CN114457253B - 一种用于微动开关的银镍-氧化铋材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于微动开关的银镍‑氧化铋材料及其制造方法。本发明所述银镍‑氧化铋材料，以质量百分比计，包含如下组分：10～20％镍粉、0.04～0.09％氧化铋粗粉，余量为银粉。本发明以银镍合金为基并添加适量氧化铋，所制备的材料在开关20‑100安培额定电流过程中显示出较低的熔接倾向性，具有较低的过热温度，在开关装置AG3负载情况下，具有类似于银‑氧化镉的工作寿命，本发明所述材料的制备工艺经济性好，并且便于改进。

Description

一种用于微动开关的银镍-氧化铋材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及开关材料制备技术领域，特别涉及一种用于微动开关的银镍-氧化铋材料及其制造方法。
背景技术
银/金属与银/金属氧化物复合材料已经证明可用于制造低压开关装置中的电触点。作为银/金属复合材料，使用最广泛的是银/镍合金，银是基体，镍是强化相，其具有良好的导电性能、导热性能、静态接触电阻低而稳定以及加工性能良好等特点。然而，当工作电流超过20A时，银镍合金的抗熔焊性能与耐电弧烧蚀性能均变差，因此该合金材料主要应用在小电流等级的继电器、接触器及微动开关。在中强电流情况下，直到几年前唯一使用的几乎都是银-氧化镉，然而由于镉元素会造成环境的污染，越来越倾向于用其它氧化物代替氧化镉。
国内外研究表明，由于氧化锡具有较高的热稳定性，银-氧化锡合金材料相比于银-氧化镉具有较小的烧损率，在开关装置中具有更长的工作寿命。但是，由于银与氧化锡的润湿性较差，触头间的接触电阻较大，温升较高，只适用于对接触电阻、温升要求不太严格的中、大电流等级的继电器、接触器等低压电器中，且由于氧化锡的硬度和脆性较高，会使得银-氧化锡合金的塑性和延展性较差。因此，添加剂的含量受到限制且产品的成品率较低、制造成本较高，其应用也受到一定限制。
目前国内外大都采用在银镍合金中添加一种或几种添加剂的方法，以提高银镍合金的抗熔焊性能和耐电磨损性能。添加剂的主要类型主要有高强度高熔点的金属或其碳化物、稀土金属和氧化物等。专利CN101831571B给出了一种通过添加碳化钽并采用球磨、压制、烧结、复压、退火的工艺方法，提高银镍基电触头材料的抗熔焊性，耐电弧烧损能力和电寿命。但是以粉末混合-球磨的方式制备材料存在材料成分偏析、添加剂分布不均匀、添加剂颗粒粗大、容易带入杂质、加工性能明显下降的风险。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于微动开关的银镍-氧化铋材料及其制造方法。本发明以银镍合金为基并添加适量氧化铋，所制备的材料在开关 20-100安培额定电流过程中显示出尽可能低的熔接倾向性，具有较低的过热温度，在开关装置AG3负载情况下，具有类似于银-氧化镉的工作寿命，本发明所述材料的制备工艺经济性好，并且便于改进。
本发明的技术方案如下：
一种银镍-氧化铋材料，以质量百分比计，包含如下组分：10～20％镍粉、 0.04～0.09％氧化铋粗粉，余量为银粉。
进一步地，所述镍粉的粒径为1.3～20μm。
进一步地，所述银粉的粒径为0.5～10μm。
进一步地，所述氧化铋粗粉中粒径大于1μm的氧化铋粉的质量比≥70％。
一种所述银镍-氧化铋材料的制造方法，包括如下步骤：
(1)将氧化铋粉末煅烧得到氧化铋粗粉；
(2)按质量百分比，将0.04～0.09％步骤(1)制备的氧化铋粗粉与10～20％镍粉及银粉混合得到混合金属粉末；
(3)将步骤(2)制备的混合金属粉末模压、烧结、挤压得到银镍-氧化铋材料。
进一步地，步骤(1)中，所述煅烧的温度为700～1400℃，时间为5～20h。
进一步地，步骤(2)中，所述混合的时间为1～20h。
进一步地，步骤(3)中，所述模压的压力为200～500MPa；所述烧结的温度为550～980℃，时间为2～10h。
进一步地，步骤(3)中，所述挤压的温度为400～800℃。
一种所述银镍-氧化铋材料的应用，所述银镍-氧化铋材料用于微动开关。
本发明有益的技术效果在于：
(1)本发明所述材料含有10-20％的镍粉，0.04-0.09％的氧化铋粗粉，其余是银粉。本发明采用粗化的氧化铋粉末与银合金粉末相混合的设计，并结合粉末冶金与挤压技术相结合的方法，获得具有更低的电阻率和更加优良的力学性能的电触点材料，并且在低电流范围内，这种材料显示出突出的工作寿命，同时过热温度一直处于100℃以下。
(2)本发明通过首先将氧化铋粉末进行高温退火使粒径粗化后，再通过粉末混合、粉末混合物冷静压、经550-980℃烧结与挤压形成线材或型材，采用这种方法可以极大地提高材料性能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种用于微动开关的银镍-氧化铋材料，以质量百分比计，包含如下组分：15％镍粉、0.05％氧化铋粗粉，余量为银粉。
所述镍粉的粒径为1.3μm；所述银粉的粒径为10μm。
所述氧化铋是将氧化铋粉末置于空气中于1000℃煅烧20h得到，所述氧化铋中粒径大于1μm的氧化铋粉的比例为80％。
所述银镍-氧化铋材料的制造方法包括如下步骤：
(1)氧化铋粗化处理：将氧化铋粉末置于煅烧炉中于1000℃空气气氛下煅烧20h，得到氧化铋粗粉；
(2)按质量百分比，将0.05％步骤(1)制备的氧化铋粗粉与15％镍粉、84.95％银粉混合10h，所有粉末粒径均小于60微米；
(3)于300MPa等静压压力下进行模压形成柱材，于750℃烧结2小时；于400℃挤压得到银镍-氧化铋材料。
本实施例制备的材料表面光洁，无裂纹、起皮、波浪状和划痕等缺陷。
实施例2
一种用于微动开关的银镍-氧化铋材料，以质量百分比计，包含如下组分：17％镍粉、0.08％氧化铋粗粉，余量为银粉。
所述镍粉的粒径为20μm；所述银粉的粒径为0.5μm。
所述氧化铋是将氧化铋粉末置于空气中于1200℃煅烧15h得到，所述氧化铋中粒径大于1μm的氧化铋粉的比例为82％。
所述银镍-氧化铋材料的制造方法包括如下步骤：
(1)氧化铋粗化处理：将氧化铋粉末置于煅烧炉中于1200℃空气气氛下煅烧15h，得到氧化铋粗粉；
(2)将0.08％步骤(1)制备的氧化铋粗粉与17％镍粉、82.92％银粉混合20h，所有粉末粒径均小于60微米；
(3)于400MPa等静压压力下进行模压形成柱材，于800℃烧结4小时； 600℃挤压得到银镍-氧化铋材料。
实施例3
一种用于微动开关的银镍-氧化铋材料，以质量百分比计，包含如下组分：10％镍粉、0.04％氧化铋粗粉，余量为银粉。
所述镍粉的粒径为10μm；所述银粉的粒径为5μm。
所述氧化铋是将氧化铋粉末置于空气中于700℃煅烧15h得到，所述氧化铋中粒径大于1μm的氧化铋粉的比例为82％。
所述银镍-氧化铋材料的制造方法包括如下步骤：
(1)氧化铋粗化处理：将氧化铋粉末置于煅烧炉中于1200℃空气气氛下煅烧15h，得到氧化铋粗粉；
(2)将0.08％步骤(1)制备的氧化铋粗粉与17％镍粉、82.92％银粉混合1h，所有粉末粒径均小于60微米；
(3)于200MPa等静压压力下进行模压形成柱材，于550℃烧结10小时； 800℃挤压得到银镍-氧化铋材料。
实施例4
一种用于微动开关的银镍-氧化铋材料，以质量百分比计，包含如下组分：20％镍粉、0.09％氧化铋粗粉，余量为银粉。
所述镍粉的粒径为10μm；所述银粉的粒径为5μm。
所述氧化铋是将氧化铋粉末置于空气中于1400℃煅烧5h得到，所述氧化铋中粒径大于1μm的氧化铋粉的比例为70％。
所述银镍-氧化铋材料的制造方法包括如下步骤：
(1)氧化铋粗化处理：将氧化铋粉末置于煅烧炉中于1200℃空气气氛下煅烧15h，得到氧化铋粗粉；
(2)将0.08％步骤(1)制备的氧化铋粗粉与17％镍粉、82.92％银粉混合10h，所有粉末粒径均小于60微米；
(3)于500MPa等静压压力下进行模压形成柱材，于980℃烧结4小时； 500℃挤压得到银镍-氧化铋材料。
对比例：
一种用于微动开关的银镍-氧化铋材料，以质量百分比计，包含如下组分：30％镍粉、2.2％氧化铋粗粉，余量为银粉。
所述镍粉的粒径为20μm；所述银粉的粒径为10μm。
所述氧化铋是将氧化铋粉末置于空气中于200℃煅烧40h得到，所述氧化铋中粒径大于1μm的氧化铋粉的比例小于30％。
所述银镍-氧化铋材料的制造方法包括如下步骤：
(1)氧化铋粗化处理：将氧化铋粉末置于煅烧炉中于200℃空气气氛下煅烧40h，得到氧化铋粗粉；
(2)将步骤(1)制备的氧化铋粗粉与镍粉、银粉混合，所有粉末粒径均小于60微米；
(3)于400MPa等静压压力下进行模压形成柱材，于800℃烧结4小时； 500℃挤压得到银镍-氧化铋材料。
测试例：
取实施例1-2制备的银镍-氧化铋材料，对每扎线材任取5点进行测量，测其线径、电阻率及断后伸延伸率和抗拉强度，结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003445185490000051
由表1可知，本发明实施例1-2制备的材料的抗拉强度和断后延伸率较优。在额定电流约为50A的商用开关装置中，本发明实施例1-2的材料用于开关装置，均可达到2百万次开关循环工作寿命。该工作寿命明显地超过至今已知银- 氧化锡材料的工作寿命。本发明实施例1-2制备的材料的过热温度没有临界值，均值明显低于100℃。
实施例1的材料断后延伸率为≥1.5％，抗拉强度为320-340MPa，实施例2 的材料断后延伸率为≥1.3％，抗拉强度为330-370MPa，可见实施例1-2制备的材料的抗拉强度明显高于纯银镍合金的抗拉强度。
测试实施例1-2制备的材料的硬度，实施例1的材料硬度为HV70-90，实施例2材料硬度为HV90-110，相比与纯银镍合金其硬度也得到明显提升；取1米实施例1-2制备的线材在两端分别固定，正向扭转9圈，反向扭7圈后线材不会断裂。对比例制备的材料很难进行加工，其力学性能也明显下降，开关工作寿命相比本发明明显降低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种银镍-氧化铋材料，其特征在于，以质量百分比计，包含如下组分：10～20％镍粉、0.04～0.09％氧化铋粗粉，余量为银粉；所述镍粉的粒径为1.3～20μm；所述银粉的粒径为0.5～10μm；所述氧化铋粗粉中粒径大于1μm的氧化铋粉的质量比≥70％；
所述银镍-氧化铋材料的制造方法包括如下步骤：
(1)将氧化铋粉末煅烧得到氧化铋粗粉；
(2)按质量百分比，将0.04～0.09％步骤(1)制备的氧化铋粗粉与10～20％镍粉及银粉混合得到混合金属粉末；
(3)将步骤(2)制备的混合金属粉末模压、烧结、挤压得到银镍-氧化铋材料。
2.根据权利要求1所述的银镍-氧化铋材料，其特征在于，步骤(1)中，所述煅烧的温度为700～1400℃，时间为5～20h。
3.根据权利要求1所述的银镍-氧化铋材料，其特征在于，步骤(2)中，所述混合的时间为1～20h。
4.根据权利要求1所述的银镍-氧化铋材料，其特征在于，步骤(3)中，所述模压的压力为200～500MPa；所述烧结的温度为550～980℃，时间为2～10h。
5.根据权利要求1所述的银镍-氧化铋材料，其特征在于，步骤(3)中，所述挤压的温度为400～800℃。
6.一种权利要求1-5任一项所述银镍-氧化铋材料的应用，其特征在于，所述银镍-氧化铋材料用于微动开关。
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