CN115961174A - 一种低压电器用动触头材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低压电器用动触头材料及其制备方法，属于低压电器用触头材料领域；用于与传统的银基静触头配合，在长期使用条件下，触头间接触电阻低而稳定，解决了长期使用的条件下，触头间的接触电阻急剧升高，导致产品失效的问题。配方按重量百分数组成如下：β‑Mo2C：40％‑60％；Bi：0.1‑0.5％，余量为Cu。本发明将Cu‑Bi合金渗入到β‑Mo2C/Cu‑Bi的多孔骨架中。本发明具有良好的耐电弧烧损、抗熔焊的优点，是一种价格低廉的动触头材料。本发明制备的触头电阻率小于3.50μΩ·cm，相对密度大于99％。
Description
技术领域
本发明属于低压电器用触头材料领域，具体涉及一种低压电器用动触头材料及其制备方法。
背景技术
触头是塑壳断路器(MCCB)的核心零部件，其性能的优劣直接影响电器的安全性和可靠性。常用的低压塑壳断路器动触头多使用Ag-W、Ag-WC做为触头材料，主要是利用银的导电性和难熔相的高熔点来实现触头的耐电弧烧损。随着时代的发展，断路器的体积越来越小，分断电流越来越高，这就要求触头材料具有更好的耐电弧烧损和抗熔焊能力。目前，塑壳断路器的分断检测过程中，动触头的过度烧损和动静触头的熔焊成了塑壳断路器的主要失效形式。
另外，银存在熔点、沸点较低、价格昂贵等缺点，所以人们一直寻找替代银的触头材料。铜的导电和导热性能仅次于银，价格仅为银的1％左右，是最有可能的代银材料。但是铜在空气中容易和氧反应生成不导电的氧化铜或氧化亚铜，长期使用的条件下，触头间的接触电阻急剧升高，导致产品失效。
发明内容
基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种低压电器用动触头材料，与传统的银基静触头配合，在长期使用条件下，触头间接触电阻低而稳定；同时具有良好耐电弧烧蚀和抗熔焊的特性。
本发明采用如下技术：一种低压电器用动触头材料，配方按重量百分数组成如下：β-Mo2C：40％-60％；Bi：0.1-0.5％，余量为Cu，所述的动触头电阻率小于3.50μΩ·cm。
进一步的，一种低压电器用动触头材料，配方按重量百分数配比如下：β-Mo2C：40％；Bi：0.1％，余量为Cu，所述的动触头电阻率小于2.85μΩ·cm，密度：大于8.92g/cm3。
本发明的另一目的是提供一种β-Mo2C/Cu-Bi触头材料的制备方法，其方法如下：按如上配方，将平均粒度0.5-1μm的β-Mo2C粉与成形剂球磨混合均匀；将混合后的粉料压制成所需的动触头形状；将坯料在保护气氛环境中，1300-1350℃下烧结成多孔骨架；在真空环境下在1200℃将Cu-Bi合金渗入到多孔骨架中；冷却到室温，将触头抛光，制得成品。
进一步的，所述的β-Mo2C粉与成形剂球磨混合，按重量份数比为1000:6。
进一步的，在真空环境下以7℃/分钟的升温速度升温至1200℃，将Cu-Bi合金片放置到烧结好的坯料中熔渗，保温10分钟。
进一步的，将触头抛光加入同等重量的氧化铝磨料抛光1h。
本发明的原理：本发明采用的原料β-Mo2C是一种密排六方晶体结构的耐高温碳化物材料，其熔点为2687K，密度9.18，空气中抗氧化温度达到1500度以上；同时β-Mo2C在高低温都表现出良好的导电性，这样即使基体铜发生氧化，足量的β-Mo2C也能保证触头间接触电阻的低而稳定，与市售的AgWCC类的静触头配合，能够在整个服役期间保持较低的温升，使用从而解决铜基触头的氧化导电问题。并且β-Mo2C与铜有良好的润湿性，这是其他耐高温材料所不能比拟的。在1200度以上的真空环境下，液态铜与β-Mo2C的润湿角为零，这样就能在不添加其他辅助材料的基础上，进行高质量的熔渗。将足量的β-Mo2C烧结成高温骨架后进行熔渗，得到高致密材料，保证了材料的耐电弧烧损能力。由于，Bi在铜中固溶度极小，它们以金属化合物形式存在，分布于晶界，对铜的导电、导热影响不大，同时降低了铜及其合金的塑性加工性能，使铜不会发生熔焊。所以，适量的Bi的添加能够满足材料具有高导电导热的能力，又极大的提高了触头的抗熔焊能力。
本发明的优点及有益效果：本发明的一种低压电器用动触头材料具有良好的耐电弧烧损、抗熔焊的优点，是一种价格低廉的动触头材料。本发明制备的触头电阻率小于3.50μΩ·cm，相对密度大于99％。
附图说明
图1为本发明的动触头材料的金相图。
具体实施方式
下面举例对本发明作进一步说明：
实施例1
一种低压电器用动触头材料，配方按重量百分数配比如下：β-Mo2C：40.0％；Bi：0.1％；铜余量；
1、混粉：称量平均粒度0.5-1μm的β-Mo2C粉10Kg、60克的石蜡粉，放入球磨混粉机中进行混粉4h，球料比是1：1；
2、压制：用压力机将混合均匀的粉料压制成4×6×2mm的坯料，每个坯料重量为0.17g。
3、烧结：坯料放置在石墨料盘上，在氩气保护下，300℃保温0.5小时后，升温至1300℃，保温0.5小时，随炉冷却。
4、熔渗：将熔渗用Cu-Bi合金片0.255g(含有Bi的重量百分数为0.166％)放置在石墨料盘上，之上放置烧结好的坯料放入真空炉中，以7℃/分钟的升温速度升温至1200度进行熔渗，保温10分钟，随炉冷却到室温，全过程保持真空状态。
5、抛光：将熔渗后的零件放入离心光饰机中，并加入同等重量的氧化铝磨料抛光1h。
如图1所示，最终得到的β-Mo2C：40％；Bi：0.1％；铜余量的低压电器用触头；密度：大于8.92g/cm3；电阻率：小于2.85μΩ·cm；应用于额定电流100A的MCCB的动触头，静点采用市售的AgWC22C3的触头，分断50K的电流后，触头磨损小，试后温升小于50K。
实施例2
一种低压电器用动触头材料，配方按重量百分数配比如下：β-Mo2C：60％；Bi：0.5％；铜余量；
1、混粉：称量平均粒度0.5-1μm的β-Mo2C粉10Kg、60克的石蜡粉，放入球磨混粉机中进行混粉4h，球料比是1：1；
2、压制：用压力机将混合均匀的粉料压制成5.5×7×2mm的坯料，每个坯料重量为0.41g；
3、烧结：坯料放置在石墨料盘上，在氩气保护下，300℃保温0.5小时后，升温至1350℃，保温0.5小时，随炉冷却；
4、熔渗：将熔渗用Cu-Bi合金片0.273g(含有Bi的重量百分数为1.25％)放置在石墨料盘上，之上放置烧结好的坯料放入真空炉中，以7℃/分钟的升温速度升温至1200℃进行熔渗，保温10分钟，随炉冷却到室温，全过程保持真空状态；
5、抛光：将熔渗后的零件放入离心光饰机中，并加入同等重量的氧化铝磨料抛光1h；
最终得到的β-Mo2C：60％；Bi：0.5％；铜余量的低压电器用触头；密度：大于8.98g/cm3；电阻率：小于3.45μΩ·cm；应用于额定电流225A的MCCB的动触头，静点采用市售的AgWC12C3的触头，分断50K的电流后，触头磨损小，试后温升小于55K。
实施例3
一种低压电器用动触头材料，配方按重量百分数配比如下：β-Mo2C：50％；Bi：0.3％；铜余量；
1、混粉：称量平均粒度0.5-1μm的β-Mo2C粉10Kg、60克的石蜡粉，放入球磨混粉机中进行混粉4h，球料比是1：1；
2、压制：用压力机将混合均匀的粉料压制成9×10×2mm的坯料，每个坯料重量为0.81g；
3、烧结：坯料放置在石墨料盘上，在氩气保护下，300℃保温0.5小时后，升温至1300度，保温0.5小时，随炉冷却；
4、熔渗：将熔渗用Cu-Bi合金片0.81g(含有Bi的重量百分数为0.6％)放置在石墨料盘上，之上放置烧结好的坯料放入真空炉中，以7℃/分钟的升温速度升温至1200℃进行熔渗，保温10分钟，随炉冷却到室温，全过程保持真空状态；
5、抛光：将熔渗后的零件放入离心光饰机中，并加入同等重量的白刚玉磨料抛光1h；
最终得到的β-Mo2C：50％；Bi：0.2％；铜余量的低压电器用触头：密度：大于8.95g/cm3；电阻率：小于3.3μΩ·cm；应用于额定电流400A的MCCB的动触头，静点采用市售的AgWC12C3的触头，分断50K的电流后，触头磨损小，试后温升小于60K。
Claims (6)
1.一种低压电器用动触头材料，配方按重量百分数配比如下：β-Mo2C：40％-60％；Bi：0.1-0.5％，余量为Cu，所述的动触头电阻率小于3.50μΩ·cm。
2.根据权利要求1所述的一种低压电器用动触头材料，其特征在于：配方按重量百分数配比如下：β-Mo2C：40％；Bi：0.1％，余量为Cu，所述的动触头电阻率小于2.85μΩ·cm，密度：大于8.92g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的一种β-Mo2C/Cu-Bi触头材料的制备方法，其特征在于，方法如下：按配方配比，将平均粒度0.5-1μm的β-Mo2C粉与成形剂球磨混合均匀；将混合后的粉料压制成所需的动触头形状；将坯料在保护气氛环境中，1300-1350℃下烧结成多孔骨架，保温随炉冷却；在真空环境下在1200℃将Cu-Bi合金渗入到多孔骨架中；真空冷却到室温，将触头抛光，制得成品。
4.根据权利要求3所述的一种β-Mo2C/Cu-Bi触头材料的制备方法，其特征在于，所述的β-Mo2C粉与成形剂球磨混合，按重量份数比为1000:6。
5.根据权利要求3所述的一种β-Mo2C/Cu-Bi触头材料的制备方法，其特征在于，将Cu-Bi合金片与烧结好的坯料,在真空环境下以7℃/分钟的升温速度升温至1200℃，进行熔渗，保温10分钟。
6.根据权利要求3所述的一种β-Mo2C/Cu-Bi触头材料的制备方法，其特征在于，将触头抛光加入同等重量的氧化铝磨料抛光1h。
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