CN111091983A - 银氧化锡氧化铟电触头材料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，该工艺通过合金铸锭先挤压成线材后进行内氧化、再制锭压制成型材与焊料层和焊接层相热轧复合的方式，有效缩短了内氧化的时间、提高了内氧化的质量，使得到的银氧化锡氧化铟电触头质地均匀、内部无贫氧区域，电触头材料的电学性能大幅度改善。

Description

银氧化锡氧化铟电触头材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及银基电触头材料技术领域，具体涉及银氧化锡氧化铟电触头材料及其制备工艺。
背景技术
内氧化法是制备银氧化锡氧化铟电触头的一个重要方法，是指银锡铟合金在高温高压氧气气氛下，合金内部发生选择性氧化的过程，锡、铟与氧原子结合，被分别氧化成氧化锡和氧化铟，而银不被氧化，得到银氧化锡氧化铟材料。锡、铟氧化物在银基体中形成大量的细小针状组织，在感性负载的电接触应用中表现出很强的抗电弧侵蚀和耐电磨损特性。合金内氧化法银氧化锡氧化铟材料所拥有的这些卓越特性使其在电弧能量大的接触器及断路器上获得了极为广泛的应用。
银氧化锡氧化铟电触头的结构通常包括表层、中间焊接层和底层焊料层，表层是银氧化锡氧化铟，中间焊接层一般是银，底层焊料层是银铜锌锡等低熔点合金。目前常用的制备工艺路径包括银锡铟合金熔炼-铸锭清理-热挤压板材-表面处理-热轧覆焊接层-冷轧-冲制成型-内氧化-炉内覆焊料层，在氧化温度和压力恒定的前提下，片材厚度与氧化时间成正比，厚度越厚，氧化时间越长。
但目前的制备工艺存在以下缺点和不足：
1)生产环节多，合金片材生产周期长，生产效率低下，生产成本高，并且材料利用率低下(只有30％-55％)；过程产生的中间边料往复周转投入，给触头带来更多的杂质成分，使触头基体受到污染，其性能受到严重影响，达不到预期使用寿命；
2)银锡铟合金内氧化过程中，材料中心部分由于氧化物浓度梯度降低，形成贫氧化物亮带区域等缺陷组织，如沿样品横截面方向(深度方向)产生不均匀的微观结构，或时存在贫瘠区或界面处有氧化物沉淀，从而进一步降低材料的使用性能。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种简化工艺、消除缺陷组织的银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺。
本发明的目的之二在于提供该制备工艺获得的银氧化锡氧化铟电触头材料。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，包括以下步骤：
1)熔炼制锭：将银、锡和铟熔炼后制成铸锭并清理表面；
2)制线：将铸锭加热至750-850℃挤压成直径低于10mm的线材；
3)内氧化：将线材置于氧气压力为0.3-1.5MPa、700-800℃氧化；
4)制成型材料：将步骤3)处理后的线材清洗制成圆锭，在空气炉中加热至850-950℃后保温，挤压成厚度为1.0-4.0mm、宽度为15-40mm的型材；
5)热轧复合：将步骤4)得到的型材依次热轧复合焊接层和焊料层，冲制成型，得到银氧化锡氧化铟电触头材料。
本发明提供的电触头制备方法，是直接将合金铸锭挤压成线材后进行内氧化处理，相对于目前常规的复合焊接层后冲制成型内氧化的方式，内氧化的时间大幅度缩短、内氧化的效率大幅度提高、内氧化的均匀性大幅度改善，得到的电触头材料质地均匀、内部缺陷小，电阻率降低，材质均匀性大幅度提高。
进一步地，步骤1)中，银在铸锭中的百分含量为88-92wt％，铟在铸锭中的百分含量为1-4wt％。
进一步地，步骤1)中，银、锡和铟的质量比：为90：9：1；或为90：8：2；或为90：7：3；或为90：6：4。
进一步地，步骤2)中，挤压成直径为1-1.5mm的线材，挤压压力小于20MPa。
进一步地，步骤2)中，采用多孔模具进行挤压。
进一步地，步骤3)中，氧气压力为0.9-1.2MPa，温度为700-750℃。
进一步地，步骤4)中，在空气炉中加热至900℃后保温1-1.5h。
进一步地，步骤5)中，于600-800℃后保温1-1.5h后热扎复合焊接层和焊料层。
进一步地，步骤5)中，焊接层的材质料银、焊料层的材质为银锡锌合金。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种由上述的制备工艺得到的银氧化锡氧化铟电触头材料。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供的电触头制备方法，是直接将合金铸锭挤压成线材后进行内氧化处理，相对于目前常规的复合焊接层后冲制成型内氧化的方式，内氧化的时间大幅度缩短、内氧化的效率大幅度提高、内氧化的均匀性大幅度改善；
本发明得到的电触头材料，内部的贫氧化区域大幅减少、组织更均匀一致，材料的电学性能得到了提高。
附图说明
图1为实施例1电触头材料的50倍金相扫描显微镜图；
图2为实施例1电触头材料的200倍金相扫描显微镜图；
图3为对比例1电触头材料的50倍金相扫描显微镜图；
图4为对比例1电触头材料的200倍金相扫描显微镜图。
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
本发明提供一种银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)熔炼制锭：将银、锡和铟熔炼后制成铸锭并清理表面；
制成铸定的方式优选为采用中频感应熔炼，清理表面的方式优选为经车削清理；
2)制线：将铸锭加热至750-850℃挤压成直径低于10mm的线材；
挤出压力优选为20MPa以内，可以连续均匀地挤出线材料；挤出设备优选为多孔模具，以单次等压力地挤出，如4孔模具；
3)内氧化：将线材置于氧气压力为0.3-1.5MPa、700-800℃氧化；
对线材进行内氧化可以有效地提高线材与氧气的接触面积，从而缩短线材的氧化时间，提高线材的氧化均匀度、减少线材内的贫氧缺陷；
4)制成型材料：将步骤3)处理后的线材清洗制成圆锭，在空气炉中加热至850-950℃后保温，挤压成厚度为1.0-4.0mm、宽度为15-40mm的型材；
5)热轧复合：将步骤4)得到的型材依次热轧复合焊接层和焊料层，冲制成型，得到银氧化锡氧化铟电触头材料。
挤压成型材后，直接依次热轧焊接层和焊料层，从而得到层状多层复合电触头材料。
实施例1：
一种银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，包括以下步骤：
1)熔炼制锭：将银块、锡锭和铟锭按90：8：2的比例，在中频感应熔炼炉中进行熔炼，制成铸锭，并车削清理表面；
2)制线：采用4孔模具，将铸锭加热至800℃挤压成直径为1.2mm的银锡复合线材；
3)内氧化：将线材置于氧气压力为0.3MPa、700℃保温15h氧化；
4)制成型材料：将步骤3)处理后的线材清洗制成直径为90-95mm的圆锭，在空气炉中加热至900℃后保温1h，挤压成厚度为3.0mm、宽度为40mm的型材；
5)热轧复合：将步骤4)得到的型材在隧道炉内加热到650℃保温1h后依次热轧复合焊接层和焊料层，冲制成型，得到银氧化锡氧化铟电触头材料。
实施例2：
一种银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，包括以下步骤：
1)熔炼制锭：将银块、锡锭和铟锭按90：9：1的比例，在中频感应熔炼炉中进行熔炼，制成铸锭，并车削清理表面；
2)制线：采用4孔模具，将铸锭加热至800℃挤压成直径为1.5mm的银锡复合线材；
3)内氧化：将线材置于氧气压力为0.5MPa、750℃保温15h氧化；
4)制成型材料：将步骤3)处理后的线材清洗制成直径为90-95mm的圆锭，在空气炉中加热至900℃后保温1h，挤压成厚度为3.0mm、宽度为40mm的型材；
5)热轧复合：将步骤4)得到的型材在隧道炉内加热到620℃保温1h后依次热轧复合焊接层和焊料层，冲制成型，得到银氧化锡氧化铟电触头材料。
实施例3：
一种银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，包括以下步骤：
1)熔炼制锭：将银块、锡锭和铟锭按90：7：3的比例，在中频感应熔炼炉中进行熔炼，制成铸锭，并车削清理表面；
2)制线：采用4孔模具，将铸锭加热至800℃挤压成直径为1.1mm的银锡复合线材；
3)内氧化：将线材置于氧气压力为0.3MPa、700℃保温15h氧化；
4)制成型材料：将步骤3)处理后的线材清洗制成直径为90-95mm的圆锭，在空气炉中加热至900℃后保温1h，挤压成厚度为2.5mm、宽度为40mm的型材；
5)热轧复合：将步骤4)得到的型材在隧道炉内加热到600℃保温1h后依次热轧复合焊接层和焊料层，冲制成型，得到银氧化锡氧化铟电触头材料。
实施例4：
一种银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，包括以下步骤：
1)熔炼制锭：将银块、锡锭和铟锭按90：6：4的比例，在中频感应熔炼炉中进行熔炼，制成铸锭，并车削清理表面；
2)制线：采用4孔模具，将铸锭加热至800℃挤压成直径为1.5mm的银锡复合线材；
3)内氧化：将线材置于氧气压力为1.5MPa、700℃保温15h氧化；
4)制成型材料：将步骤3)处理后的线材清洗制成直径为90-95mm的圆锭，在空气炉中加热至900℃后保温1h，挤压成厚度为4.0mm、宽度为40mm的型材；
5)热轧复合：将步骤4)得到的型材在隧道炉内加热到800℃保温1h后依次热轧复合焊接层和焊料层，冲制成型，得到银氧化锡氧化铟电触头材料。
对比例1：
一种银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，包括以下步骤：
1)熔炼制锭：将银块、锡锭和铟锭按90：8：2的比例，在中频感应熔炼炉中进行熔炼，制成铸锭，并车削清理表面；
2)热轧焊接层：将铸锭在空气炉中加热至900℃后保温1h，挤压成厚度为3.0mm、宽度为40mm的型材；在隧道炉内加热到650℃保温1h后热轧复合焊接层；
3)冲压成型：冷轧复合后冲制成型；
4)内氧化：将步骤3)处理后的板材置于氧气压力为0.3MPa、700℃保温60h氧化；
5)覆焊料层：将步骤4)处理后的板材清洗，在隧道炉内加热到650℃保温1h后依次热轧复合焊料层，得到银氧化锡氧化铟电触头材料。
性能检测：
1、微观结构
取实施例1和对比例1得到的银氧化锡氧化铟电触头材料的截面，依次经50倍至200倍金相扫描显微镜观察结果如图1-4所示，由图1、2与图3、4的比较可知，实施例1的电触头材料的截面均匀、无贫氧化区，有材质均匀性好。
2、其它参数
分别比较实施例1-4与对比例1的投料成材率、制备工艺的内氧化时间、材料的电阻率，结果如下表所示：
表1其它参数
Figure BDA0002323875690000081
Figure BDA0002323875690000091
由上表和图1-4可知，本申请的制备工艺，可以将内氧化时间从60h缩短至15h，大幅度地减少了内氧化的时间，而投料成材率显著高于对比例1公开的常规工艺，电阻率显著低于对比例，所以，本申请提供的制备工艺，可得到性能优异的银氧化锡氧化铟电触头材料。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)熔炼制锭：将银、锡和铟熔炼后制成铸锭并清理表面；
2)制线：将铸锭加热至750-850℃挤压成直径低于10mm的线材；
3)内氧化：将线材置于氧气压力为0.3-1.5MPa、700-800℃氧化；
4)制成型材料：将步骤3)处理后的线材清洗制成圆锭，在空气炉中加热至850-950℃后保温，挤压成厚度为1.0-4.0mm、宽度为15-40mm的型材；
5)热轧复合：将步骤4)得到的型材依次热轧复合焊接层和焊料层，冲制成型，得到银氧化锡氧化铟电触头材料。
2.如权利要求1所述的银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，其特征在于，步骤1)中，银在铸锭中的百分含量为88-92wt％，铟在铸锭中的百分含量为1-4wt％。
3.如权利要求1所述的银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，其特征在于，步骤1)中，银、锡和铟的质量比：为90：9：1；或为90：8：2；或为90：7：3；或为90：6：4。
4.如权利要求1所述的银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，其特征在于，步骤2)中，挤压成直径为1-1.5mm的线材，挤压压力小于20MPa。
5.如权利要求1所述的银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，其特征在于，步骤2)中，采用多孔模具进行挤压。
6.如权利要求1所述的银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，其特征在于，步骤3)中，氧气压力为0.9-1.2MPa，温度为700-750℃。
7.如权利要求1所述的银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，其特征在于，步骤4)中，在空气炉中加热至900℃后保温1-1.5h。
8.如权利要求1所述的银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，其特征在于，步骤5)中，于600-800℃后保温1-1.5h后热扎复合焊接层和焊料层。
9.如权利要求8所述的银氧化锡氧化铟电触头材料的制备工艺，其特征在于，步骤5)中，焊接层的材质料银、焊料层的材质为银锡锌合金。
10.一种由权利要求1-9任一项所述的制备工艺得到的银氧化锡氧化铟电触头材料。
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