CN108270135A

CN108270135A - 一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料及其制备方法

Info

Publication number: CN108270135A
Application number: CN201810055814.3A
Authority: CN
Inventors: 秦国义; 许思勇
Original assignee: Yunnan University YNU
Current assignee: Yunnan University YNU
Priority date: 2018-01-20
Filing date: 2018-01-20
Publication date: 2018-07-10

Abstract

本发明公开了一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料及其制备方法，复合丝由银合金包复层和铜合金芯部构成；所述银合金包复层为AgCuNi或AgCuNiRE合金；所述铜合金芯为CuBe、CuCoBe、CuNiBe、CuNiSn、CuAgFe的合金，所述银合金包复层质量百分数为10～40％、铜合金芯质量百分数为60～90％；材料成本大幅减低，本发明获得的银基合金包复铜合金复合丝电刷材料强度高、弹性高，具有更好的综合性能。

Description

一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料及其制备方法

技术领域

本发明属于金属功能复合材料领域，具体涉及一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料及其制备方法，可用于低成本和综合性能优良的电接触材料，特别适用于滑动电接触，如电刷。

背景技术

银铜镍(AgCuNi)三元合金作为电刷材料已经应用于各种微型电机上。但这种传统的银铜镍三元合金的银含量高、材料成本很高，而且其强度和弹性不能很好满足应用要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、强度和弹性较高的银合金包复铜合金复合丝电刷材料。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料，所述复合丝由银合金包复层和铜合金芯部构成；所述银合金包复层为AgCuNi或AgCuNiRE合金；所述铜合金芯为CuBe、CuCoBe、CuNiBe、CuNiSn、CuAgFe的合金，所述银合金包复层质量百分数为10～40％、铜合金芯质量百分数为60～90％。

作为优选的技术方案，所述AgCuNi或AgCuNiRE合金质量百分比分别为Cu 10～50、Ni 0～5、RE 0～1、余量为Ag。

作为优选的技术方案，所述RE为稀土元素La、Ce、Y、Yb、Sm、Gd中的一种或任意几种。

作为优选的技术方案，所述铜合金芯中按照质量百分比分别为CuBe 1.6～2.2、CuCo 2～3Be 0.4～0.7、CuNi 1.5～2.5Be 0.3～0.6、CuNi 0～9Sn 2～8、 CuAg 2～10Fe0～5。

作为优选的技术方案，所述银合金包复层AgCuNi或AgCuNiRE合金中还包括质量百分数为0.1～2的In、Sn元素。

本发明还提供一种制备所述的银合金包复铜合金复合丝电刷材料的方法，包括步骤：

1)在真空度高于0.1Pa的感应熔炼炉内熔炼上述银合金和铜合金并浇铸于石墨模具中，分别得到银合金铸锭和铜合金铸锭；

2)将所述的银合金和铜合金铸锭在车床上扒皮去除表面缺陷，然后将所述银合金锭挤压成银合金管坯，将铜合金锭挤压成铜合金圆棒；

3)将所述的银合金管坯和铜合金圆棒先退火处理，然后将所述管坯和圆棒内外表面酸洗、除油、干燥处理，再将圆棒装配在管坯的内孔获得银合金管坯包覆铜合金圆棒的复合坯，管棒间装配间隙为0.03～0.2mm；

4)将所述复合坯进行旋锻加工，首次旋锻变形量≥50％，将旋锻后的复合坯经600℃～700℃退火1-2h处理；然后进行二次旋锻、变形量≥50％，得到旋锻复合棒；

5)将所述旋锻复合棒经600℃～700℃退火1-2h处理，并经多道次拉拔和中间退火处理，两次退火间总变形量≥50％，最后拉拔至直径为0.1mm～0.8mm 的复合丝，即得所述银合金包复铜合金复合丝电刷材料。

作为优选的技术方案，步骤3)中所述银合金管坯退火温度为600℃～700℃，时间为1～2h；铜合金圆棒退火温度为650℃～800℃，时间为0.5～2h。

作为优选的技术方案，步骤5)中所述中间退火温度为600℃～700℃，时间为0.5～1h。退火在保护性气氛或真空中进行。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明获得的银基合金包复铜合金复合丝电刷材料，节约银60％以上，材料成本大幅减低。

2、由于铜合金芯采用的是一类高强度、高弹性的材料，本发明获得的银基合金包复铜合金复合丝电刷材料具有更好的综合性能。

由于采用了上述技术方案，一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料及其制备方法，所述复合丝由银合金包复层和铜合金芯部构成；所述银合金包复层为 AgCuNi或AgCuNiRE合金；所述铜合金芯为CuBe、CuCoBe、CuNiBe、CuNiSn、 CuAgFe的合金，所述银合金包复层质量百分数为10～40％、铜合金芯质量百分数为60～90％；材料成本大幅减低，本发明获得的银基合金包复铜合金复合丝电刷材料强度高、弹性高，具有更好的综合性能。

具体实施方式

所述AgCuNi或AgCuNiRE合金质量百分比分别为Cu 10～50、Ni 0～5、RE 0～1、余量为Ag。

所述RE为稀土元素La、Ce、Y、Yb、Sm、Gd中的一种或任意几种。

所述铜合金芯中按照质量百分比分别为CuBe 1.6～2.2、CuCo 2～3 Be 0.4～0.7、CuNi 1.5～2.5 Be 0.3～0.6、CuNi 0～9Sn 2～8、CuAg 2～10 Fe 0～5。

所述银合金包复层AgCuNi或AgCuNiRE合金中还包括质量百分数为0.1～2 的In、Sn元素。

一种制备所述的银合金包复铜合金复合丝电刷材料的方法，包括步骤：

步骤3)中所述银合金管坯退火温度为600℃～700℃，时间为1～2h；铜合金圆棒退火温度为650℃～800℃，时间为0.5～2h。

步骤5)中所述中间退火温度为600℃～700℃，时间为0.5～1h。退火在保护性气氛或真空中进行。

下面结合实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

实施例1

一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料由AgCuNi合金包复层和CuCoBe合金芯构成，其质量百分比组成为：AgCuNi合金包复层19％，CuCoBe合金芯81％。 AgCuNi合金质量百分比组成：Cu20％，Ni2％，余量为Ag；CuCoBe合金质量百分比组成：Be0.6％，Co2.5％，余量为Cu。

将含质量百分比为Cu20％，Ni2％，余量为Ag的原料和含Be0.6％，Co2.5％，余量为Cu的原料分别在真空感应熔炼炉熔炼并浇铸于尺寸为φ62×152mm(内径×长度)的石墨模具中，分别得到银合金铸锭和铜合金铸锭；将银合金和铜合金铸锭在车床上扒皮去除表面缺陷，得到尺寸为φ60×150mm(外径×长度) 的银合金和铜合金锭；在所述银合金锭横截面中心钻直径为φ30的圆形通孔，获得φ60×φ30×15.5mm(外径×内径×壁厚)的银合金管坯；将银合金管坯在挤压机上挤压成尺寸为φ44×φ40×2mm(外径×内径×壁厚)的银合金管材；将铜合金锭挤压成直径为φ40mm的铜合金圆棒。φ44×φ40×2mm(外径 ×内径×壁厚)的银合金管材经700℃退火1h，直径为φ40mm的铜合金圆棒经800℃退火2h，然后将退火态的银合金管材和铜合金圆棒内外表面酸洗、除油、干燥处理，再将铜合金圆棒装配在银合金管材的内孔，管棒间装配间隙为 0.05mm，最后获得外径为φ44的银合金管材包覆铜合金圆棒的复合坯。将复合坯进行旋锻加工，首次旋锻变形量控制在85％，将旋锻后的复合坯经700℃ 退火2h处理；然后进行二次旋锻，变形量为60％，得到直径为φ10.5的旋锻复合棒。旋锻复合棒进行冷拉拔，经4次700℃保温1h氩气保护中间退火处理，两次退火间总变形量控制在60±5％，最后拉拔成直径0.5mm的复合丝。

本实施例中制得的复合电刷丝材的抗拉强度为610Mpa，显微硬度Hv为200，弹性模量为120Gpa，密度为9.18g/cm³，电阻系数2.92μΩ·cm。

实施例2

一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料由AgCuNiCe合金包复层和CuNiBe 合金芯构成，其质量百分比组成为：AgCuNiCe合金包复层19％，CuNiBe合金芯 81％。AgCuNiCe合金包复层质量百分比组成为：Cu20％，Ni2％，Ce0.5％，余量为 Ag；CuNiBe合金质量百分比的原料组成：Be0.4％，Ni 1.8％，余量为Cu。复合丝制备方法同实施例1。本实施例中制得的复合电刷丝材的抗拉强度为650Mpa，显微硬度Hv为210，弹性模量为125Gpa，密度为9.1g/cm³，电阻系数 3.12μΩ·cm。

实施例3

一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料由AgCuNiLa合金包复层和CuBe合金芯构成，其质量百分比组成为：AgCuNiLa合金包复层19％，CuBe合金芯81％。银合金覆层质量百分比组成：Cu20％，Ni2％，La0.5％，余量为Ag；CuBe合金质量百分比组成：Be1.6％，余量为Cu。复合丝制备方法同实施例1。本实施例中制得的复合电刷丝材的抗拉强度为805Mpa，显微硬度Hv为220，弹性模量为 130GPa，密度为9.05g/cm³，电阻系数4.57μΩ·cm。

实施例4

一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料由AgCuNi合金包复层和CuNiSn合金芯构成，其质量百分比组成为：AgCuNi合金包复层19％，CuNiSn合金芯81％。 AgCuNi合金包复层质量百分比组成：Cu20％，Ni2％，余量为Ag；CuNiSn质量百分比组成：Ni9％，Sn2％，余量为Cu。复合丝制备方法同实施例1。本实施例中制得的复合电刷丝材的抗拉强度为700Mpa，显微硬度Hv为200，弹性模量为 120Gpa，密度为9.22g/cm³，电阻系数4.38μΩ·cm。

实施例5

一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料由AgCuNi合金包复层和CuFeAg合金芯构成，其质量百分比组成为：AgCuNi合金包复层19％，CuNiSn合金芯81％。 AgCuNi合金包复层质量百分比组成：Cu20％，Ni2％，余量为Ag；CuFeAg质量百分比组成：Fe2.5％，Ag2％，余量为Cu。复合丝制备方法同实施例1。本实施例中制得的复合电刷丝材的抗拉强度为630Mpa，显微硬度Hv为210，弹性模量为125Gpa，密度为9.12g/cm³，电阻系数3.28μΩ·cm。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料，其特征在于：所述复合丝由银合金包复层和铜合金芯部构成；所述银合金包复层为AgCuNi或AgCuNiRE合金；所述铜合金芯为CuBe、CuCoBe、CuNiBe、CuNiSn、CuAgFe的合金，所述银合金包复层质量百分数为10～40％、铜合金芯质量百分数为60～90％。

2.如权利要求1所述一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料，其特征在于：所述AgCuNi或AgCuNiRE合金质量百分比分别为Cu 10～50、Ni 0～5、RE 0～1、余量为Ag。

3.如权利要求2所述一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料，其特征在于：所述RE为稀土元素La、Ce、Y、Yb、Sm、Gd中的一种或任意几种。

4.如权利要求1所述一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料，其特征在于：所述铜合金芯中按照质量百分比分别为CuBe 1.6～2.2、CuCo 2～3Be 0.4～0.7、CuNi 1.5～2.5Be0.3～0.6、CuNi 0～9Sn 2～8、CuAg 2～10Fe 0～5。

5.如权利要求1所述一种银合金包复铜合金复合丝电刷材料，其特征在于：所述银合金包复层AgCuNi或AgCuNiRE合金中还包括质量百分数为0.1～2的In、Sn元素。

6.一种制备如权利要求1至5任意一项所述的银合金包复铜合金复合丝电刷材料的方法，其特征在于，包括步骤：

5)将所述旋锻复合棒经600℃～700℃退火1-2h处理，并经多道次拉拔和中间退火处理，两次退火间总变形量≥50％，最后拉拔至直径为0.1mm～0.8mm的复合丝，即得所述银合金包复铜合金复合丝电刷材料。

7.如权利要求6所述的制备银合金包复铜合金复合丝电刷材料的方法，其特征在于：步骤3)中所述银合金管坯退火温度为600℃～700℃，时间为1～2h；铜合金圆棒退火温度为650℃～800℃，时间为0.5～2h。

8.如权利要求6所述的制备银合金包复铜合金复合丝电刷材料的方法，其特征在于：步骤5)中所述中间退火温度为600℃～700℃，时间为0.5～1h。退火在保护性气氛或真空中进行。