CN111304485A - 一种铜基带状电接触材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜基带状电接触材料及其制备方法，铜基带状电接触材料包括工作层和焊接层两层，工作层由0.5％～2％的碳化钼、3％～5％的石墨、余量为铜组成，焊接层由40％～55％的铜、余量为银组成。采用粉体制备‑混粉一体化设备制备铜石墨粉，采用高压水雾化工艺制备银铜合金粉，然后将两种粉体压制成为银铜合金层包裹铜石墨层的复合锭坯，再经过烧结、反挤压、轧制、纵剪、型轧、表面处理等工序制备成为成品铜基带状电接触材料。与传统的铜基材料相比，本发明提高了增强相颗粒在铜基体中的弥散分布程度和结合强度，改善了材料加工性能，所制备的铜基带状电接触材料具有优良的抗氧化性能、抗电弧烧损性能和抗熔焊性能，工艺路线简单，适合大批量生产。

Description

一种铜基带状电接触材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电工触头材料领域，具体是指一种铜基带状电接触材料及其制备方法，特别是指应用于微型断路器领域的自动化焊接用铜基带状电接触材料。
背景技术
电触头是电器开关、仪器和仪表等的接触元件，主要承担接通、断开电路及负载电流的作用。电触头材料性能的好坏会直接影响电器开关和仪器、仪表运行的可靠性及使用寿命。由于银具有良好的导电性能和导热性能，所以银基电触头材料是目前应用最广泛的电触头材料，但是由于银的价格昂贵，在部分特殊领域寻找价格更低的替代材料，是电接触行业一个重要的研究方向。
铜具有略次于银的导电性能和导热性能，价格只有银的1.5％左右，经过多年的持续开发，已经有多种铜基电接触材料实现了批量化应用，例如CuCr材料成功应用于高压开关、中压开关等领域，CuW材料成功应用于高低压断路器等领域，弥散铜合金成功应用于真空接触器、真空继电器等领域。在微型断路器领域，目前应用最广泛的电触头材料仍然为银石墨和银金属氧化物触点材料，在较小分断等级的微型断路器上，铜石墨系电触头材料已经可以用来替代银基电接触材料，但是综合电性能方面仍与银基电接触材料存在差距，主要是由于铜在电接触过程中极易氧化形成氧化铜，导致触头表面的接触电阻升高，导电性能下降。如何提升铜基电接触材料的抗熔焊、抗电弧烧损和抗氧化性能，是目前铜基材料研究的重点方向。
专利ZL200710045008.X公布了一种铜基电接触材料及其制造方法，采用粉末冶金工艺，在铜基体中添加金刚石和导电陶瓷提高材料电性能、添加稀土元素提高铜基体抗氧化性能，其中稀土元素和其他金属添加物直接与铜熔炼形成合金可以实现均匀化，金刚石粉和导电陶瓷粉采用混粉工艺与铜合金粉混合。这种加工方法存在三个方面的不足：第一个方面，铜合金与金刚石粉和导电陶瓷粉采用混粉工艺混合，弥散强化程度较差，影响铜基电接触材料的抗电弧烧损性能和抗熔焊性能；第二个方面，金刚石粉和导电陶瓷粉与铜合金之间的结合强度较差，影响铜基电接触材料的抗电弧烧损性能；第三个方面，金刚石粉和导电陶瓷粉与铜合金之间的润湿性较差，金刚石粉和导电陶瓷粉添加量较高时，影响触头材料的加工性能和焊接性能。
专利ZL201710105170.X公布了一种铜基电接触材料及其制造方法，采用粉末冶金工艺，在铜基体中添加Ce以及TiO2掺杂SnO2纳米颗粒，其中Ce以CuCe合金粉的方式加入，与TiO2掺杂SnO2纳米颗粒以及铜粉，采用球磨方式混合均匀，再经真空烧结及后续的加工，成为铜基电接触材料。由于Ce及氧化物纳米颗粒的加入量较低，材料的可焊接性能和加工性能优良，但是采用球磨混粉的方式，作为弥散强化相的纳米颗粒在铜基体中的分布均匀性较差，同样会影响铜基电接触材料的抗熔焊性能和抗电弧烧损性能，而且由于弥散强化相含量偏低，制备的铜基电接触材料抗熔焊性能较差，并不适用于对材料抗熔焊性能要求更高的微型断路器领域。
专利ZL201710079946.5公布了一种耐磨性铜基合金，应用于内燃机用的动阀系部件或滑动部件，虽然对铜基材料的耐磨性有明显的提升，但是由于增强相含量较高，对铜基材料的导电性能和导热性能影响较大，并不适用于电接触领域。
近年来，电器厂家对电气组件性能可靠性和一致性的要求越来越高，触头材料采用带材或者型材供货，满足高端自动化焊接的要求，成为了电触头行业的一个发展趋势。在微型断路器领域，银石墨和银氧化锌等常用的银基电接触材料带材已经实现批量化生产。所以，铜基电接触材料的开发除了需要考虑更加优异的电性能之外，还需要综合考虑材料的加工性能、加工方式和可焊接性，满足带材化或型材化生产的要求，才能符合未来的发展趋势。
因此，如何提高铜基电接触材料中弥散强化相分布的均匀性，提高铜基材料的抗氧化性能和灭弧能力，提升铜基电接触材料的加工性能和可焊接性，满足自动化焊接的需求，对于铜基电接触材料应用推广具有很重要的价值。
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铜基带状电接触材料及其制备方法，该技术方案选择特定的添加物体系，提高铜基电接触材料中弥散强化相分布的均匀性，改善铜基电接触材料的加工性能和可焊接性，解决现有技术中铜基电接触材料综合电性能较差的问题，提高铜基电接触材料的抗氧化能力、抗电弧烧损能力和抗熔焊能力，同时实现带材化生产满足自动化焊接要求。
为实现上述目的，本发明的第一个方面是提供一种铜基带状电接触材料，其包括有相互复合的工作层和焊接层；其中焊接层厚度为触点总厚度的10％～20％；
所述的工作层包括以下组分：0.5～2wt％的碳化钼，3～5wt％的石墨，余量为铜，其中碳化钼粉平均粒度0.5～5μm，石墨粉平均粒度0.5～10μm；
所述的焊接层包括以下组分：40～55wt％的铜，余量为银。
另外，本发明还提供一种上述铜基带状电接触材料的制备方法，包括以下工序，本工序中步骤(1)和(2)不分先后顺序：
(1)工作层粉末制备：
1.1、将无氧铜熔化，形成铜熔液；
1.2、碳化钼和石墨粉末混合均匀，装入喷粉装置中，并与高压水雾化设备上层喷盘接通；
1.3、铜熔液经保温容器注入到高压水雾化设备喷盘中心位置，同时开启喷粉装置，以惰性气体为载体，碳化钼和石墨混合粉末经过上层喷盘喷射进入铜熔液中，形成液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流；
1.4、液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流经过高压水雾化设备下层喷盘中心，被高压水破碎并冷却形成铜-石墨-碳化钼混合粉末，沉淀于收集桶中；
1.5、铜-石墨-碳化钼混合粉末经过烘干和筛分，形成工作层粉末；
(2)焊接层粉末制备：银与无氧铜采用高压水雾化工艺制备银铜合金粉末，经过烘干和筛分后形成焊接层粉末；
(3)锭坯制备：准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属隔板中心线重合，将工作层粉末装入金属隔板空间中，焊接层粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，获得中心为银石墨、四周为银铜合金的圆柱形包覆锭坯，包覆锭坯中银铜合金层粉末厚度为整个包覆锭坯直径的3％～5％；
(4)包覆锭坯经过烧结、复压、反挤压、轧制、纵剪、型轧和表面处理加工成为铜基带状电接触材料成品。
进一步设置是所述步骤1.3中，惰性气体为氩气或者氮气，惰性气体压力为0.2～1.0MPa，惰性气体流量为200～1000L/min。
本发明的创新机理如下：
本发明专利采用石墨和碳化钼作为铜基体的增强相，高熔点的石墨和碳化钼弥散分布在铜基体中，由于铜基体与弥散强化相石墨和碳化钼之间的润湿性很差，所制备的材料具有更低的熔焊力。在电弧烧损过程中，作为添加物的碳化钼在电弧中心高温下发生氧化反应，可有效抑制铜氧化，同时生成的氧化钼在800℃升华，带走大量的热量，可以显著降低电弧能量，起到灭弧的作用。石墨和碳化钼都具备强还原性，可以抑制铜基体的氧化，此外，铜基体在电接触过程中表面形成不易导电的氧化铜膜层，此时电接触过程中电弧中心影响区域外的碳化钼并未分解，碳化钼作为高熔点硬质颗粒相分布在触头接触表面的氧化铜中，起到分离破碎氧化膜的作用，使触头表面氧化膜更容易破裂，从而改善触头接触电阻。对铜基电触头材料抗氧化性能的改善，还体现在弥散强化相在铜基体中的弥散分布程度上，采用常规的粉末冶金工艺所制备的材料，由于弥散强化相和基体材料之间的密度差异，弥散强化相在基体材料中分布均匀性略差，特别是弥散强化相粉末越细越容易形成团聚，本发明专利采用了粉体制备-混粉一体化设备，有效提高了弥散强化相在铜基体中的分布均匀性，从而提升了触头材料的抗熔焊性能和抗氧化性能。
电接触材料中以石墨作为添加物时，由于石墨密度低以及与铜之间的润湿性很差，石墨含量控制在4％以下才能保证材料的加工性能从而制备带状电触头，但是随着石墨含量的降低，铜基触头材料的抗熔焊性能和抗氧化性能都有明显下降，本发明专利采用银铜合金为复合层，采用反挤压工艺实现铜基触头材料与银铜合金层之间的复合，确保复合界面不被污染获得更加可靠的结合强度，并且将铜石墨/银铜合金复合带材加工成三面包裹银铜合金的形状，利用银铜合金优良的塑性，改善铜基电接触材料加工性能，确保反挤压之后的冷轧、纵剪、型轧等冷加工过程铜基电接触材料不会出现开裂，满足批量化生产的要求。此外，选择银铜合金为焊料层，根据银-铜二元合金相图(参见图5)可知，AgCu40～AgCu55区间范围内的银铜合金熔点约830℃～900℃，制备所得的铜石墨/银铜合金复合带材与铜触桥焊接过程中，不需要额外放置焊料或者焊膏，焊接温度控制在850℃～920℃，高于银铜合金层的熔点但是低于银的熔点，直接熔化部分银铜合金层，使触点与触桥之间形成牢固的冶金结合，满足了自动化焊接的要求。
与已知的制备工艺相比，本发明具有的优点和积极效果如下：
1、提高铜基电接触材料的综合电性能。在材料体系选择方面，采用石墨和碳化钼作为增强相，有效提升了铜基体的抗熔焊性能、抗电弧烧损性能和抗氧化性能；在加工工艺方面，本发明采用了将增强相颗粒喷射进入铜溶液中的方式，在雾化制备铜粉的同时完成了增强相在铜基体中的均匀分布，提高增强相在铜基体中的弥散分布程度，解决了采用传统的粉末冶金工艺制备铜基电接触材料时，铜与增强相颗粒之间弥散分布程度不良的问题和结合强度差的问题，提高了铜基电接触材料抗熔焊性能和抗电弧烧损性能；上述两个方面的优化对铜基电接触材料应用于微型断路器领域时的综合电性能带来了本质上的改善。
2、制备的带状电触头满足自动化焊接要求，不需要额外放置焊料或者焊膏，提升焊接效率和焊接质量。传统的铜基电接触材料，焊接过程中需要额外放置焊料或者焊膏，焊接效率低，影响焊接强度的因素较多。本发明专利采用了铜基电接触材料复合银铜合金层的方式，以银铜合金层作为焊料，银铜合金层具有比银更低的熔点，是一种常规的焊接材料，同时由于直接熔化触点部分厚度的焊接层，形成了新鲜界面，这样就消除了触点平面度对焊接质量的影响。
3、具有优良的加工性能，材料利用率高，适合批量化生产。以铜石墨为主体材料的铜基电接触材料，为了保证较大分断电流条件下的抗熔焊性能和抗氧化性能，需要选择更高的石墨含量，以及获得更高的弥散分布程度，带来的不利影响是材料加工性能的下降。本发明专利采用银石墨/银铜合金的双层结构，通过反挤压工艺制备三面包裹银铜合金层的铜石墨材料，利用银铜合金优良的加工性能确保铜基复合带材在挤压后的轧制过程中带材不会开裂，提高材料利用率。
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是本发明的工艺流程图；
图2是本发明等静压工序橡胶套和金属隔隔板装配示意图；
图3是本发明等静压工序铜石墨/银铜合金结构示意图；
图4是本发明铜石墨/银铜合金反挤压后的带材截面示意图；
图5是本发明铜石墨/银铜合金成品带材截面示意图；
图6是银-铜二元合金相图；
图7是本发明所用粉体制备与混粉一体化设备的简易结构示意图；
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。
如图7所示所示粉体制备与混粉一体化设备，包括中频熔炼炉(熔炼坩埚a)、保温炉(保温坩埚b)、上喷盘c、下喷盘d、收集桶f、喷粉装置e。其中中频熔炼炉(熔炼坩埚a)为定点浇铸炉，浇铸中心与保温炉(保温坩埚b)中心对应。收集桶f上端喷盘座放置下喷盘d与上喷盘c，其中下喷盘d连接高压水管道，上喷盘c连接喷粉装置e。上喷盘c设有4组喷嘴，喷嘴间隔均匀安装在下喷盘c四周(喷嘴与喷嘴之间夹角90°)，喷嘴喷射方向与保温坩埚b漏嘴漏出的基体材料液流之间的夹角为60-90°；下喷盘d设有4组喷嘴，喷嘴间隔均匀安装在下喷盘d四周(喷嘴与喷嘴之间夹角90°)，喷嘴喷射方向与保温坩埚b漏嘴漏出的基体材料液流之间的夹角为30-60°。保温炉(保温坩埚b)安装在上喷盘c顶部，保温炉(保温坩埚b)底部设有漏嘴，漏嘴中心与喷盘中心对应。收集桶f下端与压滤桶h连接，收集桶f与压滤桶h之间设有蝶阀g。压滤桶h与高压水管道之间还设有真空抽滤装置、过滤水箱、沉淀水箱、高压泵，形成一个闭环。收集桶f上设有必要的排水阀门和充气阀门。
下面结合具体实施例进一步阐述：
实施例一：
a)47.25kg无氧铜在中频熔炼炉的石墨坩埚中熔化，形成铜熔液，0.25kg平均粒度0.5μm的碳化钼粉和2.5kg平均粒度10μm的石墨粉末混合均匀，装入喷粉装置中，并与高压水雾化设备上层喷盘接通，高压水雾化设备下层喷盘接通高压水，水压200MPa，开启雾化设备；铜熔液经保温坩埚，从高压水雾化设备喷盘中心位置注入收集桶，同时开启喷粉装置，以纯度大于99.99％的高纯氩气为载体，高纯氩气压力为0.2MPa，高纯氩气流量为1000L/min；碳化钼和石墨混合粉末经过上层喷盘喷射进入铜熔液中，形成液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流，液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流经过高压水雾化设备下层喷盘中心，被高压水破碎并冷却形成铜-石墨-碳化钼混合粉末，沉淀于收集桶中，铜-石墨-碳化钼混合粉末经过烘干和筛分，形成工作层粉末；
b)将22.5kg银与27.5kg无氧铜在中频熔炼炉的石墨坩埚中熔化，形成银铜合金熔液，采用高压水雾化设备制备银铜合金粉末，经过烘干和筛分后形成焊接层粉末；
c)准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属隔板中心线重合，将将铜-石墨-碳化钼混合粉末装入金属隔板空间中，银铜合金粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，形成银铜合金粉末包覆铜-石墨-碳化钼粉末的包覆锭坯；包覆锭坯中银铜合金粉末厚度为锭子直径的3％；
d)包覆锭坯经过烧结-复压-反挤压-轧制-纵剪-型轧-表面处理加工成为铜-石墨(5)-碳化钼(0.5)/银铜(55)成品铜基带状电接触材料；
实施例二：
a)47.5kg无氧铜在中频熔炼炉的石墨坩埚中熔化，形成铜熔液，1kg平均粒度5μm的碳化钼粉和1.5kg平均粒度0.5μm的石墨粉末混合均匀，装入喷粉装置中，并与高压水雾化设备上层喷盘接通，高压水雾化设备下层喷盘接通高压水，水压20MPa，开启雾化设备；铜熔液经保温坩埚，从高压水雾化设备喷盘中心位置注入收集桶，同时开启喷粉装置，以纯度大于99.99％的高纯氩气为载体，高纯氩气压力为1.0MPa，高纯氩气流量为200L/min；碳化钼和石墨混合粉末经过上层喷盘喷射进入铜熔液中，形成液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流，液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流经过高压水雾化设备下层喷盘中心，被高压水破碎并冷却形成铜-石墨-碳化钼混合粉末，沉淀于收集桶中，铜-石墨-碳化钼混合粉末经过烘干和筛分，形成工作层粉末；
b)将30kg银与20kg无氧铜在中频熔炼炉的石墨坩埚中熔化，形成银铜合金熔液，采用高压水雾化设备制备银铜合金粉末，经过烘干和筛分后形成焊接层粉末；
c)准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属隔板中心线重合，将将铜-石墨-碳化钼混合粉末装入金属隔板空间中，银铜合金粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，形成银铜合金粉末包覆铜-石墨-碳化钼粉末的包覆锭坯；包覆锭坯中银铜合金粉末厚度为锭子直径的5％；
d)包覆锭坯经过烧结-复压-反挤压-轧制-纵剪-型轧-表面处理加工成为铜-石墨(3)-碳化钼(2)/银铜(40)成品铜基带状电接触材料；
实施例三：
a)47.5kg无氧铜在中频熔炼炉的石墨坩埚中熔化，形成铜熔液，0.5kg平均粒度2μm的碳化钼粉和2kg平均粒度4.5μm的石墨粉末混合均匀，装入喷粉装置中，并与高压水雾化设备上层喷盘接通，高压水雾化设备下层喷盘接通高压水，水压110MPa，开启雾化设备；铜熔液经保温坩埚，从高压水雾化设备喷盘中心位置注入收集桶，同时开启喷粉装置，以纯度大于99.99％的高纯氩气为载体，高纯氩气压力为0.6MPa，高纯氩气流量为600L/min；碳化钼和石墨混合粉末经过上层喷盘喷射进入铜熔液中，形成液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流，液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流经过高压水雾化设备下层喷盘中心，被高压水破碎并冷却形成铜-石墨-碳化钼混合粉末，沉淀于收集桶中，铜-石墨-碳化钼混合粉末经过烘干和筛分，形成工作层粉末；
b)将25kg银与25kg无氧铜在中频熔炼炉的石墨坩埚中熔化，形成银铜合金熔液，采用高压水雾化设备制备银铜合金粉末，经过烘干和筛分后形成焊接层粉末；
c)准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属隔板中心线重合，将将铜-石墨-碳化钼混合粉末装入金属隔板空间中，银铜合金粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，形成银铜合金粉末包覆铜-石墨-碳化钼粉末的包覆锭坯；包覆锭坯中银铜合金粉末厚度为锭子直径的4％；
d)包覆锭坯经过烧结-复压-反挤压-轧制-纵剪-型轧-表面处理加工成为铜-石墨(4)-碳化钼(1.5)/银铜(50)成品铜基带状电接触材料；
实施例四：
a)46.5kg无氧铜在中频熔炼炉的石墨坩埚中熔化，形成铜熔液，1kg平均粒度3μm的碳化钼粉和2.5kg平均粒度2μm的石墨粉末混合均匀，装入喷粉装置中，并与高压水雾化设备上层喷盘接通，高压水雾化设备下层喷盘接通高压水，水压50MPa，开启雾化设备；铜熔液经保温坩埚，从高压水雾化设备喷盘中心位置注入收集桶，同时开启喷粉装置，以纯度大于99.99％的高纯氩气为载体，高纯氩气压力为0.5MPa，高纯氩气流量为700L/min；碳化钼和石墨混合粉末经过上层喷盘喷射进入铜熔液中，形成液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流，液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流经过高压水雾化设备下层喷盘中心，被高压水破碎并冷却形成铜-石墨-碳化钼混合粉末，沉淀于收集桶中，铜-石墨-碳化钼混合粉末经过烘干和筛分，形成工作层粉末；
b)将27.5kg银与22.5kg无氧铜在中频熔炼炉的石墨坩埚中熔化，形成银铜合金熔液，采用高压水雾化设备制备银铜合金粉末，经过烘干和筛分后形成焊接层粉末；
c)准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属隔板中心线重合，将将铜-石墨-碳化钼混合粉末装入金属隔板空间中，银铜合金粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，形成银铜合金粉末包覆铜-石墨-碳化钼粉末的包覆锭坯；包覆锭坯中银铜合金粉末厚度为锭子直径的4％；
d)包覆锭坯经过烧结-复压-反挤压-轧制-纵剪-型轧-表面处理加工成为铜-石墨(5)-碳化钼(2)/银铜(45)成品铜基带状电接触材料；
实施例五：
a)48.25kg无氧铜在中频熔炼炉的石墨坩埚中熔化，形成铜熔液，0.25kg平均粒度1μm的碳化钼粉和1.5kg平均粒度1μm的石墨粉末混合均匀，装入喷粉装置中，并与高压水雾化设备上层喷盘接通，高压水雾化设备下层喷盘接通高压水，水压150MPa，开启雾化设备；铜熔液经保温坩埚，从高压水雾化设备喷盘中心位置注入收集桶，同时开启喷粉装置，以纯度大于99.99％的高纯氩气为载体，高纯氩气压力为0.8MPa，高纯氩气流量为400L/min；碳化钼和石墨混合粉末经过上层喷盘喷射进入铜熔液中，形成液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流，液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流经过高压水雾化设备下层喷盘中心，被高压水破碎并冷却形成铜-石墨-碳化钼混合粉末，沉淀于收集桶中，铜-石墨-碳化钼混合粉末经过烘干和筛分，形成工作层粉末；
b)将25kg银与25kg无氧铜在中频熔炼炉的石墨坩埚中熔化，形成银铜合金熔液，采用高压水雾化设备制备银铜合金粉末，经过烘干和筛分后形成焊接层粉末；
c)准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属隔板中心线重合，将将铜-石墨-碳化钼混合粉末装入金属隔板空间中，银铜合金粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，形成银铜合金粉末包覆铜-石墨-碳化钼粉末的包覆锭坯；包覆锭坯中银铜合金粉末厚度为锭子直径的5％；
d)包覆锭坯经过烧结-复压-反挤压-轧制-纵剪-型轧-表面处理加工成为铜-石墨(3)-碳化钼(0.5)/银铜(50)成品铜基带状电接触材料；
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 (3)

1.一种铜基带状电接触材料，其特征在于包括有相互复合的工作层和焊接层；其中焊接层厚度为触点总厚度的10％～20％；
所述的工作层包括以下组分：0.5～2wt％的碳化钼，3～5wt％的石墨，余量为铜，其中碳化钼粉平均粒度0.5～5μm，石墨粉平均粒度0.5～10μm；
所述的焊接层包括以下组分：40～55wt％的铜，余量为银。
2.一种如权利要求1所述的铜基带状电接触材料的制备方法，其特征在于包括以下工序，本工序中步骤(1)和(2)不分先后顺序：
(1)工作层粉末制备：
1.1、将无氧铜熔化，形成铜熔液；
1.2、碳化钼和石墨粉末混合均匀，装入喷粉装置中，并与高压水雾化设备上层喷盘接通；
1.3、铜熔液经保温容器注入到高压水雾化设备喷盘中心位置，同时开启喷粉装置，以惰性气体为载体，碳化钼和石墨混合粉末经过上层喷盘喷射进入铜熔液中，形成液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流；
1.4、液态铜与固态碳化钼和石墨混合粉末的混合液流经过高压水雾化设备下层喷盘中心，被高压水破碎并冷却形成铜-石墨-碳化钼混合粉末，沉淀于收集桶中；
1.5、铜-石墨-碳化钼混合粉末经过烘干和筛分，形成工作层粉末；
(2)焊接层粉末制备：银与无氧铜采用高压水雾化工艺制备银铜合金粉末，经过烘干和筛分后形成焊接层粉末；
(3)锭坯制备：准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属隔板中心线重合，将工作层粉末装入金属隔板空间中，焊接层粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，获得中心为银石墨、四周为银铜合金的圆柱形包覆锭坯，包覆锭坯中银铜合金层粉末厚度为整个包覆锭坯直径的3％～5％；
(4)包覆锭坯经过烧结、复压、反挤压、轧制、纵剪、型轧和表面处理加工成为铜基带状电接触材料成品。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1.3中，惰性气体为氩气或者氮气，惰性气体压力为0.2～1.0MPa，惰性气体流量为200～1000L/min。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115488335A (zh) * 2022-09-28 2022-12-20 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种高电压等级用铜铬触头材料的制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009185319A (ja) * 2008-02-05 2009-08-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 分散強化銅及びその製造方法
CN106057526A (zh) * 2016-06-27 2016-10-26 温州中希电工合金有限公司 一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头材料及其制造方法
CN106282640A (zh) * 2016-08-22 2017-01-04 福达合金材料股份有限公司 一种银镍电触头材料及其制备方法
CN106783240A (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 沈阳新同正复合材料有限公司 具有高抗熔焊能力的剩余电流保护断路器复合触头
CN108950257A (zh) * 2018-07-09 2018-12-07 福达合金材料股份有限公司 一种提高银金属氧化物电接触材料中增强相分布均匀性的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009185319A (ja) * 2008-02-05 2009-08-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 分散強化銅及びその製造方法
CN106057526A (zh) * 2016-06-27 2016-10-26 温州中希电工合金有限公司 一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头材料及其制造方法
CN106282640A (zh) * 2016-08-22 2017-01-04 福达合金材料股份有限公司 一种银镍电触头材料及其制备方法
CN106783240A (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 沈阳新同正复合材料有限公司 具有高抗熔焊能力的剩余电流保护断路器复合触头
CN108950257A (zh) * 2018-07-09 2018-12-07 福达合金材料股份有限公司 一种提高银金属氧化物电接触材料中增强相分布均匀性的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘胜新: "《实用金属材料手册》", 30 September 2011, 机械工业出版社 *
宋仁伯: "《材料成形工艺学》", 28 February 2019, 冶金工业出版社 *
曾德麟: "《粉末冶金材料》", 30 November 1989, 冶金工业出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115488335A (zh) * 2022-09-28 2022-12-20 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种高电压等级用铜铬触头材料的制造方法
CN115488335B (zh) * 2022-09-28 2023-07-25 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种高电压等级用铜铬触头材料的制造方法

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