CN115537594B

CN115537594B - 一种银基电触头材料及其制备方法

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Publication number: CN115537594B
Application number: CN202211331824.8A
Authority: CN
Inventors: 朱流; 邵玲; 薛娜; 李微微; 涂志标; 张继堂; 史新星
Original assignee: Taizhou Huimo Technology Co ltd; Taizhou University
Current assignee: Taizhou Huimo Technology Co ltd; Taizhou University
Priority date: 2022-10-28
Filing date: 2022-10-28
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2042-10-28
Also published as: NL2035223B1; NL2035223A; CN115537594A

Abstract

本发明属于电触头材料技术领域，本发明提供了一种银基电触头材料及其制备方法。将银、氧化锡、氧化铟和氧化碲混合后进行喷涂，得到银基电触头材料。本发明提供的银基电触头材料致密度达到97.28％，电阻率低至2.51μΩ·cm，硬度达到103HV，电弧能量达到545mJ(1000次)，熔焊力达到38g(1000次)。在本发明的喷涂温度下，大大减少了银的挥发，不会有过多的热量传递到铜基体表面，克服了铜基座的高温变形现象；喷涂过程中不需要高温热源，从而大大降低了设备成本，提高了安全性，适于在线加工；此外，在制备工艺中可以回收和再次利用涂层粉末，不需要后续压力加工和焊接的过程，进一步达到了节银的目的。

Description

一种银基电触头材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电触头材料技术领域，尤其涉及一种银基电触头材料及其制备方法。

背景技术

电触头材料是承载电流转换装置中必不可少的触头元件组成，负担接通、断开电控电路和负载电路电流的任务，应用于各种轻重负荷的高低压电器、家用电器、汽车电器和航空航天电器，其材质决定了开关的开断能力和电接触的可靠性。银基电触头材料作为研究与应用最广泛的电接触材料，具有良好的耐磨损、抗熔焊性、导电性以及接触电阻小的特点。目前，低压开关电器中一类重要触头材料是银基合金触头材料，尤其是继电器、断路器和接触器这些量大面广的电器几乎全部采用银基电触头材料，其中AgSnO₂In₂O₃材料被广泛应用于通用继电器、工业控制继电器以及车载继电器。银是一种稀缺的贵重金属，在生产制造过程达到节银对于银基电接触材料具有重要的经济意义和科学价值。

目前，AgSnO₂In₂O₃银基合金触头材料的生产主要有粉末冶金技术和内氧化技术，其中粉末冶金技术主要通过高温烧结法和熔渗法。高温烧结法是将几种金属或金属氧化物混合均匀，之后在还原或真空气氛中高温加热致密化。熔渗法是将除银以外的其它组元烧结成型，然后将银熔化，在高压或真空的条件下使银熔液渗入其它组元的骨架或粉末中，之后凝固形成合金触头材料。但是，这两种工艺方法都要在1000℃甚至更高的温度下长时间加热，会造成银的挥发损失。内氧化技术是将固溶体合金板/丝或粉末在含氧气氛下进行热处理，氧扩散到合金中与溶质元素发生反应形成相应的氧化物颗粒，并均匀分布在基体金属中。内氧化技术制备的合金铸锭会存在氧化不充分、氧化物团聚或分布不均、Ag渗析、改性相添加受限等问题。同时，上述制备AgSnO₂In₂O₃银基合金触头材料的方法还需要经过后续的压力加工过程，如挤压、轧制、拉丝与打铆钉的工序，造成大量余料，制作完成的银基触头还要采用银基焊料才能焊接在铜底座上，这些过程消耗了大量的贵金属银。因此，提供一种高效率、低成本制备银基电触头材料的方法成为当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种银基电触头材料及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种银基电触头材料的制备方法，包含下列步骤：

将银、氧化锡、氧化铟和氧化碲混合后进行喷涂，得到所述的银基电触头材料。

作为优选，所述银基电触头材料中银的质量分数为85.5～90％，氧化锡的质量分数为6～8.35％，氧化铟的质量分数为4～6.15％，氧化碲的质量分数为0～0.8％。

作为优选，所述银、氧化锡、氧化铟和氧化碲的粒径独立地为20～50μm。

作为优选，所述混合的转速为15～30r/min，所述混合的时间为30～90min。

作为优选，所述喷涂的气体温度为600～700℃，所述喷涂的气体压力为3～5MPa。

作为优选，所述喷涂的喷涂距离为10～30mm。

作为优选，所述喷涂的行走速度为20～80mm/s，所述喷涂的涂层厚度为300～2000μm。

本发明还提供了所述制备方法得到的银基电触头材料。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种银基电触头材料的制备方法，将银、氧化锡、氧化铟和氧化碲混合后进行喷涂，得到银基电触头材料。本发明提供的制备方法简单，生产周期短，成本低，反应条件温和，可操作性强，适宜规模化生产，能够减少设备的投入和降低生产中的风险。

(2)本发明中所用喷涂为冷喷涂工艺，与传统的热喷涂工艺最大的区别是颗粒加热程度不同导致其撞击工件表面之前的状态不同。在热喷涂过程中，一般需要将粉末加热到熔融或半熔融状态。而在冷喷涂工艺中，为了达到对颗粒的加速效果，有时也对加速气体进行预热处理，但一般温度较低(不超过900℃)，这样粉末颗粒仍保持固态。相比于热喷涂技术，冷喷涂技术具有的优点有：(a)喷涂速率和沉积效率高；(b)涂层的显微组织结构与原始材料保持一致，可以避免材料发生氧化、相变等现象；(c)对基体热影响小；(d)涂层残余应力为压应力，适合制备具有一定形状和尺寸的材料；(e)涂层结合强度高且孔隙率较低；对环境无污染，是一种环境友好型绿色喷涂技术。

(3)在本发明的喷涂温度下，大大减少了银的挥发，没有过多的热量传递到铜基体的表面，减少了热应力，从而克服了铜基座的高温变形；喷涂过程不需要高温热源，大大降低了喷涂的设备成本，提高了工作过程的安全性，适于在线加工；此外，在本发明的喷涂过程中，可以回收和再次利用涂层粉末，大大节约了喷涂成本，并且不需要后续压力加工和焊接的过程，进一步达到了节银的目的。

(4)本发明提供的银基电触头材料，致密度达到97.28％，电阻率低至2.51μΩ·cm，硬度达到103HV，电触头材料使用1000次后电弧能量可达545mJ，熔焊力可达38g。

附图说明

图1为银基电触头材料的制备流程示意图。

具体实施方式

在本发明中，所述银基电触头材料中银的质量分数优选为85.5～90％，进一步优选为86.5～89％，更优选为87.5～88％；氧化锡的质量分数优选为6～8.35％，进一步优选为6.5～8％，更优选为7～7.5％；氧化铟的质量分数优选为4～6.15％，进一步优选为4.5～5.95％，更优选为5～5.5％；氧化碲的质量分数优选为0～0.8％，进一步优选为0.2～0.6％，更优选为0.3～0.5％。

在本发明中，所述银、氧化锡、氧化铟和氧化碲的粒径独立地优选为20～50μm，进一步优选为25～45μm，更优选为30～40μm。

在本发明中，所述混合的装置为V型混粉机、三维混粉机或二维混粉机；其中，V型混粉机利用V形筒及搅拌叶片同时转动，使得银、氧化锡、氧化铟和氧化碲粉末产生紊乱翻滚的混合，从而实现快速均匀混合获得混合粉末。

在本发明中，所述混合的转速优选为15～30r/min，进一步优选为18～27r/min，更优选为20～25r/min；所述混合的时间优选为30～90min，进一步优选为40～80min，更优选为50～70min。

在本发明中，混合完成后，首先对混合粉末进行干燥，然后将干燥后的粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，进行喷涂。

在本发明中，所述干燥的温度优选为40～80℃，进一步优选为50～70℃，更优选为55～65℃；所述干燥的时间优选为2～6h，进一步优选为3～5h，更优选为3.5～4.5h。

在本发明中，所述喷涂的气体为氮气、空气、氩气或氦气；所述喷涂的气体温度优选为600～700℃，进一步优选为620～680℃，更优选为640～660℃；所述喷涂的气体压力优选为3～5MPa，进一步优选为3.2～4.8MPa，更优选为3.5～4.5MPa。

在本发明中，所述喷涂的接收装置优选为铜基座，所述喷涂的喷涂距离优选为10～30mm，进一步优选为15～25mm，更优选为18～22mm。

在本发明中，混合粉末在高压气体的作用下，碰撞铜基座发生塑性变形，进而沉积在铜基座表面形成银基电触头材料。

在本发明中，所述铜基座在使用前优选进行预处理，所述预处理包含下列步骤：对铜基座顺次进行喷砂处理、超声清洗和干燥，完成铜基座的预处理。

在本发明中，所述喷砂处理、超声清洗和干燥的操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的喷砂处理、超声清洗和干燥的操作即可。

在本发明中，所述喷砂处理的进气压力优选为0.6～0.8MPa，进一步优选为0.65～0.75MPa，更优选为0.68～0.72MPa；所述喷砂处理的压力优选为0.2～0.4MPa，进一步优选为0.25～0.35MPa，更优选为0.27～0.33MPa；所述超声清洗的溶剂为乙醇或丙酮，所述超声清洗的频率优选为40～80kHz，进一步优选为50～70kHz，更优选为55～65kHz；所述超声清洗的时间优选为10～60min，进一步优选为15～40min，更优选为20～30min；所述干燥的设备优选为压缩空气吹干器，所述干燥的温度优选为40～80℃，进一步优选为50～70℃，更优选为55～65℃；所述干燥的时间优选为2～6h，进一步优选为3～5h，更优选为3.5～4.5h。

在本发明中，对铜基座进行预处理能够去除基座表面的氧化膜，增加铜基座和银基触头材料涂层之间的附着力，涂层孔隙率低，涂层致密，利于形成优质的银基电触头材料。

在本发明中，所述喷涂的行走速度优选为20～80mm/s，进一步优选为30～70mm/s，更优选为40～60mm/s；所述喷涂的涂层厚度优选为300～2000μm，进一步优选为500～1800μm，更优选为900～1300μm。

在本发明中，喷涂结束后，将银基电触头材料直接使用或进行退火后再使用。

在本发明中，所述退火的温度优选为700～950℃，进一步优选为750～900℃，更优选为800～850℃；所述退火的时间优选为30～60min，进一步优选为40～50min，更优选为42～48min。

本发明还提供了所述制备方法得到的银基电触头材料。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

按照银基电触头材料的成分配比(即质量分数为85.5％的银、8.35％的氧化锡、5.35％的氧化铟、0.8％的氧化碲)，将粒径均为35μm的上述原料粉末放入V型混粉机，以25r/min的转速均匀混合60min，然后将混合粉末在60℃下干燥4h；将铜基座进行喷砂处理，设置喷砂处理的进气压力为0.7MPa，喷砂处理的压力为0.3MPa，结束后放入乙醇溶剂中在60kHz下超声处理25min，再在60℃下干燥4h；将干燥后的粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，采用温度为600℃，压力为4MPa的氦气进行喷涂，设置喷涂接收装置为预处理完成的铜基座，控制喷涂的喷涂距离为20mm，行走速度为50mm/s，最后得到厚度为800μm的银基电触头材料，具体制备的流程图如图1所示。

将本实施例得到的银基电触头材料在700℃下退火60min，测试银基电触头材料的性能，得到的结果如表1所示。

表1实施例1银基电触头材料的性能测试结果

实施例2

按照银基电触头材料的成分配比(即质量分数为88％的银、7％的氧化锡、5％的氧化铟)，其中银的粒径为30μm，氧化锡的粒径为29μm，氧化铟的粒径为33μm，将上述原料粉末放入三维混粉机，以20r/min的转速均匀混合70min，然后将混合粉末在50℃下干燥5h；将铜基座进行喷砂处理，设置喷砂处理的进气压力为0.75MPa，喷砂处理的压力为0.32MPa，结束后放入丙酮溶剂中在65kHz下超声处理20min，再在55℃下干燥4.5h；将干燥后的粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，采用温度为650℃，压力为3MPa的氩气进行喷涂，设置喷涂接收装置为预处理完成的铜基座，控制喷涂的喷涂距离为22mm，行走速度为65mm/s，最后得到厚度为1100μm的银基电触头材料。

将本实施例得到的银基电触头材料直接使用，测试银基电触头材料的性能，得到的结果如表2所示。

表2实施例2银基电触头材料的性能测试结果

实施例3

按照银基电触头材料的成分配比(即质量分数为89％的银、6％的氧化锡、4.9％的氧化铟、0.1％的氧化碲)，其中银和氧化锡的粒径均为39μm，氧化铟和氧化碲的粒径均为42μm，将上述原料粉末放入二维混粉机，以28r/min的转速均匀混合55min，然后将混合粉末在65℃下干燥3h；将铜基座进行喷砂处理，设置喷砂处理的进气压力为0.67MPa，喷砂处理的压力为0.29MPa，结束后放入乙醇溶剂中在55kHz下超声处理30min，再在65℃下干燥3.5h；将干燥后的粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，采用温度为680℃，压力为5MPa的氮气进行喷涂，设置喷涂接收装置为预处理完成的铜基座，控制喷涂的喷涂距离为17mm，行走速度为45mm/s，最后得到厚度为600μm的银基电触头材料。

将本实施例得到的银基电触头材料在900℃下退火35min，测试银基电触头材料的性能，得到的结果如表3所示。

表3实施例3银基电触头材料的性能测试结果

由以上实施例可知，本发明提供的银基电触头材料，致密度达到97.28％，电阻率低至2.51μΩ·cm，硬度达到103HV，电触头材料使用1000次后电弧能量可达545mJ，熔焊力可达38g。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，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

1.一种银基电触头材料的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：

将银、氧化锡、氧化铟和氧化碲混合后进行喷涂，得到所述的银基电触头材料；

所述银基电触头材料中银的质量分数为85.5～90％，氧化锡的质量分数为6～8.35％，氧化铟的质量分数为4～6.15％，氧化碲的质量分数为0～0.8％；

所述银、氧化锡、氧化铟和氧化碲的粒径独立地为20～50μm；

所述喷涂的气体温度为600～700℃，所述喷涂的行走速度为20～80mm/s。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合的转速为15～30r/min，所述混合的时间为30～90min。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述喷涂的气体压力为3～5MPa。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述喷涂的喷涂距离为10～30mm。

5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述喷涂的涂层厚度为300～2000μm。

6.权利要求1～5任意一项所述制备方法得到的银基电触头材料。