CN112779436A - 一种AgNi电触头材料及其制备方法 - Google Patents

一种AgNi电触头材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种AgNi电触头材料，包括如下按质量百分含量计的成分：Ni粉5％‑40％；纳米银3％‑10％；Ag粉余量。本发明通过利用纳米银的低熔点特性，在烧结过程中，熔融状态的纳米银在Ag‑Ni微区熔焊，形成过渡层，以改善Ag‑Ni界面润湿性，从而提高Ag‑Ni之间的结合稳定性，改善材料的加工性和电寿命。本发明还提供一种AgNi电触头材料的制备方法。

Description

一种AgNi电触头材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电触头技术领域，尤其涉及一种具有改善Ag-Ni界面润湿性的AgNi电触头材料及其制备方法。
背景技术
AgNi电触点材料因耗银低，且具备良好的导电性和导热性，广泛应用于中小电流等级的接触器、继电器及控制开关等产品。但因Ni在Ag中溶解度很小，不能采用熔炼方法获得，通常采用粉末冶金法制备得到AgNi电触点材料，理论上二者属于一种假合金，结合力弱,故在后续加工过程中，容易出现镍粉脱落，损耗模具现象，在产品应用过程中，抗电弧烧损能力表现较差。
专利CN103710564B中通过添加钼酸铵、偏钨酸铵、硝酸锌以及镧系稀土硝酸盐等盐类化合物，来改善银粉和镍粉之间的结合强度。
专利CN107523715A中通过添加氮化钛，来改善触头的综合电性能。
专利CN103794391B中通过添加W粉、MO粉、Zr粉等相粉，来提高Ag基体与Ni增强相之间的界面润湿性。
专利CN101831571B中通过添加碳化钽，来改善触头的抗熔焊性能。
上述的专利文献中，虽然添加了各种元素来改善触头的电性能，但是触头材料中Ag-Ni界面润湿性没有直接改善，在产品应用过程中，镍粉脱落氧化，导致抗电弧烧损能力仍然表现较差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种AgNi电触头材料，其利用纳米银的低熔点特性，在烧结过程中，熔融状态的纳米银在Ag-Ni微区熔焊，形成过渡层，以改善Ag-Ni界面润湿性，从而提高Ag-Ni之间的结合稳定性，改善材料的加工性和电寿命。
本发明还提供一种上述AgNi电触头材料的制备方法。
本发明采用如下技术方案实现：
一种AgNi电触头材料，包括如下按质量百分含量计的成分：
Ni粉5％-40％；纳米银3％-10％；Ag粉余量。
即本发明通过添加纳米银粉，以改善Ag-Ni界面润湿性，由于纳米银粒子的粒径具有纳米级，其具有低熔点特性，烧结过程中，低熔点的纳米银首先熔融，在Ag-Ni微区形成熔焊，从而能够改善Ag-Ni界面润湿性，以提高其抗电弧烧损能力；另外，纳米银粒子有利于排除机械混粉时带入的空气，有效改善了银镍锭子的烧结特性，进一步地提高Ag-Ni之间的结合性能。在本实施例中，Ag粉的总质量百分含量为0％-95％。
进一步地，所述Ni粉的平均粒度为1μm-30μm。优选的，所述Ni粉的平均粒度为3μm-15μm。
进一步地，所述纳米银的平均粒度为10nm-100nm。优选的，所述纳米银的平均粒度为50nm-100nm。更优选的，所述纳米银的平均粒度为100nm。
进一步地，所述Ag粉的平均粒度为1μm-100μm。优选的，所述Ag粉的平均粒度为10μm-50μm。
进一步地，所述纳米银与所述Ni粉的重量比为1:3-1:10。优选的，所述纳米银与所述Ni粉的重量比为1:3-1:5。
本发明还提供一种AgNi电触头材料的制备方法，其包括如下制备步骤：
S1：将纳米银与Ni粉按重量比为1:3-1:10投入V型混粉机中，混合0.5h-4h，获得预处理混合粉；
S2：将Ag粉与预处理混合粉分别投入犁铲式混合设备中，混粉0.5h-4h，获得坯料混合粉；
S3：将坯料混合粉在等静压设备中进行等静压成型，压制成锭子；
S4：在保护气下，将压制的锭子进行烧结，烧结时间为2h-4h；将烧结好的锭子加热0.5h-2h，然后挤压并拉丝至所需规格的丝材，最后，丝材再经过冷镦成型，获得所需规格的触点。
进一步地，在步骤S3中，等静压成型的操作参数为：压力为50MPa-300 MPa，保压1min-10min。优选的，等静压成型的操作参数为：压力为100MPa-250 MPa，保压5min-8min。
进一步地，在步骤S4中，保护气为氢气或者惰性气体。
进一步地，在步骤S4中，烧结的温度为650℃-900℃。优选的，烧结的温度为700℃-850℃。
进一步地，在步骤S4中，加热的温度为650℃-900℃。优选的，加热的温度为700℃-850℃。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过利用纳米银的低熔点特性，烧结过程中，纳米银首先熔融，在Ag-Ni微区熔焊，形成过渡层，以改善Ag-Ni界面润湿性，增加银粉镍粉的结合强度，从而改善材料的加工性和电寿命。另外，纳米银还可以利于排除机械混粉时带入的空气，以提高Ag-Ni材料的密度和导电率，降低了材料硬度和抗拉强度，进一步地达到改善材料加工性和提高材料电寿命的目的。
本发明还可以通过纳米银代替Ag粉，以提高Ni粉与银粉的结合性能，在烧结过程中，进一步地提高Ag-Ni之间的结合稳定性。
附图说明
图1为测试1的混合粉的微观形貌图，其中，谱图1为分析区域；
图2为图1中谱图1的微区成分分析图；
图3为测试1的混合粉在低温烧结时的微观形貌图；
图4为测试2中的实施例6与对比例1的导电率变化曲线图；
图5为测试2中的实施例6与对比例1的密度变化曲线图；
图6为测试2中的实施例6与对比例1的抗拉强度变化曲线图；
图7为测试2中的实施例6与对比例1的硬度变化曲线。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，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。
实施例1
一种AgNi电触头材料的制备方法包括如下制备步骤：
S0：配置AgNi电触头材料的各成分，按质量百分含量计，包括Ni粉5％；纳米银3％；Ag粉92％；Ni粉的平均粒度为10μm；纳米银的平均粒度为100nm；Ag粉的平均粒度为30μm；
S1：将纳米银与Ni粉投入V型混粉机中，混合3h，获得预处理混合粉；
S2：将Ag粉与预处理混合粉分别投入犁铲式混合设备中，混粉2.5h，获得坯料混合粉；
S3：将坯料混合粉在等静压设备中进行等静压成型，压力为150MPa，保压8min，获得压制锭子；
S4：在氢气气氛下，将压制锭子进行烧结3h，烧结的温度为800℃，获得烧结锭子；
S5：在氢气气氛下，将烧结锭子加热1h，加热的温度为800℃，然后挤压并拉丝至所需规格的丝材。最后，丝材再经过冷镦成型，获得所需规格的触点。
实施例2
一种AgNi电触头材料的制备方法包括如下制备步骤：
S0：配置AgNi电触头材料的各成分，按质量百分含量计，包括Ni粉10％；纳米银3％；Ag粉87％；Ni粉的平均粒度为3μm；纳米银的平均粒度为50nm；Ag粉的平均粒度为10μm；
S1：将纳米银与Ni粉投入V型混粉机中，混合2.5h，获得预处理混合粉；
S2：将Ag粉与预处理混合粉分别投入犁铲式混合设备中，混粉2.0h，获得坯料混合粉；
S3：将坯料混合粉在等静压设备中进行等静压成型，压力为150MPa，保压8min，获得压制锭子；
S4：在氢气气氛下，将压制锭子进行烧结3h，烧结的温度为800℃，获得烧结锭子；
S5：在氢气气氛下，将烧结锭子加热1h，加热的温度为800℃，然后挤压并拉丝至所需规格的丝材，最后，丝材再经过冷镦成型，获得所需规格的触点。
实施例3
一种AgNi电触头材料的制备方法包括如下制备步骤：
S0：配置AgNi电触头材料的各成分，按质量百分含量计，包括Ni粉20％；纳米银5％；Ag粉75％；Ni粉的平均粒度为15μm；纳米银的平均粒度为10nm；Ag粉的平均粒度为50μm；
S1：将纳米银与Ni粉投入V型混粉机中，混合2h，获得预处理混合粉；
S2：将Ag粉与预处理混合粉分别投入犁铲式混合设备中，混粉2h，获得坯料混合粉；
S3：将坯料混合粉在等静压设备中进行等静压成型，压力为150MPa，保压8min，获得压制锭子；
S4：在氢气气氛下，将压制锭子进行烧结3h，烧结的温度为800℃，获得烧结锭子；
S5：在氢气气氛下，将烧结锭子加热1h，加热的温度为800℃，然后挤压并拉丝至所需规格的丝材，最后，丝材再经过冷镦成型，获得所需规格的触点。
实施例4
一种AgNi电触头材料的制备方法包括如下制备步骤：
S0：配置AgNi电触头材料的各成分，按质量百分含量计，包括Ni粉30％；纳米银5％；Ag粉65％；Ni粉的平均粒度为30μm；纳米银的平均粒度为10nm；Ag粉的平均粒度为30μm；
S1：将纳米银与Ni粉投入V型混粉机中，混合3h，获得预处理混合粉；
S2：将Ag粉与预处理混合粉分别投入犁铲式混合设备中，混粉2.5h，获得坯料混合粉；
S3：将坯料混合粉在等静压设备中进行等静压成型，压力为150MPa，保压8min，获得压制锭子；
S4：在氢气气氛下，将压制锭子进行烧结3h，烧结的温度为800℃，获得烧结锭子；
S5：在氢气气氛下，将烧结锭子加热1h，加热的温度为800℃，然后挤压并拉丝至所需规格的丝材，最后，丝材再经过冷镦成型，获得所需规格的触点。
实施例5
一种AgNi电触头材料的制备方法包括如下制备步骤：
S0：配置AgNi电触头材料的各成分，按质量百分含量计，包括Ni粉40％；纳米银4％；Ag粉56％；Ni粉的平均粒度为10μm；纳米银的平均粒度为50nm；
S1：将纳米银与Ni粉投入V型混粉机中，混合3h，获得预处理混合粉；
S2：将Ag粉与预处理混合粉分别投入犁铲式混合设备中，混粉2.5h，获得坯料混合粉；
S3：将坯料混合粉在等静压设备中进行等静压成型，压力为150MPa，保压8min，获得压制锭子；
S4：在氢气气氛下，将压制锭子进行烧结3h，烧结的温度为800℃，获得烧结锭子；
S5：在氢气气氛下，将烧结锭子加热1h，加热的温度为800℃，然后挤压并拉丝至所需规格的丝材，最后，丝材再经过冷镦成型，获得所需规格的触点。
实施例6
一种AgNi电触头材料的制备方法包括如下制备步骤：
S0：配置AgNi电触头材料的各成分，按质量百分含量计，包括Ni粉10％；纳米银3％；Ag粉87％；Ni粉的平均粒度为3μm；纳米银的平均粒度为100nm；Ag粉的平均粒度为20μm；
S1：将纳米银与Ni粉投入V型混粉机中，混合3h，获得预处理混合粉；
S2：将Ag粉与预处理混合粉分别投入犁铲式混合设备中，混粉2.5h，获得坯料混合粉；
S3：将坯料混合粉在等静压设备中进行等静压成型，压力为150MPa，保压8min，获得压制锭子；
S4：在氢气气氛下，将压制锭子进行烧结3h，烧结的温度为800℃，获得烧结锭子；
S5：在氢气气氛下，将烧结锭子加热1h，加热的温度为800℃，然后挤压并拉丝至所需规格的丝材，最后，丝材再经过冷镦成型，获得所需规格的触点。
实施例7
一种AgNi电触头材料的制备方法包括如下制备步骤：
S0：配置AgNi电触头材料的各成分，按质量百分含量计，包括Ni粉20％；纳米银5％；Ag粉75％；Ni粉的平均粒度为1μm；纳米银的平均粒度为80nm；Ag粉的平均粒度为10μm；
S1：将纳米银与Ni粉投入V型混粉机中，混合3h，获得预处理混合粉；
S2：将Ag粉与预处理混合粉分别投入犁铲式混合设备中，混粉2.5h，获得坯料混合粉；
S3：将坯料混合粉在等静压设备中进行等静压成型，压力为150MPa，保压8min，获得压制锭子；
S4：在氢气气氛下，将压制锭子进行烧结3h，烧结的温度为800℃，获得烧结锭子；
S5：在氢气气氛下，将烧结锭子加热1h，加热的温度为800℃，然后挤压并拉丝至所需规格的丝材，最后，丝材再经过冷镦成型，获得所需规格的触点。
对比例1
一种AgNi电触头材料的制备方法包括如下制备步骤：
S0：配置AgNi电触头材料的各成分，按质量百分含量计，包括Ni粉10％；Ag粉90％；Ni粉的平均粒度为3μm；Ag粉的平均粒度为20μm；
S1：将Ag粉与Ni粉分别投入V型混粉机中，混粉2.5h，获得坯料混合粉；
S2：将坯料混合粉在等静压设备中进行等静压成型，压力为150MPa，保压8min，获得压制锭子；
S3：在氢气气氛下，将压制锭子进行烧结3h，烧结的温度为800℃，获得烧结锭子；
S4：在氢气气氛下，将烧结锭子加热1h，加热的温度为800℃，然后挤压并拉丝至所需规格的丝材，最后，丝材再经过冷镦成型，获得所需规格的触点。
对比例2
一种AgNi电触头材料的制备方法包括如下制备步骤：
S0：配置AgNi电触头材料的各成分，按质量百分含量计，包括Ni粉20％；Ag粉80％；Ni粉的平均粒度为1μm；Ag粉的平均粒度为10μm；
S1：将Ag粉与Ni粉分别投入V型混粉机中，混粉2.5h，获得坯料混合粉；
S2：将坯料混合粉在等静压设备中进行等静压成型，压力为150MPa，保压8min，获得压制锭子；
S3：在氢气气氛下，将压制锭子进行烧结3h，烧结的温度为800℃，获得烧结锭子；
S4：在氢气气氛下，将烧结锭子加热1h，加热的温度为800℃，然后挤压并拉丝至所需规格的丝材，最后，丝材再经过冷镦成型，获得所需规格的触点。
性能测试
测试1
将50wt％的纳米银与50wt％的Ni粉通过球磨，混合均匀，得到混合粉，对该混合粉进行扫描电镜，得到该混合粉的微观形貌图及微区成分分析图，如图1和图2所示，其中，图1为混合粉的微观形貌图，图1中的谱图1为分析区域；图2为图1中谱图1的微区成分分析图；
再将混合粉进行低温烧结，烧结的温度为650℃，对该混合粉经烧结的形貌进行电镜扫描，得到该混合粉在烧结后的微观形貌图，如图3所示。
从图1至图3可知，50wt％的纳米银与50wt％的Ni粉在混粉和烧结过程中，二者形成良好的结合。
测试2
将实施例6与对比例1所得的触点材料进行性能测试，结果如图4至图7和下表1。其中，图4至图7中，图4为导电率变化曲线图，图5为密度变化曲线图，图6为抗拉强度变化曲线图，图7为硬度变化曲线，图中的A是表示实施例6的产品，B是表示对比例1的产品。
表1
Figure BDA0002855648650000101
从上表1和图4至图7可知，相对于对比例1，本发明的实施例6通过添加了10wt％的纳米银后，密度和导电率都有所提升，材料的电性能向好；延伸率不变，强度和硬度下降，加工性能得到改善。
测试3
将实施例7与对比例2所得的触点线材，镦制成铆钉，对其进行测试，结果如下表2。
表2
Figure BDA0002855648650000111
从上表2可知，相对于对比例2，本发明的实施例7通过添加了20wt％的纳米银后，材料对模具损耗情况有显著改善。
以上实施例中，各材料不限于上述所述的组分，各材料还可以为本发明所记载的其它单个组分或者多种组分组成，并且各材料的组分份数不限于上述份数，各材料的组分份数还可以为本发明所记载的其它组分份数的组合，在此不再赘述。
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AgNi电触头材料，其特征在于，包括如下按质量百分含量计的成分：
Ni粉5％-40％；纳米银3％-10％；Ag粉余量。
2.根据权利要求1所述的AgNi电触头材料，其特征在于，所述Ni粉的平均粒度为1μm-30μm。
3.根据权利要求1所述的AgNi电触头材料，其特征在于，所述纳米银的平均粒度为10nm-100nm。
4.根据权利要求1所述的AgNi电触头材料，其特征在于，所述Ag粉的平均粒度为1μm-100μm。
5.根据权利要求1所述的AgNi电触头材料，其特征在于，所述纳米银与所述Ni粉的重量比为1:3-1:10。
6.一种AgNi电触头材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1：将纳米银与Ni粉按重量比为1:3-1:10投入V型混粉机中，混合0.5h-4h，获得预处理混合粉；
S2：将Ag粉与预处理混合粉分别投入犁铲式混合设备中，混粉0.5h-4h，获得坯料混合粉；
S3：将坯料混合粉在等静压设备中进行等静压成型，压制成锭子；
S4：在保护气下，将压制的锭子进行烧结，烧结时间为2h-4h；将烧结好的锭子加热0.5h-2h，然后挤压并拉丝至所需规格的丝材，最后，丝材再经过冷镦成型，获得所需规格的触点。
7.根据权利要求1所述的AgNi电触头材料，其特征在于，在步骤S3中，等静压成型的操作参数为：压力为50MPa-300 MPa，保压1min-10min。
8.根据权利要求1所述的AgNi电触头材料，其特征在于，在步骤S4中，保护气为氢气或者惰性气体。
9.根据权利要求1所述的AgNi电触头材料，其特征在于，在步骤S4中，烧结的温度为650℃-900℃。
10.根据权利要求1所述的AgNi电触头材料，其特征在于，在步骤S4中，加热的温度为650℃-900℃。
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