CN1624838A - 银锡氧化物电工触头材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了银锡氧化物电工触头材料及其制备方法，能够克服银氧化锡合金加工性能差、质量不稳定等难题。其化学成分(重量比)SnO2为：3％～10％，混合稀土氧化物(Sm2O3、Gd2O3、Y2O3)为：0.1％～2.0％，余量为Ag。制备方法为：将Ag、Sn、混合稀土元素按合金设计成分比例配好，在真空熔炼炉内合金化，通过快速凝固，制备成AgSnRE合金。该合金首先经过挤压、轧制、拉拔、热处理等加工工艺，制备成丝材、板材、异型材或铆钉等制品，再通过制品内氧化方法制备为AgSnO2混合稀土氧化物电工触头材料。可用于交、直流接触器、继电器、控制器、断路器、开关等。

Description

银锡氧化物电工触头材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种银基合金及其制备方法，特别是涉及一种银锡氧化物电工触头材料及其制备方法。
背景技术
银氧化物系列电工触头材料主要有AgCdO、AgSnO2、AgZnO等。AgCdO电工触头材料(含CdO：8％～15％)由于其优良的抗电弧侵蚀性、抗熔焊性和较低的接触电阻，长期以来被称为“最好的电接触材料”。但是由于镉元素及其化合物的存在，在AgCdO材料的生产、使用、回收等过程中都面临着“镉毒”的污染问题。这是由于(1)CdO会聚集在生物体内，如在肾赃、骨骼及血液中，使其毒性增强；(2)对于人类来说，镉及其化合物为第二类毒性化学物质，特别是容易导致肝癌、肺癌等。(3)镉及其化合物在环境中的迁移率很高，很容易传播和扩散，对人体和自然环境具有较大的破坏和污染作用，吸收含镉的烟雾或尘埃超过临界含量时均对人体有害，会引起骨痛病、呼吸道疾病、肾衰竭等，重者危及人体生命。
鉴于AgCdO材料存在的污染环境、危害人体健康等问题，国内外有关行业进行了大量的研究和开发工作。国际上，如德国(Degussa、Doduco、Siemens公司)、英国(JMM公司)、日本(东芝、田中、中外电器、佳友会社)、美国(西屋公司、Fensteel联合公司、Mallory公司)等；国内，如昆明贵金属研究所、桂林电科所、上海电科所、佛山精密电工合金有限公司、苏州电工合金厂、济南电工合金厂等单位，进行了大量卓有成效的工作。
在银氧化物系列电接触材料中，银氧化锡材料是众多代镉材料中较理想的一种，但是AgSn合金内氧化时表面生成致密的SnO2，会阻止合金继续氧化，加入In可以加速合金内氧化，但是In的价格昂贵，资源储备较少，成本较高。而且银氧化锡合金的温升比银氧化镉高，严重地影响了合金的接触电阻和抗熔焊性能。同时，AgSnO2材料加工困难的难题，一直均未得到很好解决。
发明内容
本发明能够解决银氧化锡合金的温升比银氧化镉高，严重地影响了合金的接触电阻和抗熔焊性能问题以及AgSnO2材料加工困难的难题。为此，本发明的银锡氧化物电触头材料的化学成份(重量比)SnO2为：3％～10％，混合稀土氧化物(Sm2O3、Gd2O3、Y2O3)为：0.1％～2.0％，余量为Ag。其中SnO2(重量比)为5％～8％，混合稀土氧化物(Sm2O3、Gd2O3、Y2O3)重量比为：0.08％～1.0％则效果更好。
本发明的银锡氧化物电触头材料的制备方法为：将Ag、Sn、混合稀土元素按合金设计成分比例配好，在真空熔炼炉内合金化，通过快速凝固，制备成AgSnRE合金。该合金首先经过挤压、轧制、拉拔、热处理等加工工艺，制备成丝材、板材、异型材或铆钉等制品，再通过制品内氧化方法制备为AgSnO2混合稀土氧化物电工触头材料。
详细具体制备工艺步骤如下：
(1)将纯度为99.99％的Ag、Sn、混合稀土元素按合金设计成分比例配好，在真空中频熔炼炉内合金化，并且快速凝固浇注。
(2)再将AgSnRE合金锭挤压为板材、丝材，挤压比＞30∶1，挤压温度为500℃～800℃。
(3)挤压材料再经过轧制、拉拔、热处理等工序加工，制备成丝材、板材、异型材或铆钉等制品；轧制、拉拔变形量为30％～70％，热处理温度为500℃～800℃。
(4)根据使用要求，再进行丝材、板材、异型材或铆钉等材料的内氧化，内氧化温度为400℃～800℃，最终制备得AgSnO2混合稀土氧化物电工触头材料。
本发明的银基电工触头材料的物理、力学性能如表1所示。
                         表1.AgSnO2RE2O3合金技术性能指标
序号 材料名称                    性能
密度(g/cm3) 硬度(HV) 电阻率(μm.cm)
    1     AgSnO25RE2O30.5     10.27     78     2.1
    2     AgSnO26RE2O31.0     10.1     95     2.3
    3     AgSnO28RE2O31.5     9.93     120     ＜2.7
    4     AgSnO210RE2O32.0     9.85     135     ＜2.9
(2)本发明的银基电工触头材料在ASTM综合电性能试验机上进行电寿命试验，具体结果如表2所示。
                 表2.AgSnO2RE2O3合金电性能指标
    序号  材料名称   试验条件     工作寿命(＞)
    1  AgSnO25RE2O30.5   AC：220V，10A     5万次
    2  AgSnO26RE2O31.1   DC：24V，10A     8万次
    3  AgSnO28RE2O31.5   AC：220V，20A     10万次
    4  AgSnO210RE2O32.0   AC：380，30A     6万次
本发明选择混合稀土(Sm、Gd、Y)作为添加剂，有效地促进了AgSn合金的内氧化过程，明显地降低了AgSnRE合金的内氧化温度。同时，形成细微的等轴晶粒，稀土元素或稀土氧化物均匀分布于合金晶体的晶内和晶界上，改善了材料的组织结构，提高了材料的抗熔焊性、耐电弧烧损性等，同时对合金材料的塑性和电阻率影响较小。
该工艺技术简单、效率高、成本低，合金晶粒细小、组织均匀、氧化物质点弥散分布，克服了银氧化锡合金加工性能差、质量不稳定等难题，新型电工合金可用于交、直流接触器、继电器、控制器、断路器、开关等。并提供了利用添加混合稀土元素，制品内氧化等先进技术的优化集成，为新型银基电触头材料的制备开辟了新途径。
具体实施方式
实施例1～4为表3中序号1至4号样合金材料配方比例，按照下列步骤方法制得。
(1)将纯度为99.99％的Ag、Sn、混合稀土元素按合金设计成分比例配好，在真空中频熔炼炉内合金化，并且快速凝固浇注。
(2)再将AgSnRE合金锭挤压为板材、丝材，挤压比＞30∶1，挤压温度为500℃～800℃。
(3)挤压材料再经过轧制、拉拔、热处理等工序加工，制备成丝材、板材、异型材或铆钉等制品；轧制、拉拔变形量为30％～70％，热处理温度为500℃～800℃。
(4)根据使用要求，再进行丝材、板材、异型材或铆钉等材料的内氧化，内氧化温度为400℃～800℃，最终制备得AgSnO2混合稀土氧化物电工触头材料。
               表3实施例1～4合金材料配方比例
序号 材料名称 SnO2 混合稀土(Sm2O3、Gd2O3、Y2O3) Ag
    1     AgSnO25RE2O30.5     5     0.5 余量
    2     AgSnO26RE2O31.0     6     1.0 余量
    3     AgSnO28RE2O31.5     8     1.5 余量
    4     AgSnO210RE2O32.0     10     2.0 余量

Claims (5)

1、一种银锡氧化物电触头材料，其特征在于这种材料的化学成份(重量比)SnO2为：3％～10％，混合稀土氧化物为：0.1％～2.0％，余量为Ag。
2、根据权利要求1所述的银锡氧化物电触头材料，其特征在于所述的混合稀土氧化物为Sm2O3、Gd2O3、Y2O3的混合物。
3、根据权利要求1所述的银锡氧化物电触头材料，其特征在于所述的SnO2(重量比)为5％～8％。
4、根据权利要求1所述的银锡氧化物电触头材料，其特征在于所述的混合稀土氧化物的重量比为：0.08％～1.0％。
5、根据权利要求1所述的银锡氧化物电触头材料的制备方法，其特征在于这种方法的具体步骤为：
(1)将纯度为99.99％的Ag、Sn、混合稀土元素按合金设计成分比例配好，在真空中频熔炼炉内合金化，并且快速凝固浇注。
(2)再将AgSnRE合金锭挤压为板材、丝材，挤压比＞30∶1，挤压温度为500℃～800℃。
(3)挤压材料再经过轧制、拉拔、热处理等加工，制备成丝材、板材、异型材或铆钉等制品；轧制、拉拔变形量为30％～70％，热处理温度为500℃～800℃。
(4)根据使用要求，再进行丝材、板材、异型材或铆钉等材料的内氧化，内氧化温度为400℃～800℃，最终制备得AgSnO2混合稀土氧化物电工触头材料。
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