CN110951980A - 一种提高抗熔焊性能的内氧化法制备银金属氧化物电接触材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高抗熔焊性能的内氧化法制备银金属氧化物电接触材料的方法,其技术方案是在熔炼过程中加入过量的镍元素,熔炼过程中可以与银基体充分合金化,而随着铸锭温度的降低,镍元素在银合金中过饱和而析出,析出的镍颗粒均匀分布在银基体中。在后续的内氧化过程中,银合金可以被充分氧化,银基体中的镍颗粒只有表面被氧化,内部无法被氧化,镍颗粒表面的氧化聚集层与银基体之间结合强度较低,降低了材料的抗拉强度。在电接触过程中,由于银金属氧化物中均匀分布的镍颗粒的存在,可以有效降低熔桥熔焊力,使触头之间的熔接位置更容易断开,从而提高银金属氧化物材料的抗熔焊性能。
Description
技术领域
本发明涉及电触头材料领域,具体是指一种提高抗熔焊性能的内氧化法制备银金属氧化物电接触材料的方法。
背景技术
在电触头领域,银金属氧化物材料由于具有优良的综合电性能,在整个电触头材料体系中占有重要的地位。银基体中的金属氧化物和添加物对银基体而言都属于增强相,通过弥散强化的方式提高银基体的抗电弧侵蚀性和抗熔焊性。在电接触过程中,触头的熔焊是一种常见的失效形式,所以,如何提高电接触材料的抗熔焊性能,是电接触材料研究领域的一个重要方向。
触头的熔焊是指触头接触区域金属熔化而结合在一起的现象,根据形成原因,熔焊又分为静熔焊和动熔焊。静熔焊是指由接触电阻产生的焦耳热使两触头接触部分熔化,结合在一起不能断开的现象;动熔焊则指接通或者分断电路的过程中,触头接触压力在零值及以上附近变化时,触头间产生液态金属桥接,或由于电弧能量产生的热量使触头局部熔化而发生的熔焊现象。在实际应用过程中,增加触头材料的抗熔焊性能,主要有两种途径:一种是增加导热性能,提高材料熔点和热熔;另外一种是降低触头材料的熔焊力,即降低材料熔焊强度。
通常的银金属氧化物电接触材料有三种常用的制备工艺:内氧化工艺、预氧化工艺和粉末冶金工艺。
专利ZL201510135188.5公布了一种多层Ni/AgMeO电触头材料的制备方法,通过将内氧化法的AgMeO板材与Ni板经轧制复合获得多层梯度结构的Ni/AgMeO电触头材料,其主要目的是改善材料的接触电阻和稳定性,并未提高材料的抗熔焊性能。
专利ZL201410309080.9公布了一种含镍纤维的银金属氧化物电触头材料制备方法,采用在银金属氧化物锭坯表面包裹银镍合金或者镍纤维,将复合锭坯挤压成丝材,丝材剪断后再次压锭,二次挤压成复合丝材,其目的是提高银金属氧化物材料的导电性能,同时达到节银的目的,由于镍纤维的存在,能够降低接触电阻,增大熔池粘度,但是经过挤压之后,镍纤维与银基体之间具有很好的结合强度,对于材料的抗熔焊性能并无提高。
专利ZL201310601506.3公布了一种银金属氧化物钨复合电接触材料,采用在银金属氧化物中增加高熔点的钨元素来提高材料的抗熔焊性能,但是这种方法只适合于预氧化工艺或者粉末冶金工艺的材料,内氧化工艺材料无法通过这种方法来提高材料的抗熔焊性能。
专利201210297893.1和专利ZL201310700969.5公布了一种提高材料抗熔焊性能的方法,但是都只适合于预氧化工艺,而不适合内氧化工艺材料抗熔焊性能的提高。
而常规的内氧化工艺银金属氧化物材料提高抗熔焊性能的方法,是提高氧化物含量,或者添加能够与银形成合金的金属添加物、而且要求添加物的金属氧化物与银基体润湿角较大,才会提高材料的抗熔焊性能,但是这样的做法会导致电接触材料导电性能的下降,以及电弧能量的提高。
因此,如何在不影响导电性能的基础上提高内氧化法银金属氧化物电接触材料的抗熔焊性能,具有很重要的实际应用价值。
发明内容
为解决现有技术存在的问题和不足,本发明的目的是提供一种提高抗熔焊性能的内氧化法制备银金属氧化物电接触材料的方法。该方法提高内氧化法银金属氧化物电接触材料抗熔焊性能,通过降低材料熔焊强度的方法,在不影响银金属氧化物材料导电性能的同时,提高材料的抗熔焊性能。
为实现上述目的,本发明的技术方案是包括以下步骤:
(1)将银升温至其熔点将其熔炼成银溶液;
(2)继续升温至1250-1350℃,加入含镍组分,所述含镍组分为镍粉或者银镍合金,搅拌使镍元素均匀分布在合金熔液中,合金熔液中镍的添加量0.4%~1.0wt;
(3)降低温度至1050-1200℃,镍元素在合金熔液中过饱和而析出,析出的镍颗粒均匀分布在银基体中,然后加入非银镍金属元素添加物,形成银多金属合金,将合金熔液浇铸成合金锭;
(4)将步骤(3)所制备的合金锭经挤压、轧制、冲制和内氧化加工为片状触点,或者经挤压、拉拔、内氧化、压锭、挤压、拉拔和制打为铆钉触点,本步骤(4)的内氧化工艺中,银、非银镍金属元素添加物被充分氧化,但是分布在银基体中的镍颗粒,无法被完全氧化,只有颗粒表面会形成一层薄的氧化镍层,非银镍金属元素添加物在内氧化形成的过程中也会在镍颗粒表面析出,形成一层轻微的氧化物聚集层,由于该氧化物聚集层的存在,银基体与镍颗粒之间的结合强度降低。
进一步设置是所述的步骤(2)中所加入的含镍组分中镍元素的添加量以镍在银合金中的质量百分比为0.4%~1.0%计。
进一步设置是非银镍金属元素添加物为锡锭、铟锭、镉锭、铜锭或锌锭中一种或多种组合。
本发明的创新机理和有益效果是:
如图1所示,通过银镍合金相图可知,镍元素在银基体中的固溶度很低,只有0.15%左右,所以采用熔炼合金的方法只能制作AgNi0.15材料,而高镍含量的AgNi10等材料都是采用粉末冶金工艺生产,形成的是假合金。
在常温下,镍在银基体中的固溶度约0.15%,但是熔炼过程中,通常在银熔液中加入镍元素的温度是1250℃~1350℃,此时镍在银中的固溶度大于1%,过量的镍可以与银充分合金化,通过搅拌后充分分布到银基体中,然后加入其它金属元素,制成银合金熔液,浇铸成铸锭,随着铸锭温度的下降,镍元素在银合金中过饱和而析出,析出的镍颗粒均匀分布在银基体中,参见图2所示。在后续的内氧化过程中,银合金可以被充分氧化,但是分布在银基体中的镍颗粒,无法被完全氧化,只有颗粒表面会形成一层薄的氧化镍层,金属氧化物在内氧化的过程中也会在镍颗粒表面析出,形成一层轻微的氧化物聚集层,由于氧化物聚集层的存在,银基体与镍颗粒之间的结合强度降低。触点在电接触过程中,熔焊位置由于基体中镍颗粒及表面氧化物的存在,微观上有较多的小区域具有更低的结合强度,从而降低了银金属氧化物电接触材料的熔焊力,使材料在出现熔焊后更容易分断,从而提高了材料的抗熔焊性能。
与传统工艺相比,本发明具有的优点和积极效果:
1、提高内氧化法银金属氧化物电接触材料抗熔焊性能。本发明提供了一种提高简单有效的方法,可以降低材料抗拉强度,降低材料的熔焊力,从而提高内氧化法银金属氧化物材料的抗熔焊性能。
2、对内氧化法银金属氧化物的导电性能没有影响。通常的提高内氧化法银金属氧化物材料抗熔焊性能的方法,都会带材导电性能的下降和电弧能量的升高,本发明所采用的方案中,镍元素也是一种导电材料,其导电性能较好,而且加入的量很少,对银基体材料的导电性能不会产生影响。
3、本发明设计的工艺路线简单,适合大批量生产。与常规的内氧化工艺相比,本发明只是在原来的生产方式上增加了镍元素的加入量,其它生产过程没有变化,具备大批量生产的可行性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1银镍合金相图;
图2本发明工艺中镍颗粒在银基体上析出的金相组织图,其中图2a为200倍放大视角,图2b为1000倍放大视角。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例一:
a)将17.6kg银板在石墨坩埚中熔化,形成银熔液;
b)银熔液温度提高至1300℃,加入0.2kg镍粉;
c)充分搅拌形成均匀化的合金熔液;
d)银合金熔液温度降低至1050℃,加入2.2kg镉锭和添加物,充分搅拌形成合金;
e)AgCd10.5合金铸成圆锭,合金锭中镍元素的质量百分比为1%;
f)经挤压、热轧、冷轧、冲制、内氧化等工序加工成内氧化法AgCdO(12)片状触点。
实施例二:
a)将17.28kg银板在石墨坩埚中熔化,形成银熔液;
b)银熔液温度提高至1250℃,加入0.8kg的AgNi10合金;
c)充分搅拌形成均匀化的合金熔液;
d)银合金熔液温度降低至1100℃,加入1.26kg锡锭和0.66kg铟锭,充分搅拌形成合金;
e)AgSn6.3In3.3合金铸成圆锭,合金锭中镍元素的质量百分比为0.4%;
f)经挤压、拉拔、内氧化、二次挤压等工序加工成内氧化法AgSnO2(8)In2O3(4)线材。
实施例三:
a)将18.26kg银板在石墨坩埚中熔化,形成银熔液;
b)银熔液温度提高至1300℃,加入0.14kg镍粉;
c)充分搅拌形成均匀化的合金熔液;
d)银合金熔液温度降低至1050℃,加入1.6kg锌锭,充分搅拌形成合金;
e)AgZn8合金铸成圆锭,合金锭中镍元素的质量百分比为0.7%;
f)经挤压、热轧、冷轧、冲制、内氧化等工序加工成内氧化法AgZnO(10)片状触点。
实施例四:
a)将17.6kg银板在石墨坩埚中熔化,形成银熔液;
b)银熔液温度提高至1280℃,加入0.8kg的AgNi10合金;
c)充分搅拌形成均匀化的合金熔液;
d)银合金熔液温度降低至1200℃,加入1.6kg铜锭,充分搅拌形成合金;
e)AgCu8合金铸成圆锭,合金锭中镍元素的质量百分比为1%;
f)经挤压、拉拔、内氧化、冲断压锭、二次挤压等工序加工成内氧化法AgCuO(10)线材。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (2)
1.一种提高抗熔焊性能的内氧化法制备银金属氧化物电接触材料的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将银升温至其熔点将其熔化成银溶液;
(2)继续升温至1250-1350℃,加入含镍组分,所述含镍组分为镍粉或者银镍合金,搅拌使镍元素均匀分布在合金熔液中,合金熔液中镍的添加量0.4%~1.0wt%;
(3)降低温度至1050-1200℃,镍元素在合金熔液中过饱和而析出,析出的镍颗粒均匀分布在银基体中,然后加入非银镍金属元素添加物,形成银多金属合金熔液,将合金熔液浇铸成合金锭;
(4)将步骤(3)所制备的合金锭经挤压、轧制、冲制和内氧化加工为片状触点,或者经挤压、拉拔、内氧化、压锭、挤压、拉拔和制打为铆钉触点,本步骤(4)的内氧化工艺中,银、非银镍金属元素添加物被充分氧化,但是分布在银基体中的镍颗粒,无法被完全氧化,只有颗粒表面会形成一层薄的氧化镍层,非银镍金属元素添加物在内氧化形成的过程中也会在镍颗粒表面析出,形成一层轻微的氧化物聚集层,由于该氧化物聚集层的存在,银基体与镍颗粒之间的结合强度降低。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:非银镍金属元素添加物为锡锭、铟锭、镉锭、铜锭或锌锭中一种或多种组合。
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