CN1547228A - 银基合金电接触材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及银基合金电接触材料及其制备方法。银基合金电接触材料重量％成分为：Sm：0.1～1.3，Ni：10～20，余量为Ag。发明制备方法通过真空或保护气氛熔炼按比例配好的Ag、Sm，之后快速雾化凝固制粉，再按一定比例与Ni粉混合机械合金化，经压制成型，真空烧结，挤压加工成丝材、板材、复合铆钉等。电接触材料具有晶粒细小，组织均匀，加工性能优良，抗熔焊性强，耐磨性好，抗电弧烧损能力强和接触电阻低而稳定的特点，可用于交直流接触器、继电器、控制器、断路器等。发明的制备方法工艺简单、效率高、环保无污染。

Description

银基合金电接触材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种银基合金及其制备方法，特别是用做电接触材料的银基合金及其制备方法。
背景技术
高性能电工合金是当今高技术新型电器的材料基础，主要用于低压电器、汽车电器、家用电器等领域。随着高技术新材料的发展，低压电器正朝着小型化、多功能、多规格、环保的方向发展。目前，大量使用的银基电工合金主要是：(1)银氧化物系列，如AgCdO、AgSnO2、AgZnO等。(2)银金属系列，如AgNi、AgCu、AgW、AgCe等。上述材料中，AgCdO和AgSnO2是较为理想的材料。
银氧化镉电工合金(含CdO5～15％)由于其良好的塑性、低而稳定的接触电阻，可应用于继电器、控制器、断路器以及各种电流等级的接触器。但是镉的毒性很大，对自然环境具有较严重的污染作用，人体吸入过多的含镉烟雾或尘埃，会导致多种疾病。2003年2月13日欧盟议会及理事会通过《关于在电子设备中禁止使用某些有害物质指令》和《报废电子电气指令》。这两个指令对电子电气制品制造回收提出了更高的环保要求，限制电子电气产品中铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯和溴化联苯乙醚等有害物质的使用。银氧化镉电工合金面临被淘汰的的前景，因而急待开发出新型的代用材料。
银氧化锡材料是众多代镉材料中较理想的一种。日本、德国、英国、美国等工业发达国家采用内氧化法制备出AgSnO2材料，但是AgSn合金内氧化时表面生成致密的SnO2，阻止合金继续氧化。加入In可以加速合金内氧化，但是In价格昂贵，储量少，成本较高。而且银氧化锡合金在实际使用中的触头温升比银氧化镉高，严重地影响合金的接触电阻和抗熔焊性能。
银氧化镉和银氧化锡电工合金通常用于工作电压1～1000V，工作电流1～1000A的低压电器、汽车电器和家用电器等行业中的继电器、断路器、交直流接触器和开关等。试验表明，在AC-3试验条件下，交流接触器使用规范中，当负荷功率大于55KW时，银氧化锡的性能较为优异。
国内传统制备银基电工合金的方法是熔铸法、化学共沉淀法制粉再机械混粉、合金内氧化法等，以及烧结和挤压加工。上述现有银基电工合金制备方法工艺技术成本高，其获得的AgSnO2材料很脆，加工困难，接触电阻高，抗熔焊能力差。因此，国内使用的AgSnO2材料仍依赖进口。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于电接触材料领域的银基合金，该合金加工性优良，接触电阻低，抗熔焊能力强。
本发明另一个目的是提供电接触材料用银基合金的制备方法。
本发明目的一的银基合金电接触材料，重量％成分为：Sm0.1～1.3，Ni10～20，余量为Ag。
实现本发明目的二的银基合金电接触材料制备方法，包括下列顺序工艺步骤：
①真空6.63×10-3Pa或氩气保护，1000～1200℃熔炼按重量比Ag∶Sm∶Ni＝78.7～89.9∶0.1～1.3∶10～20配制好的Ag、Sm；
②将步骤①所得AgSm熔融态液体雾化成粉末；
③将步骤②得到的AgSm合金粉末与Ni粉按重量比Ag∶Sm∶Ni＝78.7～89.9∶0.1～1.3∶10～20混合，之后机械合金化；
④在150MPa～300MPa压强下将步骤③得到的合金粉末压制成型；
⑤在800℃～930℃温度范围内10-2Pa真空或氩气保护下烧结步骤④得到的坯锭；
⑥采用挤压、拉拔、轧制和冷锻等冷加工手段将步骤⑤得到坯锭制成棒材、片材、带材或板材等半成品，再按使用要求加工为丝材、带材、板材、片材等成品。
采用下列优选工艺条件，可以获得性能更好的电接触材料。优选步骤②雾化冷却速率为105～106K/S；步骤③Ag、Sm合金粉末与Ni粉的粒度分别为：1μm≤AgSm合金粉末粒度≤70μm和1μm≤Ni粉粒度≤45μm。
本发明采用快速凝固制粉、压制、真空烧结和挤压等技术开发的银钐镍合金电接触材料中，Sm元素的固溶度很高。Sm在合金中形成新的强化相，均匀弥散分布于合金晶体的晶内和晶界上，有效的细化了晶粒组织，减少了稀土的偏聚，从而改善了材料组织结构。由于Ag和Sm之间的电负性差别，有利于形成金属间化合物(Ag2Sm)，提高材料的耐磨性，降低材料损耗。另外，Sm和Ni的熔点比Ag高，Ag2Sm有两次共晶反应，在电弧作用下，将分解汽化，在电场中形成笼罩在接点部位的电离气团，起到灭弧作用，同时减少了银的挥发和转移，增强了材料的耐电弧烧损和抗溶焊能力。
另外，Ni高温下可以大量溶解于弧根处产生的银熔体中，冷却后沉积于银基体中形成均匀弥散分布，形成这种结构后，降低了材料的侵蚀率，熔融银与镍构成的分散体系会减小液态金属的喷溅，有利于降低因喷溅引起的材料损耗。当Ni含量增加时会使接触电阻增加，耐电弧腐蚀性能增加。因此，恰当的Ni含量能够实现接触电阻和耐电腐蚀性能的最佳结合。本发明选择的Ni含量范围10～20有效地实现了这两个功能的结合。
本发明的合金材料，在电压直流25V/交流220V、电流15A、触头闭合力为100克、分断力75克、试验频率为105次/分钟，触点直径为2.88mm条件下考核3万次，触头材料磨损量为1.3毫克。在交流电压220V、电流25A、触头闭合力为100克、分断力75克、试验频率为105次/分钟，触点直径为2.88mm条件下考核3万次，触头材料磨损量为5.9毫克。与现行的AgCdO、AgSnO2合金材料相比较，其电阻率低、磨损少、抗电弧烧损能力强。同现用银基合金触点材料比较，本发明的合金材料显著地降低了合金中的Ag含量，节约了银材。
本发明方法具有工艺简便、成本低廉和对环境无污染的特点。采用其制备的AgSmNi合金电接触材料成分分布均匀、晶粒组织微细、机械加工性能优异。
实施方式
①按重量比Ag∶Sm∶Ni＝78.7～89.9∶0.1～1.3∶10～20分别称取金属纯度为99.95％以上的Ag、Sm，于真空6.63×10-3Pa或氩气氛中，1000～1200℃熔炼。②将所得Ag、Sm熔融态液体雾化成粉末。雾化使用“贵金属及其合金粉末的制备方法及装置，专利申请号：00104536.9”，雾化冷却速率为105～106K/S，离心转盘速率为5000～10000r/min，冷却介质为水。③选用粒度分别为：1μm≤AgSm合金粉末粒度≤70μm、1μm≤Ni粉粒度≤45μm的AgSm合金粉末与Ni粉，按重量比Ag∶Sm∶Ni＝78.7～89.9∶0.1～1.3∶10～20混合，之后采用高能球磨实现机械合金化。④在150MPa～300MPa压强下，将步骤③得到的合金粉末压制成型。⑤在800℃～930℃温度范围内，10-2Pa真空或氩气保护下，烧结步骤④得到的坯锭。⑥采用挤压、拉拔、轧制和冷锻等冷加工手段将步骤⑤得到坯锭制成棒材、片材、带材或板材等半成品，再按使用要求加工为丝材、带材、板材、片材等成品。本发明的银钐镍电接触材料与传统的电接触材料工艺特性及材料性能如表1、表2。本发明使用的Ag、Sm、Ni原材料纯度为99.95％以上。
表1、熔铸法、混粉法和快速凝固法制备的合金特性比较
    合金特性                  制备方法
    熔铸法     混粉法  快速凝固法
    化学成分     偏析     较均匀     均匀
    显微组织     粗大     粗大     微细
    机械性能     中等     良好     优异
    制做工艺     简单     复杂     简单
    制做成本     低     高   接近熔铸法
2、AgSmNi与国内外AgSnO2、AgCdO系列材料的物理力学及电性能比较
材料来源    制造工艺   密度g/cm3    硬度HV(Mpa)     电阻率(μΩ.cm)
    国产   AgCdO12   内氧化     10.2     92.5     2.2
  AgCdO15   内氧化     10.1     95.3     2.16
  AgSnO2(10.5)   内氧化     10.1     119     2.52
  AgSnO2(14)   内氧化     9.9     123     3.05
    日本产   AgSnO2(15)   内氧化     9.85     124     -
  西德   Degussa   AgSnO2(8)   粉末冶金     10.1     69     2.00
  Doduco   AgSnO2(10)   粉末冶金     9.9     89     2.11
    英国产JJM   AgCdO10   内氧化     10.2     84     2.05
  AgCdO15   粉末预氧化     10.0     -     2.25
    本发明电接触材料   AgSm0.3Ni10   快速凝固     10.32     76     1.91
  AgSm0.3Ni15   快速凝固     10.17     86     2.02
  AgSm0.3Ni20   快速凝固     10.08     91     2.13
  AgSm1.0Ni10   快速凝固     10.22     82     1.97
  AgSm1.1Ni15   快速凝固     10.10     94     2.1
  AgSm1.1Ni20   快速凝固     9.96     110     2.3

Claims (4)

1.银基合金电接触材料，其成分(重量％)为：Sm0.1～1.3，Ni10～20，余量为Ag。
2.权利要求1所述银基合金电接触材料的制备方法，依次包括下列工艺步骤：
①真空6.63×10-3Pa或氩气保护，1000～1200℃熔炼按重量比Ag∶Sm∶Ni＝78.7～89.9∶0.1～1.3∶10～20配制好的Ag、Sm；
②将步骤①所得AgSm熔融态液体雾化成粉末；
③将步骤②得到的AgSm合金粉末与Ni粉按重量比Ag∶Sm∶Ni＝78.7～89.9∶0.1～1.3∶10～20混合，之后机械合金化；
④在150MPa～300MPa压强下将步骤③得到的合金粉末压制成型；
⑤在800℃～930℃温度范围内10-2Pa真空或氩气保护下烧结步骤④得到的坯锭；
⑥采用冷加工手段将步骤⑤得到的坯锭制成板材等半成品和丝材等成品。
3.根据权利要求2所述的银基合金电接触材料制备方法，其特征在于步骤③所述AgSm合金粉末与Ni粉的粒度分别为：1μm≤AgSm合金粉末粒度≤70μm、1μm≤Ni粉粒度≤45μm。
4.根据权利要求2所述的银基合金电接触材料制备方法，其特征在于步骤②所述雾化冷却速率为105～106K/S。
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