CN112281152B - 一种耐磨银电触头及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一方面提供了一种耐磨银电触头的制备方法，通过温喷涂将银粉末喷涂到金属基体上，在所述金属基体的表面形成银涂层，另一方面提供了由上述制备方法制得的耐磨银电触头；本发明采用温喷涂工艺将金属粉末喷涂在不锈钢基体表面，喷涂粒子温度低于粉末的熔点和分解温度，以抑制涂层形成过程材料因温度过高而发生相结构、成分及化学结构的变化，获得符合服役要求的涂层组织结构和性能，本制备方法更加简单可靠，不需要特别多的投入，并且相对于电镀，涂层厚度可控，耐磨性能更好。不仅提高了产品的服役时间，也方便进行多次快速修复。该方法经济环保、简单可靠，性能优异，适应于产业化等优点，在电触头材料领域有着广泛地应用前景。

Description

一种耐磨银电触头及其制备方法

技术领域

本发明涉及电触头材料领域，具体而言，涉及一种耐磨银电触头及其制备方法。

背景技术

随着工业革命的进步，以电力为主的能源体系在不断丰富。作为电源和负载间的关键部件，开关起着重要作用，是整个电路的“心脏”。而电触头材料则是开关的“心脏”，承担着接通、承载和分断电流的作用，其性能直接决定电器设备的安全性和可靠性。

理想的电触头材料需要适当的热传导系数和导电率、良好的耐压强度和抗熔焊性，在使用过程中还需要承受反复的开启和闭合引起的磨损问题。银基电触头材料在开关中应用最为常见。从经济性的角度来讲，电触头材料以不锈钢为基体，通过表面处理工艺在不锈钢基体表面形成一层均匀致密的银涂层。这种方法在满足电触头基本功能的情况下，能够实现经济效益的最大化。

而目前市场上最常见的电触头采用的是电镀的方法，存在以下问题：(1)银镀层厚度在10μm左右，耐磨性能较差，；(2)电镀银工艺是在剧毒的氰化物电镀液中进行的，极易对人体造成伤害；(3)电镀银工艺适合小批量生产，生产效率低，不容易满足大批量使用的要求。

公开号为CN107557733A的专利公开了一种电触头镀银的方法，此方法通过微弧离子镀的方法在电触头表面镀上一层银镀层，虽然这种方案在电触头表面镀上一层结合力好的银镀层，但是镀银过程较为繁琐，镀银前需要抽真空，镀银过程持续1～2小时，且镀层厚度在30μm左右，从经济性和生产效率的角度来讲，只适合特殊应用场景的小批量生产。

公开号为CN111468718A的专利公开了一种银氧化铜片状电触头及其制备方法，此方案采用烧结、复压、轧制、冲制、表面处理等一系列的工艺，此方法工艺流程较为复杂，需要多种大型设备。如需更改添加材料，则要更改相应的工艺参数。

现有的电触头材料制备技术有粉末冶金、热压烧结、电镀、化学镀、水热合成、机械合金化等。虽然电触头材料的结合和性能可以通过优化工艺来实现，但是这些工艺过程复杂，稳定性难以保障。因此，要实现大批量的电触头材料制备，亟需开发一种高效、经济、环保的电触头材料制备技术。温喷涂由于具有高效和高强度结合等优势引起研究者的注意。

温喷涂是一种基于超音速火焰喷涂的新型低温喷涂成型技术，最早应用于制备钛涂层。与超音速火焰喷涂相比，温喷涂也是使用可燃气体与氧气混合，在喷枪里燃烧产生高速的焰流；不同的是温喷涂通过向喷枪中添加一定量的惰性气体(如N2)或使用过量的惰性气体，结合燃气流量、氧气流量控制来调控喷涂火焰的温度和速度，使得喷涂粒子温度低于粉末的熔点和分解温度，以抑制涂层形成过程材料因温度过高而发生相结构、成分及化学结构的变化，获得符合服役要求的涂层组织结构和性能。相对于以上的表面处理工艺，它有以下明显的优势：工作效率高，材料利用率高，可进行多次修复，适合大批量生产；涂层的化学成分和粉末原材料保持一致，缺陷较少，保证涂层的稳定性。

温喷涂涂层在质量可靠性方面与电镀镀层相差无几，CN102560326A公开了使用温喷涂技术沉积准晶涂层的方法，通过温喷涂解决了准晶涂层气孔率高，存在微裂纹的问题，但该专利主要针对基础科学研究做了前期的工作，但针对产业化的应用需求还是有待拓展的。

申请内容

本发明的目的在于提供一种耐磨银电触头及其制备方法，该制备方法能够避免现有技术中电镀银耐磨性较差的问题，同时该方法操作简单可靠、对人体伤害低、工艺流程少，适合工业化应用。

本发明一方面提供了一种耐磨银电触头的制备方法，通过温喷涂将银粉末喷涂到金属基体上，在所述金属基体的表面形成银涂层。

进一步地，所述银涂层的厚度为30微米-150微米，所述银涂层的摩擦系数为0.8-1.1。

进一步地，所述银粉末为球形粉末，所述银粉末的粒径为6.5微米-75微米。

进一步地，所述银粉末中纯银的质量百分含量大于99.5％。

进一步地，所述温喷涂的工艺参数为：丙烷压力为0.3-0.6MPa,丙烷流量为10-20slpm，氧气压力为0.4-0.6MPa，氧气流量为50-70slmp，氮气压力为0.5-0.8MPa，氮气流量为30-60slpm，喷枪移动速度为1200-2000mm/s，喷涂距离为30mm。

进一步地，所述金属基体的材质为不锈钢。

进一步地，在温喷涂前对银粉末进行预处理，包括：将银粉末用200目-2000目的过滤筛进行筛选，然后经80℃-200℃真空干燥1小时-3小时。

进一步地，在温喷涂前对金属基体进行预处理，包括：将金属基体喷砂处理后置于丙酮中超声清洗3-15分钟后干燥。

本发明另一方面提供了由上述制备方法所制得的耐磨银电触头。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

(1)采用温喷涂工艺将金属粉末喷涂在不锈钢基体表面，喷涂粒子温度低于粉末的熔点和分解温度，以抑制涂层形成过程材料因温度过高而发生相结构、成分及化学结构的变化，获得符合服役要求的涂层组织结构和性能；

(2)相较于新型表面处理工艺，温喷涂工艺更加简单可靠，不需要特别多的投入；

(3)相对于电镀，涂层厚度可控，耐磨性能更好。不仅提高了产品的服役时间，也方便进行多次快速修复。该方法经济环保、简单可靠，性能优异，适应于产业化等优点，在电触头材料领域有着广泛地应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1所制备的耐磨银电触头样品与采用电镀法制备的样品的SEM对比图，其中，(a)为电镀样品，(b)为实施例1所制得的样品；

图2为图1中所述电镀样品与所述实施例1所制得样品的耐磨性比对图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本具体实施方式一方面提供了一种耐磨银电触头的制备方法，通过温喷涂将银粉末喷涂到金属基体上，在所述金属基体的表面形成银涂层。

通过温喷涂的方式制备耐磨银电触头材料，既避免传统表面处理工艺耐磨性差的缺点，也不会出现新型工艺过程繁琐、条件苛刻的问题。本具体实施方式采用温喷涂加速颗粒，以合适的速度和温度沉积到金属基体表面，在保持银涂层均匀致密的同时，又能保证银涂层的耐磨性。

其中，所述银涂层的厚度为30微米-150微米，所述银涂层的摩擦系数为0.8-1.1。

其中，所述银粉末为球形粉末，所述银粉末的粒径为6.5微米-75微米。

球形粉末具有摩擦系数小、流动性和各向同性好、填充密度高、应力应变均匀等优点，喷涂在不锈钢基体表面的涂层更均匀，且缺陷少，与金属基体的结合强度更高。

其中，所述银粉末中纯银的质量百分含量大于99.5％。

其中，所述温喷涂的工艺参数为：丙烷压力为0.3-0.6MPa,丙烷流量为10-20slpm，氧气压力为0.4-0.6MPa，氧气流量为50-70slmp，氮气压力为0.5-0.8MPa，氮气流量为30-60slpm，喷枪移动速度为1200-2000mm/s，喷涂距离为30mm。

利用温喷涂的方法制备耐磨银电触头材料，其涂层的厚度可控，不仅可以通过银颗粒粒径的选择来调控厚度，还可以通过工艺参数的改变来调控厚度，满足不同产品对厚度的要求，最大限度地体现温喷涂工艺的经济性。

其中，所述金属基体的材质为不锈钢。

其中，在温喷涂前对银粉末进行预处理，包括：将银粉末用200目-2000目的过滤筛进行筛选，然后经80℃-200℃真空干燥1小时-3小时。

其中，在温喷涂前对金属基体进行预处理，包括：将金属基体喷砂处理后置于丙酮中超声清洗3-15分钟后干燥。

在本具体实施方式中，银粉末购于长沙天久金属材料有限公司，银粉末的粒径为5-50微米，粉末中金属的质量百分数大于99.7％。所用不锈钢基体为市场上所购，温喷涂设备为自主开发。

实施例1

用200目的过滤筛筛选出粒径为75微米的银粉末，保证银粉末的粒径满足温喷涂使用的要求，再经过80℃烘干1小时后作为温喷涂的喷涂料；其中，银粉末中纯银的质量百分含量为99.8％。

将不锈钢基体喷砂处理后，置于丙酮中超声清洗3分钟，干燥后得到表面洁净的不锈钢基体。

采用温喷涂将处理后的银粉喷涂在不锈钢基体表面处，温喷涂的工艺参数：丙烷压力为0.5MPa,丙烷流量为15slpm，氧气压力为0.5MPa，氧气流量为60slmp，氮气压力为0.7MPa，氮气流量为50slpm，喷枪移动速度为1600mm/s，喷涂距离为30mm，涂层喷涂遍数为3遍，在对接处形成厚度为150微米的银涂层，即得耐磨银电触头A1。

实施例2

用500目的过滤筛筛选出粒径为25微米的银粉末，保证银粉末的粒径满足温喷涂使用的要求，再经过120℃烘干2小时后作为温喷涂的喷涂料；其中，银粉末中纯银的质量百分含量为99.8％。

将不锈钢基体喷砂处理后，置于丙酮中超声清洗5分钟，干燥后得到表面洁净的不锈钢基体。

采用温喷涂将处理后的银粉喷涂在不锈钢基体表面处，温喷涂的工艺参数：丙烷压力为0.3MPa,丙烷流量为10slpm，氧气压力为0.4MPa，氧气流量为50slmp，氮气压力为0.5MPa，氮气流量为30slpm，喷枪移动速度为1200mm/s，喷涂距离为30mm，涂层喷涂遍数为3遍，在对接处形成厚度为100微米的银涂层，即得耐磨银电触头A2。

实施例3

用1000目的过滤筛筛选出粒径为13微米的银粉末，保证银粉末的粒径满足温喷涂使用的要求，再经过150℃烘干3小时后作为温喷涂的喷涂料；其中，银粉末中纯银的质量百分含量为99.8％。

将不锈钢基体喷砂处理后，置于丙酮中超声清洗8分钟，干燥后得到表面洁净的不锈钢基体。

采用温喷涂将处理后的银粉喷涂在不锈钢基体表面处，温喷涂的工艺参数：丙烷压力为0.5MPa,丙烷流量为18slpm，氧气压力为0.5MPa，氧气流量为70slmp，氮气压力为0.7MPa，氮气流量为50slpm，喷枪移动速度为1700mm/s，喷涂距离为30mm，涂层喷涂遍数为3遍，在对接处形成厚度为80微米的银涂层，即得耐磨银电触头A3。

实施例4

用2000目的过滤筛筛选出粒径为6.5微米的银粉末，保证银粉末的粒径满足温喷涂使用的要求，再经过200℃烘干3小时后作为温喷涂的喷涂料；其中，银粉末中纯银的质量百分含量为99.9％。

将不锈钢基体喷砂处理后，置于丙酮中超声清洗15分钟，干燥后得到表面洁净的不锈钢基体。

采用温喷涂将处理后的银粉喷涂在不锈钢基体表面处，温喷涂的工艺参数：丙烷压力为0.6MPa,丙烷流量为20slpm，氧气压力为0.6MPa，氧气流量为70slmp，氮气压力为0.8MPa，氮气流量为60slpm，喷枪移动速度为2000mm/s，喷涂距离为30mm，涂层喷涂遍数为3遍，在对接处形成厚度为30微米的银涂层，即得耐磨银电触头A4。

实验例1

按照《ASTM G 133-2002线性往复式球平面滑动磨损的标准试验方法》标准，将上述实施例1-4所制得的耐磨银电触头A1-A4样品在摩擦磨损试验机进行摩擦磨损性能测试，磨球为氮化硅，载荷大小为1N，磨球往复运动速度为0.1m/s，持续时间为30min，得到各样品的摩擦系数，见表1。

实验例2

将实施例1所制备的耐磨银电触头样品与采用电镀法制备的样品的SEM图进行对比，并且对二者的耐磨性进行了比对，结果参见附图1-2。

表1样品的摩擦系数

样品编号	摩擦系数
		A1	0.85
A2	0.8
		A3	1.0
A4	1.1

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (5)

1.一种耐磨银电触头的制备方法，其特征在于，通过温喷涂将银粉末喷涂到金属基体上，在所述金属基体的表面形成银涂层；

所述银涂层的厚度为30微米-150微米，所述银涂层的摩擦系数为0.8-1.1；

所述银粉末为球形粉末，所述银粉末的粒径为6.5微米-75微米；

所述温喷涂的工艺参数为：丙烷压力为0.3-0.6MPa，丙烷流量为10-20slpm，氧气压力为0.4-0.6MPa，氧气流量为50-70slmp，氮气压力为0.5-0.8MPa，氮气流量为30-60s1pm，喷枪移动速度为1200-2000mm/s，喷涂距离为30mm。

2.根据权利要求1所述的耐磨银电触头的制备方法，其特征在于，所述银粉末中纯银的质量百分含量大于99.5％。

3.根据权利要求1所述的耐磨银电触头的制备方法，其特征在于，所述金属基体的材质为不锈钢。

4.根据权利要求1所述的耐磨银电触头的制备方法，其特征在于，在温喷涂前对银粉末进行预处理，包括：将银粉末用200目-2000目的过滤筛进行筛选，然后经80℃-200℃真空干燥1小时-3小时。

5.根据权利要求1所述的耐磨银电触头的制备方法，其特征在于，在温喷涂前对金属基体进行预处理，包括：将金属基体喷砂处理后置于丙酮中超声清洗3-15分钟后干燥。

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