CN115637349A - 一种银氧化锡电接触材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种银氧化锡电接触材料及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：首先使用熔炼法制备银锡合金溶液，然后经雾化‑氧化一体设备得到氧化后的银氧化锡粉体，再使用等静压成型为合金坯锭，再使用振荡压力烧结（OPS）法将锭子进行致密化，最后经热挤压、拉拔等工序，得到成品丝材。通过使用雾化‑氧化一体设备对粉体进行加工，相比传统工艺，其工艺流程缩短，所得氧化物颗粒更加细小均匀，制成的电接触材料具备更优越的电性能；在烧结时使用振荡压力烧结法，对锭子致密化的过程产生活化效果，并显著抑制晶粒生长，降低了氧化物颗粒尺寸差异，获得更加均匀的显微组织，提升了材料的致密性，所得材料的加工性能比传统雾化‑普通烧结工艺更好。

Description

一种银氧化锡电接触材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电工材料制造领域，具体是一种银氧化锡电接触材料及其制备方法。

背景技术

银基电接触材料具有优良的导电性和导热性，由于纯银硬度低，抗电磨损性较差的缘故，通常需要在银基体中添加其它添加物来增强其材料的电性能，如触点的抗熔焊性，电寿命以及耐电弧烧损等。银氧化锡（AgSnO₂）就是其中一种，其具有较好的抗熔焊性和抗烧损性，可应用于大电流的继电器和接触器开关中。目前制备AgSnO₂的主要方法有合金内氧化法和雾化法，以上工艺所制作的电接触材料中均存在氧化物颗粒分布不均匀，颗粒尺寸大小不一，导致丝材在加工时容易出现断裂，在铆钉触点成型时出现银层裂纹等异常，影响了材料的成材率，在触点服役时会出现粘结等现象，降低了材料的使用性能，从而增加了成本。

通过相关文献检索，检索到的制备银氧化锡材料的专利文献如下所示：

专利 CN104498763B，一种银氧化锡氧化物电触头材料的加工方法，使用化学法得到氧化银、氧化锡和其它氧化物粉体，并将氧化物粉均匀地分布在氧化银中，改善了现有技术中添加物分布不均匀的问题，使得所得电触头材料具有均匀的金相组织；同时，该发明采用氢氧化钠作为沉淀剂，可以减少对人体和环境的危害；另一方面，通过添加氧化物粉，不但提高了银氧化锡触头的抗熔焊性能和耐电弧侵蚀性能，而且还能有效降低银氧化锡触头的电阻率和温升，从而使所得触头材料具有优良的电性能。

专利CN111663087B一种晶须增强银氧化锡电接触合金的制备方法，其使用了化学方法进行制备，通过还原剂制备，烘干，球磨得到银氧化锡粉，后续使用常规的材料烧结，挤压得到银氧化锡丝材。

传统的化学沉积法是使用还原剂将银离子还原为银单质，并沉积到氧化物表面上，最终经过等静压成型，热挤压，拉拔工序成型为电接触材料，或使用特殊添加剂的方式，使得材料中各组分分布均匀。雾化工艺是将合金熔体通过空气或冷却水雾化成粉末，再经过粉体氧化工艺制成合金氧化物粉末，最终将粉末压制成型做成电接触材料；而合金内氧化法是通过合金熔炼和合金氧化来制备电接触材料的，但由于传统的工艺中在制备合金材料时由于成型过程及烧结过程存在着加热不均匀，且加热时间较长，导致材料的加工性、电寿命变差，以及较长的生产时间导致的高成本，因此需要对现有电接触材料制作工艺进行改进。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种银氧化锡电接触材料及其制备方法，本发明所采取的技术方案如下：

一种银氧化锡电接触材料的制备方法，包括步骤如下：

（1）银锡合金溶液的制备：按照银锡合金的配方，将银板，锡锭，铟锭及其它添加物加入熔炼炉坩埚中，进行熔炼，并得到银锡合金粉；

（2）银氧化锡合金粉的制备：使用气雾化-氧化一体设备，将步骤（1）得到的合金溶液进行水雾化，所使用的氧气压力为20-50MPa，氧化温度为400-600℃，氧化氧气压力为0.5-1.2MPa，氧化时间为6-12h；

（3）冷等静压：将步骤（2）得到的粉体加入橡胶包套中，设置压力为120-220MPa，保压时间为60-150s，保压结束后将银氧化锡胚锭取出；

（4）OPS烧结：将步骤（3）中得到的柱状胚锭放进OPS设备中，加热温度设置为500-700℃，压力振幅设置为20-40MPa，频率为20-50Hz，烧结时间设置为2-8h；

（5）挤压：将烧结好的AgSnO₂锭子进行加热，加热温度为700-800℃，加热时间3-5小时，然后使用挤压机成型为Φ6mm规格的丝材；

（6）拉拔；根据拉拔工艺，通过中频拉丝机将Φ6mm的丝材拉成Φ1.6mm的丝材。

上述振荡压力烧结（OPS）技术为现有技术，其基本原理是在一个比较大的恒定压力作用下，叠加一个频率和振幅均可调的振荡压力，将传统烧结中施加的“死力”变为“活力”。

进一步的，所述添加物为In₂O₃、CuO、Li₂O、NiO、In₂O₃稀土中的一种或多种。

进一步的，所述银、锡以及添加物的组份，以重量百分比计算，Ag85.5~93.5wt.%，SnO₂ 4.5~8.5wt.%，In₂O₃ 1.5~4.5wt.%，CuO 0.5-1.5wt%。

进一步的，所使用的气雾化-氧化一体设备包括熔炼-雾化装置、氧化工作炉，该设备中熔炼-雾化装置为纵向放置，熔炼好的合金液经高压氧气喷嘴的冲击，变为细小的粉状颗粒，落入设置于其下部的氧化工作炉胆中，其中炉胆内部设有梨铲内臂，用于对氧化后粉体进行翻动。

进一步的，所述银氧化锡粉体制备工艺中的粉体转运速度为5-10mm/s。

进一步的，所述银氧化锡粉体制备工艺中采用螺旋进料装置，所述螺旋进料装置转速为15-35rad/min。

进一步的，所述OPS烧结工艺中的加热温度为500-700℃，压力振幅为20-40MPa，频率为20-50Hz，烧结时间为2-8h；

进一步的，所述热拉拔工艺中的中频拉丝机的工艺参数为拉丝速度3.0-4.0Hz，电流强度8-10A。

还提供一种如上所述的银氧化锡电接触材料的制备方法所制备的银氧化锡电接触材料。

本发明的有益效果如下：本发明将传统的烧结方式更改为OPS振荡压力烧结，优化了传统工艺的生产流程，缩短了生产时间，降低生产成本，同时使用OPS烧结法，通过在烧结过程中使用振荡的压力，活化了烧结过程，提升材料致密性，并抑制了晶粒的长大，相比于传统的电阻式加热法，可以得到内部颗粒尺寸均一的细晶粒纤维结构，颗粒分布均匀，内部空隙少，同时填补了传统加热烧结法的致密性不足的问题，因而具有更好的延展性和韧性，即材料的加工性能比传统烧结工艺更好。经过本发明工艺制备的电接触材料，组织分布均匀，无氧化物聚集存在，材料加工性能较好，并且所制得的电接触材料在一定电流条件下寿命达到10万次以上，具有较好的抗熔焊性，抗烧损能力。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述。

一种银氧化锡电接触材料及其制备方法，包括步骤如下：

实施例1：

（1）银锡合金溶液的制备：按照银锡合金的配方，Ag85.5wt.%，SnO₂ 8.5wt.%，In₂O₃4.5wt.%，CuO 1.5wt%，将银板，锡锭，铟锭及其它原材料加入熔炼炉坩埚中，进行熔炼，并得到银锡合金粉；

（2）银氧化锡合金粉的制备：使用气雾化-氧化一体设备，将上一步得到的合金溶液进行水雾化，所使用的气雾化氧气压力为50MPa，氧化温度为400℃，氧化氧气压力为1.2MPa，氧化时间为8h；

（3）冷等静压：将步骤（2）得到的粉体加入橡胶包套中，设置压力为120MPa，保压时间为150s，保压结束后将银氧化锡胚锭取出；

（4）OPS烧结：将步骤（3）中得到的柱状胚锭放进OPS设备中，加热温度设置为700℃，压力振幅设置为20MPa，频率为40Hz，烧结时间设置为6h；

（5）挤压：将烧结好的AgSnO₂锭子进行加热，加热温度为700℃，加热时间3小时，然后使用挤压机成型为Φ6mm规格的丝材；

（6）拉拔；根据拉拔工艺，通过中频拉丝机将Φ6mm的丝材拉成Φ1.6mm的丝材。

实施例2：

与实施例1的不同在于投入的原料含量不同，按照1次10kg进行配置，投入配方比例为Ag 86wt.%，SnO₂ 7wt.%，In₂O₃ 3.5wt.%，CuO 1.5wt%。

实施例3：

与实施例1和实施例2的区别在于投入的原料含量不同，按照1次10kg进行配置，其中Ag 86.5wt.%，SnO₂ 7.5wt.%，In₂O₃ 4.5wt.%，CuO 1.5wt%。

利用上述方法做成AgSnO₂/Cu铆钉触点进行模拟电性能实验，铆钉规格为动触点R4.2x1.5（0.5）+2.6x1.7SR15，静触点F4.2x1.5（0.5）+2.6x1.2。模拟电性能实验条件如下：250VAC、5A，闭合力100g，分断力60g，接触频率90次/分钟；20VDC、9A，闭合力100g，分断力50g，接触频率90次/分钟，实验结果见表1。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种银氧化锡电接触材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）银锡合金溶液的制备：按照银锡合金的配方，将银，锡，铟及其他添加物进行熔炼，并得到银锡合金溶液；

（2）银氧化锡合金粉的制备：将步骤（1）得到的合金溶液进行气雾化、氧化得到粉体；

（3）冷等静压：将步骤（2）得到的粉体加入包套中，保压结束后得到银氧化锡坯锭；

（4）OPS烧结：将步骤（3）中得到的银氧化锡坯锭进行振荡压力烧结；

（5）将步骤（4）中烧结好的银氧化锡进行加热，然后使用挤压机成型。

2.根据权利要求1所述的一种银氧化锡电接触材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述其他添加物为氧化铋、氧化铜、氧化镍、氧化锂、氧化铟、稀土中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种银氧化锡电接触材料及其制备方法，其特征在于：所述银、锡以及其它添加物的具体组份为Ag 85.5~93.5wt%；SnO₂ 4.5~8.5wt%； In₂O₃ 1.5~4.5wt%；CuO 0.5-1.5wt%。

4.根据权利要求1所述的一种银氧化锡电接触材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，使用气雾化-氧化设备进行气雾化，所述气雾化-氧化设备包括熔炼-雾化装置、氧化工作炉，该设备中熔炼-雾化装置为纵向排列设置，熔炼好的合金液经高压氧气喷嘴的冲击，变为细小的粉状颗粒，落入设置于其下部的氧化工作炉胆中，所述氧化工作炉的炉胆内部设有梨铲内臂，用于对氧化后粉体进行翻动。

5.根据权利要求1所述的一种银氧化锡电接触材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，在气雾化过程中，氧气压力为20-50MPa；氧化步骤中，氧化温度为400-600℃，氧气压力为0.5-1.2MPa，氧化时间为6-12h。

6.根据权利要求1所述的一种银氧化锡电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，冷等静压的压力为120-220MPa，保压时间为60-150s。

7.根据权利要求1所述的一种银氧化锡电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述振荡压力烧结的加热温度设置为500-700℃，压力振幅设置为20-40MPa，频率为20-50Hz，烧结时间设置为2-8h。

8.根据权利要求1所述的一种银氧化锡电接触材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，加热时间3-5小时，挤压锭温度为700-800℃。

9.如权利要求1-8任一项所述的银氧化锡电接触材料的制备方法所制备的银氧化锡电接触材料。