CN110791672B - 一种钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法，该方法利用原位合成的方法使CdMoO4均匀的在铜粉颗粒表面形核长大，从而制备第二相均匀弥散分布的钼酸镉改性铜基(CdMoO4/Cu)复合电接触材料。本专利通过原位合成的方法不仅解决了CdO/Ag触头材料中Cd蒸气的污染问题和Ag资源短缺的问题，更加实现了CdMoO4的均匀弥散分布的目的；通过热挤压—轧制—冲压等环节，利用铜合金塑性好的特点，实现了CdMoO4/Cu复合材料高效的致密化，并且进一步提高了CdMoO4在铜基体中的均匀弥散程度，从而提高了电触头的微观组织性能以及服役性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电接触材料技术领域，特别涉及一种钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法。
背景技术
低压断路器用电接触元件，通常采用通过粉末冶金烧结法制备的铜基电接触材料。电接触元件在机械冲击磨损和局部电弧烧蚀等复杂载荷环境下服役，因而对电接触元件的耐机械磨损性能以及抗电弧烧蚀性能提出了很高的要求。
CdO/Ag触头材料因其具有良好的抗电弧烧蚀性能、抗熔焊性能及接触电阻低而稳定等优点，具有十分广泛的应用，一度被称为“万能触头”。但是CdO/Ag触头材料在其灭弧过程中会因CdO高温分解而产生有毒的Cd蒸气，而且其生产以及回收过程中也存在着Cd的污染问题，随着人们环境意识的加强，已经逐渐面临强制淘汰的问题。并且作为贵金属之一，世界上的银资源有限，Ag在使用过程中因为损蚀而逐渐被消耗，不能回收造成Ag的大量浪费，使人们不得不开发新型高性能触头材料。铜作为在电学性能方面与银相近的材料，不仅成本较低而且资源丰富，有望取代银而成为新一代的触头材料的基体。然而，传统粉末冶金烧结工艺其制备得到的电接触材料，其机械物理性能和电接触性不能满足实际应用的需要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明利用原位合成的方法使CdMoO4均匀的在铜粉颗粒表面形核长大，从而制备第二相均匀弥散分布的酸镉改性铜基(CdMoO4/Cu)复合电接触材料。本专利通过原位合成的方法不仅解决了CdO/Ag触头材料中Cd蒸气的污染问题和Ag资源短缺的问题，更加实现了CdMoO4的均匀弥散分布的目的；通过热挤压—轧制—冲压等环节，利用铜合金塑性好的特点，实现了CdMoO4/Cu复合材料高效的致密化，并且进一步提高了CdMoO4在铜基体中的均匀弥散程度，从而提高了电触头的微观组织性能以及服役性能。
本发明提供了一种钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取配方用量的Na2MoO4在水中溶解后得到混合溶液，加入配方用量40-60％的铜合金粉体搅拌，形成悬浊液，然后将CdCl2水溶液加入到悬浊液中继续搅拌，经过过滤、洗涤、干燥后得到复合粉体；
(2)将得到的复合粉体与配方剩余的铜合金粉体混合后，经过压制成型、烧结，将烧结后的复合材料通过热挤压成板材，然后经过轧制、退火处理、冲压后得到触头元件，即为所述的钼酸镉改性铜基复合电接触材料。
进一步地，所述铜合金粉体是由铜、镧和锆组成。
进一步地，所述压制成型为在350-450Mpa下压制成型。
进一步地，所述烧结温度为950-970℃，所述烧结时间为0.2-0.8h。
进一步地，所述轧制的下料量为0.2mm，所述退火处理为440-460℃，保温0.2-1h。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提出采用原位合成方法与强变形及热处理相结合的制备方法，实现CdMoO4与铜合金基体的原位合成及其均匀弥散分布，对复合材料微观组织结构、机械物理性能和电接触性能进行调控。
(2)本工艺的特点在于，原位合成方法使第二相CdMoO4均匀的在铜基体上形核长大，复合材料的界面结合强度高，实现了CdMoO4的均匀弥散分布的目的；通过热挤压—轧制—冲压等环节，利用铜合金塑性好的特点，实现了CdMoO4铜基复合材料的高效致密化，并且进一步提高了CdMoO4在铜基体中的均匀弥散程度，从而提高了电触头的微观组织性能以及服役性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法们通常按照常规条件进行操作。除非另行定义，文中所述实用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。
实施例1一种钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法
包括以下步骤
(1)取配方用量的Na2MoO4 1.5g在100mL水中溶解后得到混合溶液，加入配方用量50％的铜合金粉体(48g)搅拌，形成悬浊液，然后将50mL CdCl2水溶液加入到悬浊液中继续搅拌，经过过滤、洗涤、干燥后得到复合粉体；所述CdCl2水溶液中CdCl2的质量分数为2.6％。
(2)将得到的复合粉体与配方剩余的铜合金粉体(48g)混合后，在400Mpa下压制成型、在965℃下烧结0.5h，将烧结后的复合材料通过热挤压成50x6mm的板材，然后经过轧制(压制的下料量为0.2mm)、退火处理(450℃，保温0.5h))、冲压后得到φ5×2mm触头元件，即为所述的钼酸镉改性铜基复合电接触材料。
所述铜合金粉体是由铜、镧和锆组成。铜合金粉体中镧的含量为0.01wt％，锆的含量为0.05wt％，余量为铜。
本制备方法得到的钼酸镉改性铜基复合材料中钼酸镉的含量为2wt％，镧的含量为0.01wt％，锆的含量为0.05wt％，余量为铜。
实施例2一种钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法
包括以下步骤
(1)取配方用量的Na2MoO4 3.7g在100mL水中溶解后得到混合溶液，加入配方用量40％的铜合金粉体(38g)搅拌，形成悬浊液，然后将50mL CdCl2水溶液加入到悬浊液中继续搅拌，经过过滤、洗涤、干燥后得到复合粉体；所述CdCl2水溶液中CdCl2的质量分数为6.5％。
(2)将得到的复合粉体与配方剩余的铜合金粉体(57g)混合后，在350Mpa下压制成型、在950℃下烧结0.2h，将烧结后的复合材料通过热挤压成50x6mm的板材，然后经过轧制(压制的下料量为0.2mm)、退火处理(440℃，保温0.5h))、冲压后得到φ5×2mm触头元件，即为所述的钼酸镉改性铜基复合电接触材料。
所述铜合金粉体是由铜、镧和锆组成。铜合金粉体中镧的含量为0.01wt％，锆的含量为0.05wt％，余量为铜。
本制备方法得到的钼酸镉改性铜基复合材料中钼酸镉的含量为5wt％，镧的含量为0.01wt％，锆的含量为0.05wt％，余量为铜。
实施例3一种钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法
包括以下步骤
(1)取配方用量的Na2MoO4 6g在100mL水中溶解后得到混合溶液，加入配方用量60％的铜合金粉体(55g)搅拌，形成悬浊液，然后将50mL CdCl2水溶液加入到悬浊液中继续搅拌，经过过滤、洗涤、干燥后得到复合粉体；所述CdCl2水溶液中CdCl2的质量分数为10.4％。
(2)将得到的复合粉体与配方剩余的铜合金粉体(37g)混合后，在450Mpa下压制成型、在970℃下烧结0.8h，将烧结后的复合材料通过热挤压成50x6mm的板材，然后经过轧制(压制的下料量为0.2mm)、退火处理(460℃，保温1h))、冲压后得到φ5×2mm触头元件，即为所述的钼酸镉改性铜基复合电接触材料。
所述铜合金粉体是由铜、镧和锆组成。铜合金粉体中镧的含量为0.01wt％，锆的含量为0.05wt％，余量为铜。
本制备方法得到的钼酸镉改性铜基复合材料中钼酸镉的含量为8wt％，镧的含量为0.01wt％，锆的含量为0.05wt％，余量为铜。
对比例1一种钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法
采用传统粉末冶金烧结工艺，将配方用量的钼酸镉和铜合金粉末采用球磨混粉，球磨钢珠直径3mm，球料比为2：1，球磨时间为4h；粉体成型压制压强为400Mpa，坯件烧结温度965℃，保温时间0.5h；烧结坯件采用两次复压，压制压强为1100MPa，中间退火温度为450℃，冲压后得到φ5×2mm触头元件。
得到的钼酸镉改性铜基复合材料中钼酸镉的含量为2wt％，镧的含量为0.01wt％，锆的含量为0.05wt％，余量为铜。
实验例
对传统粉末冶金烧结工艺(对比例1)与本专利原位合成工艺方法所制备两种电触头元件(实施例1)进行机械物理性能和电接触性能测试。对成品元件进行了相对密度d、电导率P、硬度HV、接触电阻RK测试，其测试结果如下表所示，表中所列数据为10次测量结果的平均值。
由上表中可知，本方法制备电的相对密度、电导率和硬度值相对较高，接触电阻相对较低。这些性能的提升都源自于原位合成提高了复合材料界面结合强度和第二相的均匀弥散分布以及孔隙率的降低。与现行传统粉末冶金烧结工艺，本专利提供的方法制备得到的电接触材料可以提高低压断路器开关元件的可靠性和持久性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取配方用量的Na2MoO4在水中溶解后得到混合溶液，加入配方用量40-60％的铜合金粉体搅拌，形成悬浊液，然后将CdCl2水溶液加入到悬浊液中继续搅拌，经过过滤、洗涤、干燥后得到复合粉体；
(2)将得到的复合粉体与配方剩余的铜合金粉体混合后，经过压制成型、烧结，将烧结后的复合材料通过热挤压成板材，然后经过轧制、退火处理、冲压后得到触头元件，即为所述的钼酸镉改性铜基复合电接触材料。
2.如权利要求1所述的钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法，其特征在于：所述铜合金粉体由铜、镧和锆组成。
3.如权利要求1所述的钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法，其特征在于：所述压制成型为在350-450MP a下压制成型。
4.如权利要求1所述的钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法，其特征在于：所述烧结温度为950-970℃，所述烧结时间为0.2-0.8h。
5.如权利要求1所述的钼酸镉改性铜基复合电接触材料的制备方法，其特征在于：所述轧制的下料量为0.2mm，所述退火处理为440-460℃，保温0.2-1h。
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