2层间的Se-Se链接成为Se-Cr-Se链接，从而提高导电性能，因此本发明所述的一种新型银铬基电接触自润滑复合材料具有优异的机械性能、摩檫学性能和电学性能。本发明工艺简单、生产过程对环境无污染，可操作性强，成品作为电接触材料广泛应用交通运输、冶金、造船、机械、电力、航空等领域。
附图说明
图1为本发明的一种新型银铬基电接触自润滑复合材料的实施案例3的电镜图片。
图2为本发明的一种新型银铬基电接触自润滑复合材料的实施案例在不同负载下的摩擦系数图。
图3为本发明的一种新型银铬基电接触自润滑复合材料的实施案例在400℃时的摩擦系数图。
图4为本发明的一种新型银铬基电接触自润滑复合材料的实施案例的电阻率图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
一种银铬基电接触自润滑复合材料，包括银的质量百分比为55％，铬的质量百分比为15％，二硒化铌的质量百分比为30％。其制备方法，包括如下步骤：
S1、将纳米二硒化铌(NbSe2)粉末添加到0.4mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液中超声分散1h，放入到烘箱烘干；将烘干的粉末置入Al2O3烧舟中，放入通有H2的高温扩散炉中加热到200℃保温1h，制得银包覆纳米二硒化铌；
S2、将银粉、铬粉、步骤S1制得的银包覆纳米二硒化铌按质量百分比配比制得混合材料；
S3、将上述混合材料和不锈钢磨球按质量比1:10配比，密封放入行星球磨混料机的不锈钢球磨罐内；将不锈钢球磨罐抽真空，充入氩气，球磨机转速为300r/min，正反转交替球磨，球磨时间为16h，每次球磨30min，球磨机停止工作10min，交替进行，制得混合粉末；
S4、将步骤S3中混合粉末放入模具中，600Mpa，15min压制成型得复合材料压胚；
S5、将步骤S4中的复合材料压胚放入管式炉中，充入惰性气体，600℃高温烧结1h后随炉冷却；
S6、将步骤S5中的压胚复合材料取出在压力机上进行复压，600Mpa压制15min；
S7、将步骤S6中的复合材料再次放入到管式炉中，重复步骤S5，制得电接触自润滑复合材料。
实施例2
一种银铬基电接触自润滑复合材料，包括银的质量百分比为60％，铬的质量百分比为15％，二硒化铌的质量百分比为25％。其制备方法，包括如下步骤：
S1、将纳米二硒化铌(NbSe2)粉末添加到0.4mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液中超声分散1h，放入到烘箱烘干；将烘干的粉末置入Al2O3烧舟中，放入通有H2的高温扩散炉中加热到200℃保温1h，制得银包覆纳米二硒化铌；
S2、将银粉、铬粉、步骤S1制得的银包覆纳米二硒化铌按质量百分比配比制得混合材料；
S3、将上述混合材料和不锈钢磨球按质量比1:10配比，密封放入行星球磨混料机的不锈钢球磨罐内；将不锈钢球磨罐抽真空，充入氩气，球磨机转速为300r/min，正反转交替球磨，球磨时间为16h，每次球磨30min，球磨机停止工作10min，交替进行，制得混合粉末；
S4、将步骤S3中混合粉末放入模具中，700Mpa，15min压制成型得复合材料压胚；
S5、将步骤S4中的复合材料压胚放入管式炉中，充入惰性气体，600℃高温烧结1h后随炉冷却；
S6、将步骤S5中的压胚复合材料取出在压力机上进行复压，700Mpa压制15min；
S7、将步骤S6中的复合材料再次放入到管式炉中，重复步骤S5，制得电接触自润滑复合材料。
实施例3
一种银铬基电接触自润滑复合材料，包括银的质量百分比为65％，铬的质量百分比为20％，二硒化铌的质量百分比为15％。其制备方法，包括如下步骤：
S1、将纳米二硒化铌(NbSe2)粉末添加到0.4mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液中超声分散1h，放入到烘箱烘干；将烘干的粉末置入Al2O3烧舟中，放入通有H2的高温扩散炉中加热到200℃保温1h，制得银包覆纳米二硒化铌；
S2、将银粉、铬粉、步骤S1制得的银包覆纳米二硒化铌按质量百分比配比制得混合材料；
S3、将上述混合材料和不锈钢磨球按质量比1:10配比，密封放入行星球磨混料机的不锈钢球磨罐内；将不锈钢球磨罐抽真空，充入氩气，球磨机转速为300r/min，正反转交替球磨，球磨时间为16h，每次球磨30min，球磨机停止工作10min，交替进行，制得混合粉末；
S4、将步骤S3中混合粉末放入模具中，700Mpa，15min压制成型得复合材料压胚；
S5、将步骤S4中的复合材料压胚放入管式炉中，充入惰性气体，600℃高温烧结1h后随炉冷却；
S6、将步骤S5中的压胚复合材料取出在压力机上进行复压，700Mpa压制15min；
S7、将步骤S6中的复合材料再次放入到管式炉中，重复步骤S5，制得电接触自润滑复合材料。
实施例4
一种银铬基电接触自润滑复合材料，包括银的质量百分比为70％，铬的质量百分比为20％，二硒化铌的质量百分比为10％。其制备方法，包括如下步骤：
S1、将纳米二硒化铌(NbSe2)粉末添加到0.4mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液中超声分散1h，放入到烘箱烘干；将烘干的粉末置入Al2O3烧舟中，放入通有H2的高温扩散炉中加热到200℃保温1h，制得银包覆纳米二硒化铌；
S2、将银粉、铬粉、步骤S1制得的银包覆纳米二硒化铌按质量百分比配比制得混合材料；
S3、将上述混合材料和不锈钢磨球按质量比1:10配比，密封放入行星球磨混料机的不锈钢球磨罐内；将不锈钢球磨罐抽真空，充入氩气，球磨机转速为300r/min，正反转交替球磨，球磨时间为16h，每次球磨30min，球磨机停止工作10min，交替进行，制得混合粉末；
S4、将步骤S3中混合粉末放入模具中，700Mpa，10min压制成型得复合材料压胚；
S5、将步骤S4中的复合材料压胚放入管式炉中，充入惰性气体，600℃高温烧结1h后随炉冷却；
S6、将步骤S5中的压胚复合材料取出在压力机上进行复压，700Mpa压制10min；
S7、将步骤S6中的复合材料再次放入到管式炉中，重复步骤S5，制得电接触自润滑复合材料。
实施例5
一种银铬基电接触自润滑复合材料，包括银的质量百分比为70％，铬的质量百分比为10％，二硒化铌的质量百分比为20％。其制备方法，包括如下步骤：
S1、将纳米二硒化铌(NbSe2)粉末添加到0.4mol/L的硝酸银(AgNO3)溶液中超声分散1h，放入到烘箱烘干；将烘干的粉末置入Al2O3烧舟中，放入通有H2的高温扩散炉中加热到200℃保温1h，制得银包覆纳米二硒化铌；
S2、将银粉、铬粉、步骤S1制得的银包覆纳米二硒化铌按质量百分比配比制得混合材料；
S3、将上述混合材料和不锈钢磨球按质量比1:10配比，密封放入行星球磨混料机的不锈钢球磨罐内；将不锈钢球磨罐抽真空，充入氩气，球磨机转速为300r/min，正反转交替球磨，球磨时间为16h，每次球磨30min，球磨机停止工作10min，交替进行，制得混合粉末；
S4、将步骤S3中混合粉末放入模具中，800Mpa，15min压制成型得复合材料压胚；
S5、将步骤S4中的复合材料压胚放入管式炉中，充入惰性气体，650℃高温烧结1h后随炉冷却；
S6、将步骤S5中的压胚复合材料取出在压力机上进行复压，800Mpa压制15min；
S7、将步骤S6中的复合材料再次放入到管式炉中，重复步骤S5，制得电接触自润滑复合材料。
各实施例参数对比：
性能检测结果
由图1可见，高亮白色的是银基体，淡灰色的是Cr，暗灰色的是Ag包覆的NbSe2，3种材料边界结合良好，说明了电接触复合材料中均匀分布着润滑相NbSe2和强化相Cr。
由图2可见，实施例1-5制得的银铬基复合材料在不同负载下，其摩擦系数是变化的。当负载低于30N，摩擦系数变化很小，尤其是实施例3，当负载高于30N，摩擦系数突然上升，尤其是实施例4的摩擦系数上升幅度非常大，所有的实施例的摩擦系数均在0.3以下，其中实施案例2摩擦学性能最佳。
由图3可见，添加了Cr和NbSe2的电接触材料，在负载30N、温度400℃下的摩擦系数变化图，对比之下其在400℃下的摩擦系数比常温下略高，由此可见，该电接触材料在高温下有着非常好的摩檫学性能。
由图4可见，Cr是导电性能极佳的金属，且其有较高的硬度，作为强化相提高了材料的机械性能，实施案例1-5的电阻率随着银包覆的NbSe2增多而增大，但是增大的幅度较小，原因是NbSe2相比于银、铬这一类的导电材料，其导电性能略差，因此NbSe2的增多使得银铬基电接触材料电阻率变大。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种银铬基电接触自润滑复合材料，其特征在于，包括银的质量百分比为50-70％，铬的质量百分比为5-30％，二硒化铌的质量百分比为10-30％。
2.一种银铬基电接触自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将纳米二硒化铌NbSe2粉末添加到一定浓度的硝酸银AgNO3溶液中超声分散一定时间后，放入到烘箱烘干；将烘干的粉末置入Al2O3烧舟中，放入通有还原气体的高温扩散炉中加热保温一定时间后，制得银包覆纳米二硒化铌；
S2、将银粉、铬粉、步骤S1制得的银包覆纳米二硒化铌按质量百分比配比制得混合材料；
S3、将上述混合材料和不锈钢磨球按质量比配比，密封放入行星球磨混料机的不锈钢球磨罐内；将不锈钢球磨罐抽真空，充入惰性气体，球磨制得混合粉末；
S4、将步骤S3中混合粉末放入模具中，压制成型得复合材料压胚；
S5、将步骤S4中的复合材料压胚放入管式炉中，充入惰性气体，高温烧结后随炉冷却；
S6、将步骤S5中的压胚复合材料取出在压力机上进行复压；
S7、将步骤S6中的复合材料再次放入到管式炉中，重复步骤S5，制得电接触自润滑复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种银铬基电接触自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，AgNO3溶液浓度为0.4mol/L，所述的超声分散时间为1小时，所述的还原气体为H2，所述的加热保温温度为200℃，保温时间为1小时。
4.根据权利要求1所述的一种银铬基电接触自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述纳米二硒化铌纯度大于99％，粒径小于1.5um，厚度小于200nm。
5.根据权利要求1所述的一种银铬基电接触自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，银粉的纯度大于99.9％，粒径为1-75um，所述铬粉的纯度大于99.9％，粒径为1-75um。
6.根据权利要求1所述的一种银铬基电接触自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，银粉的质量百分比为50-70％，铬粉的质量百分比为5-30％，步骤(1)中纳米二硒化铌粉末的质量百分比为10-30％。
7.根据权利要求1所述的一种银铬基电接触自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，混合材料和不锈钢磨球的质量比配比为1:10，所述惰性气体为氩气，所述球磨机转速为300r/min，正反转交替球磨，球磨时间为16h，每次球磨30min，球磨机停止工作10min，交替进行。
8.根据权利要求1所述的一种银铬基电接触自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中的复合材料压胚为圆柱形，直径为22mm，厚度为4mm。
9.根据权利要求1所述的一种银铬基电接触自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4、S6中压力为400MPa-600Mpa，时间为5-15min。
10.根据权利要求1所述的一种银铬基电接触自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S5、S7中烧结温度为600℃-700℃，保温时间为1h。
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