CN1154564A - 低压电器用铜基无银触头材料 - Google Patents

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石钢
邵文柱
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本发明提出一种低压电器用铜基无银触头材料，其成分中主要含有金刚石和镧。成分配比(重量百分比)为金刚石：0.01～8％，镉：0.01～3.5％，镧：0.001～2.5％，铜：余量。采用本发明的铜基无银触头材料可在各类低压电工触头上代替银基复合材料，会收到显著的节省贵金属银及降低成本的效果。

Description

低压电器用铜基无银触头材料
本发明提出一种低压电器用铜基无银触头材料。
在现有技术中，低压电器采用的电工触头材料一直是银基Ag-CdO，Ag-SnO等材料，这类材料虽然能够保证在低压电器上使用时具有较好的使用性能，但消耗了大量贵重金属银。近年来，为了减少贵金属银的消耗，制备出便宜、耐用、可靠的无银触头，人们将注意力转向了铜基材料。铜的导电性能仅次于银，但其熔点、热容量及机械性能均比银高。在已有的关于铜基低压电工触头材料的研究结果中，以铜-石墨一镉系材料的性能为最佳。参见原苏联专利939579。其成份配比(重量百分比)为：0.5～0.9％石墨，0.5～1.5％镉，余量为铜。所达到的性能指标如下：密度为8.36g/cm3，硬度为73.2Ga，电阻率为2.5μΩ·cm，但这种材料的强度尚不够高，难以保证低压电器触头工作时的可靠性。除此之外，因此种材料制备的触头在工作时，其耐电弧烧损和抗熔焊性能较低，且表面易于氧化，导致接触电阻不稳定，上述问题的存在使现有的铜基低压电工触头材料难满足低压电器产品标准所规定的指标。
本发明的目的在于提出一种低压电器用铜基无银触材料。该种材料可改善铜基电工触头材料的使用性能，保证在有足够高的硬度和强度的前提下，提高铜基无银触头抗熔焊性能和耐电弧烧损的能力，并增强其抗氧化能力，使接触电阻降低，以提高通路电阻稳定性，达到在低压电器上以铜代银的目的。
本发明所提出的低压电器用铜基无银触头材料的成份配比(重量百分比)为：0.01～8％金刚石，0.01～3.5％镉，0.001～2.5％镧，余量为铜。
通过金刚石粉的加入，加使铜基无银触头材料具有弥散强化的特点，有利于提高触头的强度和硬度，从而提高材料的抗熔焊性，在高温电弧的作用下，一方面触头表面金刚石会吸收大量的电弧能而石墨化，从而缩短了燃弧时间，增强了材料的耐电弧浇损的能力，另一方面，石墨的燃烧所产生的一氧化碳所形成的还原性气氛，可保护触头表面不致于深度氧化。
通过稀土镧的加入，可明显改善触头材料的抗氧化，硫化及大气腐蚀的能力，使触头材料表面膜变薄、变脆且膜电阻率降低，使铜基无银触头材料具有低而且稳定的接触电阻。由于稀土镧的电离能较低，因而易于起弧，但金刚石和镉的强烈灭弧作用，使铜基无银触材料的耐电弧浇损性依然很优越，且镧的均匀分布，使燃弧点增多，能量分散，触头烧损层均匀。
对按本发明的铜-金刚石-镧-镉系列合金成分配制的合金，安装在交、直流接触器、空气开关、继电器等低压电器上，进行电阻性能测试，结果表明，其温升、接通能力，通断能力，热稳定性、机械寿命，电寿命等性能均满足相应低压电器产品标准要求。这说明，按本发明成份配制的铜基无银触头材料的抗熔焊性能、耐电蚀性以及接触电阻稳定性都满足了各类低压电器设计标准的要求。
实施例1：
金刚石为0.01％，镉0.01％，镧0.001％，铜：余量，布氏硬度(kg/mm2)60，密度(g/cm3)8.75，电阻率(μΩ·cm)＜2.01。
实施例2：
金刚石为0.05％，镉0.1％，镧0.005％，铜：余量，布氏硬度(kg/mm2)60，密度(g/cm2)8.72，电阻率(μΩ·cm)＜2.07。
实施例3：
金刚石为0.1％，镉3％，镧0.05％，铜：余量，布氏硬度(kg/mm2)67，密度(g/cm3)8.65，电阻率(μΩ·cm)＜2.45。
实施例4：
金刚石1％，镉0.05％，镧0.1％，铜：余量，布氏硬度(kg/mm2)81，密度(g/cm3)8.60，电阻率(μΩ·cm)＜2.30。
实施例5：
金刚石3％，镉1％，镧0.5％，铜：余量，布氏硬度(kg/mm2)90，密度(g/cm3)8.56，电阻率(μΩ·cm)＜2.34。
实施例6：
金刚石5％，镉2％，镧1.0％，铜：余量，布氏硬度(kg/mm2)105，密度(g/cm3)8.50，电阻率(μΩ·cm)＜2.40。
实施例7：
金刚石8％，镉3.5％，镧2.5％，铜：余量，布氏硬度(kg/mm2)120，密度(g/cm3)8.43，电阻率(μΩ·cm)＜2.50。

Claims (1)

1.一种低压电器铜基无银触头材料，其特征在于：该材料主要由以下成份(重量百分比)组成：
金刚石：0.01～8％
镉    ：0.01～3.5％
镧    ：0.001～2.5％
铜    ：余量
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