CN110504119A - 一种银铜复合电触头材料的制备方法 - Google Patents

一种银铜复合电触头材料的制备方法 Download PDF

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刘新志
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    • H01H11/048—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by powder-metallurgical processes

Abstract

本发明申请涉及一种银铜复合电触头材料的制备方法。方法如下：将银粉与添加物粉末混合均匀，调制成银合金浆料，以铜合金作为基材，将银合金浆料刷涂在基材上，进行烧结，保温，冷却；将已复合上一层银合金层的基材置于激光器工作台中，用激光束辐照扫描银合金层，快速使其中的银粉熔化后冷却，在银层冷却凝固后形成致密的银合金层，冷却；重复进行刷涂银合金浆料、烧结和激光熔覆过程，直至达到银合金厚度要求，然后进行最终烧结，保温，之后轧制处理成成品。银合金与铜合金材料结合强度有所提高，提高了银合金层的致密度，从而提高了电器电寿命指标。

Description

一种银铜复合电触头材料的制备方法
技术领域
本发明申请涉及一种银铜复合电触头材料的制备方法。
背景技术
目前接触器、断路器等低压电器所用触头主要为银基合金材料。有研究表明，银基触头在电器寿命周期内性能过剩，即电器达到规定寿命后，仍有一定厚度的银基触点，产生浪费。银铜复合电触头材料能够很好地解决这个问题。但常规复合技术多采用(冷、热)轧制法、爆炸法等将银合金板材与铜合金板材结合起来，这种方法对银合金的加工性要求很高。很多银合金材料的脆性决定了无法复合，因此银铜复合用于电触头材料的生产具有较大的局限性。此外，用于复合的银合金板有些含有无法熔炼的成份，只能用粉末压制法制备，其密度不够理想，影响了电触头的各项理化与电气性能指标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种银铜复合电触头材料制备方法，解决了银合金由于脆性而无法复合的缺点，它能满足绝大多数银基触头成份与铜合金材料的复合要求，并能使银合金层接近其理论密度，从而提高其综合性能。
本发明的目的是这样实现的：一种银铜复合电触头材料的制备方法，步骤如下：
步骤一：将银粉与添加物粉末混合均匀，用无水乙醇调制成银合金浆料，
步骤二：以铜合金作为基材，将银合金浆料刷涂在基材上，然后置于保护气氛中进行烧结，保温，冷却；
步骤三：将已复合上一层银合金层的基材置于激光器工作台中，在保护气氛下用激光束辐照扫描银合金层，快速使其中的银粉熔化后冷却，使添加物镶嵌在熔化的银中，在银层冷却凝固后形成致密的银合金层，整体冷却；重复进行刷涂银合金浆料、烧结和激光熔覆过程，直至达到银合金厚度要求，
步骤四：然后置于保护气氛中进行最终烧结，保温，之后轧制处理成成品。
本发明还具有如下技术特征：
1、以上方法步骤二中，烧结温度为700℃～960℃，保温时间为5～30分钟。
2、以上方法步骤二-四中，保护气氛为氩气。
3、以上方法步骤四中，最终烧结温度为700℃～800℃，保温时间为15～30分钟。
4、以上方法所述的银合金浆料在每次刷涂时其中的银粉与添加物比例不相同，从而形成银合金层添加物成梯度分布复合电触头材料。
5、以上方法所述的银合金浆料在每次刷涂时其中的添加物不同，从而形成多层不同成份的复合电触头材料。
6、以上方法所述的添加物的是镍、钨、钼、稀土氧化物、氧化锌、氧化锡、氧化铟、碳化钨、碳化硼、金刚石中的一种或以上几种的混合物。
7、以上方法所述的铜合金为无氧铜或者含有重量百分比为0.01％～10％的金刚石、石墨、稀土元素、锆、铝、铌、锡、锌、钨、钒、碲、稀土氧化物、氧化锡、氧化镉、氧化铟、氧化铝中的一种或以上几种的混合物。
8、以上方法所述的铜合金采用熔炼或粉末冶金法制成。
9、以上方法制备的一种银铜复合电触头材料。
本发明提供的方法较之其他银铜复合材料制备方法，由于银合金与铜合金材料为完全的冶金结合，结合面的机械抗拉强度达到了220-270N/mm2；由于没有大变形量的加工，解决了银合金由于脆性而无法复合的缺点，扩大了银铜复合的应用范围。更为重要的是激光熔覆技术的应用，提高了银合金层的致密度，从而提高了电器电寿命指标。本方法采用多次刷涂、烧结、激光熔覆的方式，每次刷涂可以采用不同银粉与添加物比例的银合金混合粉，从而制造出具有添加物成梯度分布的复合材料。还可以通过每次刷涂采用不同的添加物，从而制造出多层结构复合材料。这些特点能够制造出同时兼顾机械、物理和电气性能的电触头材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
银-金刚石/铜-金刚石复合电触头材料的生产方法
(1)将100kg电解铜粉与1.3kg金刚石粉经混合、制锭、烧结、热挤压、冷轧制等工序，制成厚度为1.0mm的铜基合金板材。
(2)将10kg的平均粒径为1～1.5μm银粉与同样粒径的0.3kg金刚石粉混合均匀，加入10L无水乙醇搅拌并在超声波分散仪中分散5分钟，制成银金刚石浆料。
(3)将银金刚石浆料均匀的刷涂在经表面清洁处理后的铜基合金板材的一面上，刷涂厚度为10～15μm，在105℃下烘干。烘干的作用在于烘出无水乙醇。
(4)将烘干后的板材，摆放在专用的架子上，放入烧结炉内在氩气保护下进行烧结。初烧结温度为700℃～960℃，保温时间为5～30分钟。烧结的目的在于固化银合金层，并使银合金层与铜基合金基体产生冶金结合的状态，有利于下一阶段的加工。
(5)将板材摆放在CO2激光器工作台中，调整参数，在氩气气氛保护下用激光束辐照扫描银合金层使其中的银粉熔化，然后冷却。
(6)重复(3)、(4)、(5)步骤，直至达到规定银层厚度。
(7)复合板材进行最终烧结，烧结温度为700℃～800℃，保温时间为15～30分钟。终烧结的目的在于强化银合金各成份及与基材的结合，并消除加工应力。
(8)将复合板材冷轧，轧制到所需要厚度规格。
(9)采用冲床冲裁为顾客要求的形状。
本实施例的复合电触头材料性能：
抗拉强度：220N/mm2；
电阻率：2.35μΩ·cm；
密度：8.65g/cm3；
硬度：HB500～650MPa；
运行短路分断能力：10KA。
实施例2：
镍成梯度分布银-镍/无氧铜复合电触头材料的生产方法
(1)将无氧铜板轧制成厚度为1.0mm的板材。
(2)将1.8kg、1.7kg、1.6kg、1.5kg、1.4kg平均粒径为1～1.5μm银粉与同样粒径的0.2kg、0.3kg、0.4kg、0.5kg、0.6kg镍粉分别混合均匀，分别加入2L无水乙醇搅拌并在超声波分散仪中分散5分钟，制成5份镍含量分别为10％、15％、20％、25％、30％的银镍合金浆料。
(3)先将镍含量为10％银镍合金浆料均匀的刷涂在经表面清洁处理后的无氧铜板的一面上，刷涂厚度为10～15μm，在105℃下烘干。
(4)将烘干后的板材，摆放在专用的架子上，放入烧结炉内在氩气保护下进行初烧结。初烧结温度为700℃～960℃，保温时间为5～30分钟。
(5)将板材摆放在CO2激光器工作台中，调整参数，在氩气气氛保护下用激光束辐照扫描银合金层使其中的银粉熔化，冷却。
(6)继续将镍含量为15％银镍合金浆料均匀的刷涂在已刷有银镍合金浆的铜基板材表面，刷涂厚度为10～15μm，在105℃下烘干。
(7)按步骤(4)进行烧结、按步骤(5)进行激光熔覆。
(8)重复步骤(3)、(5)、(6)，按镍含量由低到高的顺序分别将含镍量为20％、25％、30％的银镍合金浆刷涂在铜基板材表面。
(9)复合材料进行最终烧结，终烧结温度为700℃～800℃，保温时间为15～30分钟。
(10)冷轧至所需厚度规格。
经上述过程生产的银镍/无氧铜复合材料，其银镍合金层中的镍含量呈形依次升高的梯度分布。
本实施例的复合电触头材料性能：
抗拉强度：245N/mm2；
电阻率：2.55μΩ·cm；
密度：8.75g/cm3；
硬度：HB550～700MPa；
运行短路分断能力：4.5KA。
实施例3：
多层银-镍/银-金刚石/无氧铜复合电触头材料的生产方法
(1)将无氧铜板轧制成厚度为1.0mm的板材。
(2)将1.8kg平均粒径为1～1.5μm银粉与同样粒径的0.2kg、0.2kg镍粉混合均匀，加入2L无水乙醇搅拌并在超声波分散仪中分散5分钟，制成镍含量为10％银镍合金浆。另将1kg的平均粒径为1～1.5μm银粉与同样粒径的0.05kg金刚石粉混合均匀，加入1L无水乙醇搅拌并在超声波分散仪中分散5分钟，制成银金刚石浆料。
(3)先将镍含量为银镍合金浆均匀的刷涂在经表面清洁处理后的无氧铜板的一面上，刷涂厚度为10～15μm，在105℃下烘干。
(4)将烘干后的板材，摆放在专用的架子上，放入烧结炉内在氩气保护下进行初烧结。初烧结温度为700℃～960℃，保温时间为5～30分钟。
(5)将板材摆放在CO2激光器工作台中，调整参数，在氩气气氛保护下用激光束辐照扫描银合金层使其中的银粉熔化，冷却。
(6)重复步骤(3)、(5)、(6)，按银镍合金浆料复合在无氧铜表面达到规定银层厚度。
(7)按步骤(3)、(5)、(6)，将银金刚石浆料复合在无氧铜表面达到规定银层厚度。
(8)复合材料进行最终烧结，终烧结温度为700℃～800℃，保温时间为15～30分钟。
(9)冷轧至所需厚度规格。
经上述过程生产出的银-镍/银-金刚石/无氧铜复合电触头材料。本实施例的复合电触头材料性能：
抗拉强度：260N/mm2；
电阻率：2.55μΩ·cm；
密度：8.75g/cm3；
硬度：HB550～750MPa；
运行短路分断能力：6KA。

Claims (10)

1.一种银铜复合电触头材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：将银粉与添加物粉末混合均匀，用无水乙醇调制成银合金浆料，
步骤二：以铜合金作为基材，将银合金浆料刷涂在基材上，然后置于保护气氛中进行烧结，保温，冷却；
步骤三：将已复合上一层银合金层的基材置于激光器工作台中，在保护气氛下用激光束辐照扫描银合金层，快速使其中的银粉熔化后冷却，使添加物镶嵌在熔化的银中，在银层冷却凝固后形成致密的银合金层，整体冷却；重复进行刷涂银合金浆料、烧结和激光熔覆过程，直至达到银合金厚度要求，
步骤四：然后置于保护气氛中进行最终烧结，保温，之后轧制处理成成品。
2.根据权利要求1所述的一种银铜复合电触头材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，烧结温度为700℃～960℃，保温时间为5～30分钟。
3.根据权利要求1所述的一种银铜复合电触头材料的制备方法，其特征在于：步骤二-四中，保护气氛为氩气。
4.根据权利要求1所述的一种银铜复合电触头材料的制备方法，其特征在于：步骤四中，最终烧结温度为700℃～800℃，保温时间为15～30分钟。
5.根据权利要求1所述的一种银铜复合电触头材料的制备方法，其特征在于：所述的银合金浆料在每次刷涂时其中的银粉与添加物比例不相同，从而形成银合金层添加物成梯度分布复合电触头材料。
6.根据权利要求1所述的一种银铜复合电触头材料的制备方法，其特征在于：所述的银合金浆料在每次刷涂时其中的添加物不同，从而形成多层不同成份的复合电触头材料。
7.根据权利要求1所述的一种银铜复合电触头材料的制备方法，其特征在于：所述的添加物的是镍、钨、钼、稀土氧化物、氧化锌、氧化锡、氧化铟、碳化钨、碳化硼、金刚石中的一种或以上几种的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种银铜复合电触头材料的制备方法，其特征在于：所述的铜合金为无氧铜或者含有重量百分比为0.01％～10％的金刚石、石墨、稀土元素、锆、铝、铌、锡、锌、钨、钒、碲、稀土氧化物、氧化锡、氧化镉、氧化铟、氧化铝中的一种或以上其中几种的。
9.根据权利要求1或5所述的一种复合电触头材料制备方法，其特征在于：所述的铜合金采用熔炼或粉末冶金法制成。
10.根据权利要求1-8任一项所述的一种银铜复合电触头材料的制备方法制备的一种银铜复合电触头材料。
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