CN112095057A - 一种纳米银线改性银镍电接触材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种纳米银线改性银镍电接触材料及其制备方法,包括以下步骤:(1)将纳米银线、银粉、镍多元复合粉与粘结剂为原料在3D打印设备进行打印,形成银镍电接触材料的坯体;(2)将步骤(1)得到的坯体进行烧结处理,烧结处理后进行复压;(3)将步骤(2)处理后的坯体进行后处理,后处理包括清洗、干燥工序。本发明的优点是通过纳米银线和银粉的合理配合提高了触点材料的导电性能,同时,将多元镍粉体均匀分布在银基体中,提高触点材料的抗熔焊性能。

Description

一种纳米银线改性银镍电接触材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电工材料技术领域,具体是指一种纳米银线改性银镍电接触材料及其制备方法。
背景技术
银镍电接触材料具有优良的抗熔焊性能、耐电弧侵蚀性能,广泛应用于磁保持继电器、小型断路器、功率继电器、接触器等领域中。现有技术中,银镍电接触材料抗熔焊性能的改善通常通过工艺流程优化、镍增强的改性、加入添加物等方式或方法。
通过相关文献,检索到的相关专利如下:
(1)专利CN106363190B,公开一种银-镍-石墨烯合金材料及其制备方法;(2)专利CN108425137A,公开一种电沉积制备银镍合金电触头的方法;该专利通过电沉积制备银镍合金电触头的方法;(3)专利CN108855131A,一种银-镍双金属掺杂二氧化钛纳米复合材料的制备方法;(4)专利CN109594029A,一种镍颗粒弥散分布AgNi电接触材料的制备方法。
银作为基体,主要承担导通电流的作用,以上专利中均未涉及到银基体的改性。从而仍然存在不能从根本上提高触点材料的抗熔焊性能。因此有必要对此进行改进。
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纳米银线改性银镍电接触材料及其制备方法,该技术方案在原始粉末中通过纳米银线与银粉的合理配比,纳米银线填充在银粉中,进一步提升了材料的导电性能。同时,多元镍复合粉均匀分布在银基体中,改善了触点材料的抗熔焊性能,本发明生产工序少,生产过程简单、流程短、易于批量生产。
为实现上述目的,本发明的第一个方面是提供一种纳米银线改性银镍电接触材料的制备方法。该方法通过在银基体中添加一定含量的纳米银线提升材料的导电性能,改善触点材料的抗熔焊性能。
其技术方案包括:
(1)将纳米银线、银粉、镍多元复合粉与粘结剂为原料在3D打印设备进行打印,形成银镍电接触材料的坯体;
(2)将步骤(1)得到的坯体进行烧结处理,烧结处理后进行复压;
(3)将步骤(2)处理后的坯体进行后处理,后处理包括清洗、干燥工序。
进一步设置是所述步骤(1)中,以重量百分比计,纳米银线、银粉、镍多元复合粉的含量分别1-45%、50-94%、5-20%。
进一步设置是所述步骤(1)中将纳米银线、银粉、镍多元复合粉置于梯度分布3D打印设备,首先打印基层Ag粉、厚度40-90微米,随后打印一层纳米银线、厚度0.025-1微米,然后打印镍多元复合粉、3-20微米,最后打印一层粘结剂、厚度为1-10微米,以上四个步骤重复进行,直至达到所需要的规格厚度。
进一步设置是所述步骤(1)中所打印的坯体的形状包括铆钉型、片型、异型。
进一步设置是所述步骤(1)中的纳米银线尺寸为宽度25-200nm、长度为20-30μm;银粉粒度分布范围为50-100微米、平均粒度60-90微米、纯度≥99.99%,镍多元复合粉粒度范围3-20微米、平均粒度5-15微米,镍多元复合粉中包括镍和添加物粉,所述的添加物粉包括有氧化铜、氧化锌、氧化铟、氧化镍、氧化镁的一种或一种以上组合,粘结剂为用于粉体粘结的高分子材料、其平均粒度为3-10微米。
进一步设置是所述步骤(2)中的烧结温度为100-900℃、步进温度为50-100℃、每步保温10min。本设置步进温度的优势:使得触点材料受热均匀,防止触点材料由于温度变化快导致膨胀严重,引起触点材料开裂等不良。
进一步设置是所述步骤(3)中清洗、干燥,在惰性气体保护下进行。
另外,本发明还提供一种如所述的制备方法所制得的纳米银线改性银镍电接触材料。
本发明的有益效果是:
通过纳米银线和银粉的合理配合提高了触点材料的导电性能:AgNi材料中,镍粉及添加物一般采用混粉法加入,容易引起添加物与镍粉的团聚,而本发明中采用离心球磨工艺将添加物与镍粉形成多元复合粉,添加物与镍粉分布更为均匀,达到提高抗熔焊性能的目的;同时,将多元镍粉体均匀分布在银基体中,提高触点材料的抗熔焊性能:通过多元复合镍粉与纳米银线含量的优化配合,增加银基体的导电通路,减少基体中位错形成,从而提高导电性能、增加触点材料的散热、减少触点表面富银组织的形成、提高抗熔焊性能。
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本发明的工艺流程图。
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1所示,为本发明实施例中,
实施例一:
(1)纳米银线、银粉、多元镍复合粉含量分别为1%、94%、5%,纳米银线长度、宽度分别为20μm、200nm,银粉、多元镍复合粉平均粒度分别为60、5微米,多元镍复合粉包括镍、氧化铜、氧化锌、氧化铟、氧化镍,含量均为1%。将纳米银线、银粉、镍多元复合粉置于梯度分布3D打印设备,首先打印基层Ag粉、厚度90微米,随后打印一层纳米银线、厚度1微米,然后打印镍多元复合粉、厚度20微米,最后打印一层粘结剂、厚度为10微米,以上四个步骤重复进行,直至达到所需要的规格厚度。样坯的规格为R5×2+3×2SR10;
(2)将坯体进行烧结处理,初始温度100℃,终了温度850℃,步进温度70℃、每步保温10min。烧结处理后进行复压;
(3)将坯体进行清洗、干燥。
本实施例粘结剂为高分子材料,主要用于复合粉体与纳米银线、银粉的粘结,提高结合力。
实施例二:
(1)纳米银线、银粉、多元镍复合粉含量分别为45%、50%、5%,纳米银线长度、宽度分别为30μm、225nm,银粉、多元镍复合粉平均粒度分别为90、15微米,多元镍复合粉包括镍、氧化铜、氧化锌、氧化铟、氧化镁,含量均为1%。将纳米银线、银粉、镍多元复合粉置于梯度分布3D打印设备,首先打印基层Ag粉、厚度40微米,随后打印一层纳米银线、厚度0.025微米,然后打印镍多元复合粉、3微米,最后打印一层粘结剂、厚度为1微米,以上四个步骤重复进行,直至达到所需要的规格厚度。样坯的规格为R5×2+3×2SR10;
(2)将坯体进行烧结处理,初始温度100℃,终了温度900℃,步进温度100℃、每步保温10min。烧结处理后进行复压;
(3)将坯体进行清洗、干燥。
实施例三:
(1)纳米银线、银粉、多元镍复合粉含量分别为20%、60%、20%,纳米银线长度、宽度分别为20μm、200nm,银粉、多元镍复合粉平均粒度分别为60、6微米,多元镍复合粉包括镍、氧化铜、氧化锌、氧化铟、氧化镍、氧化镁,含量分别为3%、4%、3%、4%、3%、3%。将纳米银线、银粉、镍多元复合粉置于梯度分布3D打印设备,首先打印基层Ag粉、厚度60微米,随后打印一层纳米银线、厚度0.5微米,然后打印镍多元复合粉、12微米,最后打印一层粘结剂、厚度为5微米,以上四个步骤重复进行,直至达到所需要的规格厚度。样坯的规格为R5×2+3×2SR10;
(2)将坯体进行烧结处理,初始温度100℃,终了温度800℃,步进温度50℃、每步保温10min。烧结处理后进行复压;
(3)将坯体进行清洗、干燥。
实施例四
上述实施例一至三的粘结剂为高分子材料,主要用于复合粉体与纳米银线、银粉的粘结,提高结合力。本实施例四提供一种优选的粘结剂实施例选择,其他配置与上述实施例一至三一致。
(1)粘结剂中乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、聚乙烯醇叔丁醛含量分别为30%、25%、25%、20%在离心混合机中混合,混合时间3h;
(2)将粘结剂在等离子雾化设备中雾化成粉末,粒度范围0.1-0.4微米,平均粒度0.25微米。
试验例
将上述实施例的铆钉组装成继电器,在250V、20A、密封、常温感性负载试验材料下进行电性能试验,具体结果如下表所示。可见,3个实施例的燃弧时间、电寿命次数均优于比较例,其中平均燃弧时间减少4-6ms,Weibull分布95%置信区间,电寿命次数提高5.5-7.5万次。
其中,实施例三,燃弧时间最短、电寿命次数最高,分别为13ms、15万次。
表1不同成分实施案例及电性能比较
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 (8)

1.一种纳米银线改性银镍电接触材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将纳米银线、银粉、镍多元复合粉与粘结剂为原料在3D打印设备进行打印,形成银镍电接触材料的坯体;
(2)将步骤(1)得到的坯体进行烧结处理,烧结处理后进行复压;
(3)将步骤(2)处理后的坯体进行后处理,后处理包括清洗、干燥工序。
2.根据权利要求1所述的一种纳米银线改性银镍电接触材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,以重量百分比计,纳米银线、银粉、镍多元复合粉的含量分别1-45%、50-94%、5-20%。
3.根据权利要求1所述的一种纳米银线改性银镍电接触材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中将纳米银线、银粉、镍多元复合粉置于梯度分布3D打印设备,首先打印基层Ag粉、厚度40-90微米,随后打印一层纳米银线、厚度0.025-1微米,然后打印镍多元复合粉、3-20微米,最后打印一层粘结剂、厚度为1-10微米,以上四个步骤重复进行,直至达到所需要的规格厚度。
4.根据权利要求1所述的一种纳米银线改性银镍电接触材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中所打印的坯体的形状包括铆钉型、片型、异型。
5.根据权利要求1所述的一种纳米银线改性银镍电接触材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的纳米银线尺寸为宽度25-200nm、长度为20-30μm;银粉粒度分布范围为50-100微米、平均粒度60-90微米、纯度≥99.99%,镍多元复合粉粒度范围3-20微米、平均粒度5-15微米,镍多元复合粉中包括镍和添加物粉,所述的添加物粉包括有氧化铜、氧化锌、氧化铟、氧化镍、氧化镁的一种或一种以上组合,粘结剂为用于粉体粘结的高分子材料、其平均粒度为3-10微米。
6.根据权利要求1所述的一种纳米银线改性银镍电接触材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的烧结温度为100-900℃、步进温度为50-100℃、每步保温10min。
7.根据权利要求1所述的一种纳米银线改性银镍电接触材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中清洗、干燥,在惰性气体保护下进行。
8.一种如权利要求1-7之一所述的制备方法所制得的纳米银线改性银镍电接触材料。
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