PL231729B1 - Kompozyt, zwłaszcza na styki elektryczne i sposób wytwarzania kompozytu - Google Patents
Kompozyt, zwłaszcza na styki elektryczne i sposób wytwarzania kompozytuInfo
- Publication number
- PL231729B1 PL231729B1 PL406726A PL40672613A PL231729B1 PL 231729 B1 PL231729 B1 PL 231729B1 PL 406726 A PL406726 A PL 406726A PL 40672613 A PL40672613 A PL 40672613A PL 231729 B1 PL231729 B1 PL 231729B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- composite
- silver
- powder
- phase
- plastic deformation
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 73
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 41
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 37
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 30
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 28
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 19
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 8
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 34
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 9
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 4
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ASMQPJTXPYCZBL-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Cd+2].[Ag+] Chemical compound [O-2].[Cd+2].[Ag+] ASMQPJTXPYCZBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N cadmium oxide Inorganic materials [Cd]=O CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Cd+2] CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- MOFOBJHOKRNACT-UHFFFAOYSA-N nickel silver Chemical compound [Ni].[Ag] MOFOBJHOKRNACT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- ZXSQEZNORDWBGZ-UHFFFAOYSA-N 1,3-dihydropyrrolo[2,3-b]pyridin-2-one Chemical compound C1=CN=C2NC(=O)CC2=C1 ZXSQEZNORDWBGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- ZUVOYUDQAUHLLG-OLXYHTOASA-L disilver;(2r,3r)-2,3-dihydroxybutanedioate Chemical compound [Ag+].[Ag+].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O ZUVOYUDQAUHLLG-OLXYHTOASA-L 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- CQLFBEKRDQMJLZ-UHFFFAOYSA-M silver acetate Chemical compound [Ag+].CC([O-])=O CQLFBEKRDQMJLZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229940071536 silver acetate Drugs 0.000 description 1
- LKZMBDSASOBTPN-UHFFFAOYSA-L silver carbonate Substances [Ag].[O-]C([O-])=O LKZMBDSASOBTPN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001958 silver carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest kompozyt, zwłaszcza na styki elektryczne i sposób wytwarzania kompozytu. Kompozyt ten może znaleźć zastosowanie w elektrotechnice i elektronice na styki elektryczne przełączników, przekaźników oraz przewody.
Kompozyty na osnowie srebra najczęściej wytwarzane są przez mieszanie proszku srebra z innymi metalami, niemetalami lub tlenkami metali. Mieszaniny proszków zwykle są spiekane w wysokiej temperaturze, korzystnie z zastosowaniem naprężeń ściskających. Zachodzący podczas spiekania proces dyfuzji prowadzi do konsolidacji spiekanych materiałów. Niestety proces spiekania proszków jest zabiegiem czasochłonnym i w jego wyniku można uzyskać wypraski o niewielkich gabarytach i nieskomplikowanym kształcie. Kiedy spiekanie prowadzi się w atmosferze powietrza dochodzi do rozkładu tlenku srebra pokrywającego proszek, a powstający tlen zostaje zamknięty w materiale powodując jego porowatość. Prowadzenie tego procesu w atmosferze redukcyjnej wodoru także powoduje niejednorodność i deformację powstających spieków w wyniku powstawania pary wodnej. Ponadto w spiekanych materiałach procesy dyfuzji mogą prowadzić do powstania porowatości związanej z efektem Kirkendalla.
Z opisu patentowego PL 45264 znany jest sposób wytwarzania styków elektrycznych srebro - grafit. Sposób ten polega na prasowaniu mieszaniny proszków srebra i grafitu w matrycach stalowych pod ciśnieniem od 3 do 3,2 T/cm2. Prasówki następnie spieka się w atmosferze wodorowej w temperaturze 850°C przez 2,5 godziny.
Inny opis patentowy PL 46062 przedstawia sposób wytwarzania styków elektrycznych z mieszaniny srebro - tlenek kadmu, polegający na tym, że mieszaninę proszku srebra i tlenku kadmu prasuje się w matrycach stalowych pod ciśnieniem od 3 do 5 T/cm2 i następnie spieka prasówki w temperaturze 700°C przez 1,5 do 2 godzin.
Znany z polskiego opisu patentowego PL 45263 sposób wytwarzania styków elektrycznych srebro - nikiel obejmuje mieszanie i następnie prasowanie mieszaniny pod ciśnieniem od 2 do 2,2 T/cm2 oraz spiekanie proszków Ag i Ni w temperaturze 850°C przez 2,5 godziny w atmosferze wodoru.
Kolejny opis patentowy PL 156711 przedstawia kompozyt na styki elektryczne zawierający srebro, żelazo oraz inne dodatki. Kompozyt otrzymuje się znanym sposobem metalurgii proszków.
W opisie patentowym PL 144832 przedstawiono sposób wytwarzania spiekanych kompozytów polegający na wymieszaniu składnika zawierającego srebro tj. tlenek srebra i/lub węglan srebra i/lub winian srebra i/lub octan srebra z składnikiem zawierającym wolfram tj. wolframian amonu i/lub kwas wolframowy i/lub proszek wolframu metalicznego. Mieszaninę poddaje się procesowi współredukcji w atmosferze gazu redukującego, korzystnie wodoru, w temperaturze około 900°C, po czym uformowane i spieczone wypraski dosyca się płynnym srebrem.
Opis patentowy PL 150727 ujawnia kompozyt na styki stanowiący związek metalu trudnotopliwego, korzystnie wolframu lub molibdenu, z fazą łatwo topliwą, dobrze przewodzącą, korzystnie miedzią, srebrem lub ich stopami, z tym, że faza łatwo topliwa zawiera dodatek jednego lub kilku metali tworzących z głównym składnikiem, w strefie i czasie działania łuku elektrycznego, roztwór ciekły wykazujący ujemne odchylenie od prawa Raoulta.
Znany jest też sposób wytwarzania kompozytów z materiałów na osnowie srebra drogą utleniania wewnętrznego. Metoda ta polega na długotrwałym wyżarzaniu stopu srebra z łatwo utleniającym się metalem w wysokiej temperaturze, zwykle w atmosferze z dużą zawartością tlenu. Tlen dyfunduje do wnętrza stopu i reaguje z dodatkiem stopowym, w wyniku czego powstają drobne tlenki w osnowie srebra. Główną wadą tej metody jest to, że dyfuzja jest bardzo wolna, dlatego proces utleniania wewnętrznego jest długotrwały i energochłonny. Ponadto, rozkład tlenków jest bardzo niejednorodny, gdyż na powierzchni materiału powstaje największa ich ilość i szybko maleje w kierunku środka.
Z opisu patentowego PL165438 znany jest sposób wytwarzania tlenkowego materiału stykowego polegający na sprowadzeniu tlenkowego materiału do stanu, w którym współistnieje faza stała i faza ciekła. Opisywane równomierne rozmieszczenie, skrócenie czasu wytwarzania i zwiększenie wydajności osiąga się dzięki temu, że szybkość dyfuzji tlenu jest znacznie większa, gdy równocześnie koegzystują faza stała i faza ciekła.
W opisie patentowym PL 137714 ujawniono kompozyty na styki elektryczne ze srebra, tlenku cyny oraz innych tlenków metali, przy czym wyroby kompozytowe uzyskuje się drogą metalurgii proszków lub utleniania wewnętrznego.
W opisie patentowym PL 120065 przedstawiono sposób wytwarzania spiekanych styków elektrycznych srebro - nikiel i srebro - tlenek kadmu poprzez obróbkę plastyczną. Sposób ten polega na
PL 231 729 B1 tym, że jednorodną mieszaninę proszku srebra zawierającą do 40% wagowych niklu lub do 20% wagowych tlenku kadmu prasuje się pod naciskiem do od 100 do 1000 MPa, spieka w temperaturze od 400 do 900°C i następnie spieczoną wypraskę poddaje się procesowi przeróbki plastycznej polegającej na wyciskaniu na gorąco kształtek w postaci prętów, płaskowników lub drutów. Uzyskane pręty, płaskowniki lub druty poddaje się przeciąganiu lub bezpośrednio przerabia na gotowe styki znanymi sposobami.
W stosowanych dotąd kompozytach na osnowie srebra na styki elektryczne i w gotowych stykach elektrycznych z nich uzyskanych, fazą umacniającą są tlenki bądź metale trudnotopliwe. Powszechnie jednak wiadomo, że tlenki metali nie są dobrymi przewodnikami prądu elektrycznego, dlatego zastosowanie tlenków, jako fazy umacniającej znacznie obniża przewodność elektryczną kompozytów na osnowie srebra. Natomiast zastosowanie metali trudnotopliwych, jako fazy umacniającej, często nie powoduje wystarczającego umocnienia. Ponadto, wytwarzanie wyrobów kompozytowych drogą metalurgii proszków często powoduje porowatość, która znacznie pogarsza właściwości użytkowe styków elektrycznych (twardość, wytrzymałość, przewodność elektryczna).
W literaturze naukowej (np. Gryziecki J., Sobota J., Włoch G. „Kompozyty na osnowie srebra konsolidowane w wyniku intensywnego odkształcenia plastycznego”: Materiały konferencyjne, IX Konferencja Metale Szlachetne, Łopuszna, 17-19 września 2010 r.) opisywane są sposoby uzyskiwania litych materiałów kompozytowych na drodze konsolidacji proszków poprzez poddanie ich odkształceniu plastycznemu pod wysokim ciśnieniem i w podwyższonej temperaturze, podczas którego powstają kohezyjne wiązania pomiędzy poszczególnymi krystalitami. Metoda ta pozwala na zwiększenie wydajności produkcji poprzez wyeliminowanie procesu spiekania i zapewnia otrzymanie skonsolidowanych wyrobów o dosyć dużym skomplikowaniu kształtu w porównaniu do klasycznych metod metalurgii proszków i o lepszych właściwościach użytkowych.
Celem wynalazku jest opracowanie kompozytu, zwłaszcza na styki elektryczne, który odznaczałby się brakiem porowatości i lepszymi właściwościami fizycznymi i mechanicznymi oraz opracowanie sposobu wytwarzania takiego kompozytu.
Według wynalazku, kompozyt, zwłaszcza na styki elektryczne, zawierający, skonsolidowany metodą odkształcenia plastycznego, proszek srebra, charakteryzuje się tym, że oprócz srebra zawiera aluminium w ilości od 0,1 do 35% wagowych, a struktura kompozytu zawiera fazę srebra oraz roztwór wtórny na osnowie fazy międzymetalicznej Ag2AI i/lub Ag3AI.
Struktura kompozytu może też zawierać fazę aluminium.
Według wynalazku, sposób wytwarzania kompozytu, zwłaszcza na styki elektryczne, w którym mieszaninę proszku na osnowie srebra poddaje się konsolidacji poprzez odkształcenie plastyczne, charakteryzuje się tym, że mieszaninę proszku wytwarza się z proszku srebra i od 0,1 do 35% wagowych proszku aluminium, a konsolidację mieszaniny proszku przeprowadza się poprzez odkształcanie plastyczne w temperaturze od 300°C do 560°C, doprowadzając do utworzenia litego kompozytu zawierającego co najmniej fazę srebra oraz roztwór wtórny na osnowie fazy międzymetalicznej Ag2AI i/lub Ag3AI.
Odkształcanie plastyczne mieszaniny proszku przeprowadza się korzystnie poprzez wyciskanie na prasie.
Przed odkształcaniem plastycznym mieszaninę proszków srebra i aluminium prasuje się wstępnie w matrycy pod naciskiem od 100 do 700 MPa.
Wytworzony kompozyt tnie się i/lub przerabia plastycznie do uzyskania wyrobu o żądanym kształcie i wymiarach.
Wytworzony kompozyt wyżarza się w temperaturze od 200°C do 560°C, przez co najmniej 5 minut.
Kompozyt według wynalazku cechuje się korzystnymi właściwościami użytkowymi dzięki obecności w jego strukturze faz na osnowie związków międzymetalicznych Ag-AI. Zastosowanie dodatku proszku aluminium do bazowego proszku srebra oraz konsolidowanie mieszaniny proszków poprzez odkształcenie plastyczne prowadzone w określonym zakresie temperatur sprawia, że w materiale nie występuje porowatość, a tworzące się fazy na osnowie związków międzymetalicznych, występujące w kompozycie Ag-AI, skutecznie umacniają kompozyt pozwalając uzyskać materiał o wysokich własnościach wytrzymałościowych, doskonały zwłaszcza do zastosowania na styki elektryczne.
Przedmiot wynalazku zostanie opisany w przykładzie realizacji z odniesieniem do dołączonego rysunku, na którym: Fig. 1 przedstawia dwuskładnikowy układ równowagi Ag-AI; Fig. 2 przedstawia mikrostrukturę próbek pobranych z kompozytu, ukształtowanego poprzez wyciskanie w temperaturze 400°C, widzianą pod mikroskopem SEM, powiększenie 50x: a - przekrój poprzeczny, b - przekrój
PL 231 729 B1 wzdłużny; Fig. 3 przedstawia mikrostrukturę próbek pobranych z kompozytu, ukształtowanego poprzez wyciskanie w temperaturze 400°C, widzianą pod mikroskopem optycznym, powiększenie 500x: a - przekrój poprzeczny, b - przekrój wzdłużny; Fig. 4 przedstawia zależność wzrostu twardości od czasu wyżarzania kompozytu w temperaturze 400°C; Fig. 5 przedstawia powiększony widok mikrostruktury kompozytu, dla której przeprowadzono punktową analizę składu chemicznego; Fig. 6 jest wynikiem rentgenowskiej analizy fazowej kompozytu o strukturze przedstawionej na Fig. 5.
U podstaw niniejszego wynalazku leży stwierdzenie, że związki międzymetaliczne zwykle są twarde i jednocześnie dobrze przewodzą prąd elektryczny. Dlatego zastosowanie ich, jako fazy umacniającej w kompozytach wytwarzanych z proszków metali znacznie podnosi ich wytrzymałość, jednocześnie nie powodując dużego spadku przewodności elektrycznej wyrobów, co jest pożądane zwłaszcza w zastosowaniach w przemyśle elektrotechnicznym. Związki międzymetaliczne o korzystnych właściwościach są tworzone przez srebro Ag i aluminium Al. Na Fig. 1 przedstawiono dwuskładnikowy układ równowagi Ag-AI wskazujący zakresy występowania roztworów wtórnych na osnowie związków międzymetalicznych tych dwóch pierwiastków.
Na tej podstawie opracowano kompozyt, który według wynalazku zawiera, mieszaninę srebra będącego składnikiem bazowym i aluminium w ilości od 0,1 do 35% wagowych. Struktura kompozytu zawiera fazę srebra oraz roztwór wtórny na osnowie fazy międzymetalicznej Ag2AI i/lub Ag3AI.
Kompozyt może też zawierać fazę aluminium jako składnik strukturalny.
Mikrostrukturę tego kompozytu obserwowaną za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego przy powiększeniu 50x przedstawiono na Fig. 2a, 2b, a przy powiększeniu 500x na Fig. 3a, 3b.
Struktura kompozytu według wynalazku, przedstawiona na Fig. 2a, 2b i Fig. 3a, 3b, wskazuje na równomierne rozmieszczenie składników strukturalnych, to jest fazy Ag, oznaczonej jako A, fazy Al, oznaczonej jako C, i roztworu wtórnego na osnowie fazy międzymetalicznej, oznaczonego jako B, rozmieszczonego na granicach faz Al i Ag. Składniki strukturalne są wydłużone w kierunku odkształcenia plastycznego kompozytu wskutek konsolidowania proszków Ag i Al poprzez obróbkę plastyczną.
Kompozyt według wynalazku jest wytwarzany sposobem, w którym w pierwszym etapie wytwarza się mieszaninę proszku srebra z proszkiem aluminium. Mieszanina proszków srebra i aluminium zawiera Al w ilości od 0,1 do 35% wagowych, co, zgodnie z układem Ag-AI pokazanym na Fig. 1, pozwala na tworzenie się roztworów wtórnych na osnowie faz międzymetalicznych 5-Ag2AI oraz pAg3AI.
Przygotowaną mieszaninę proszków Ag i Al poddaje się odkształceniu plastycznemu, korzystnie poprzez wyciskanie, w temperaturze w zakresie od 300°C do 560°C. Stosowanie wyciskania jako metody konsolidacji proszków w wyniku odkształcenia plastycznego pozwala uzyskać materiał lity, bez widocznej porowatości, z równomiernym rozmieszczeniem składników strukturalnych. Wyciskanie jest prowadzone na prasie. W celu ułatwienia doprowadzania mieszaniny proszków do prasy, przed odkształcaniem plastycznym mieszaninę proszków srebra i aluminium opcjonalnie poddaje się prasowaniu wstępnemu w matrycy, pod ciśnieniem od 100 do 700 MPa.
Podczas etapu odkształcania plastycznego mieszaniny proszku Ag i Al o wskazanych powyżej proporcjach i we wskazanym zakresie temperatur, na granicy fazowej pomiędzy fazami srebra Ag i aluminium Al tworzy się roztwór wtórny δ na osnowie związku międzymetalicznego Ag2AI. Ponadto, powstaje także niewielka ilość innego roztworu wtórnego μ na osnowie związku międzymetalicznego Ag3AI. Fazy międzymetaliczne, tworzące się podczas wyciskania proszkowych składników mieszaniny proszków Ag i Al, skutecznie umacniają kompozyt pozwalając uzyskać materiał o wysokich własnościach wytrzymałościowych (Rm=490 MPa, R02=440 MPa, HV2=135).
Według wynalazku, zakres temperatur, w których prowadzi się konsolidujące odkształcenie plastyczne jest dobrany optymalnie dla uzyskania litego kompozytu, w którym występują roztwory wtórne na osnowie faz międzymetalicznych Ag2AI i Ag3AI.
Stwierdzono, że roztwory wtórne na osnowie faz międzymetalicznych Ag2AI i Ag3Al tworzą się w temperaturze z zakresu 300°C do 560°C. W temperaturze niższej niż 300°C procesy dyfuzyjne będą na tyle wolne, że powstawanie roztworów wtórnych na osnowie faz międzymetalicznych Ag i Al jest bardzo utrudnione. Z kolei prowadzenie odkształcenia plastycznego proszków Ag i Al w temperaturze powyżej 560°C powoduje nadtopienie materiału.
Niska zawartość Al w składzie kompozytu, drobniejszy proszek Al, wyższa temperatura odkształcenia plastycznego, niższa prędkość odkształcenia plastycznego sprzyjają temu, że większa ilość Al wchodzi w skład roztworów wtórnych. W niektórych przypadkach może dojść do sytuacji, że faza Al nie wystąpi w gotowym kompozycie. Istotne jest, aby w strukturze kompozytu było zawarte srebro (będące
PL 231 729 Β1 dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego) i roztwór wtórny/roztwory wtórne (które umacniają kompozyt).
W celu uzyskania dodatkowego wzmocnienia kompozytu po procesie odkształcania plastycznego opcjonalnie poddaje się go wyżarzaniu w temperaturze z zakresu od 200°C do 560°C, a korzystnie w temperaturze 400°C, przez co najmniej 5 minut.
Efekt umocnienie kompozytu wskutek tego wyżarzania jest uwidoczniony na Fig. 4. Przypuszcza się, że poprawa właściwości wytrzymałościowych tego kompozytu jest spowodowana tym, że roztwory wtórne zwiększają swój udział objętościowy w kompozycie, a co się z tym wiąże powodują większe utwardzenie.
Przykład
Za pomocą mieszalnika TURBULA T2F zmieszano proszek srebra o cząstkach mniejszych niż 63 μπι i proszek aluminium o cząstkach mniejszych niż 40 μπι, w stosunku wagowym 45:10, uzyskując mieszaninę zawierającą 18% wagowych Al, reszta Ag. Proces mieszania trwał 1 godz. Zmieszane proszki wstępnie zagęszczono w temperaturze otoczenia w matrycy stalowej pod naciskiem 480 MPa, uzyskując wsad w postaci walca o średnicy 40 mm i wysokości 60 mm. Tak uzyskany wsad wyciśnięto w temperaturze 400°C na prasie współbieżnej i uzyskano kompozyt w postaci pręta o średnicy 8 mm.
Strukturę uzyskanego kompozytu obserwowano na próbkach za pomocą mikroskopu optycznego oraz skaningowego mikroskopu elektronowego.
Na Fig. 5 przedstawiono powiększony widok uzyskanej mikrostruktury kompozytu, którą poddano punktowej analizie chemicznej i rentgenowskiej analizie fazowej.
Wyniki badań punktowej analizy składu chemicznego poszczególnych obszarów mikrostruktury, oznaczonych na Fig. 5 jako 1,2 i 3 przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1
| Obszar 1 | Obszar 2 | Obszar 3 | |
| Ag, % atom. | 97,2 | 66,1 | 3,4 |
| Al, % atom. | 2,8 | 33,9 | 96,6 |
Wyniki wskazujące na zawartość Ag i Al w poszczególnych obszarach mikrostruktury potwierdzają, że skład chemiczny przejściowego obszaru 2, usytuowanego pomiędzy fazami Ag i Al odpowiada fazie Ag2AI według układu równowagi Ag-AI (Fig. 1).
Wynik z rentgenowskiej analizy fazowej (Fig. 6), przeprowadzonej na próbce sproszkowanej (Rigaku MiniFlex II) potwierdza występowanie roztworu wtórnego na osnowie fazy międzymetalicznej 5-Ag2AI na granicy fazowej pomiędzy srebrem Ag a aluminium Al oraz obecność niewielkiej ilości roztworu wtórnego na osnowie fazy międzymetalicznej μ^3ΑΙ.
Określono właściwości mechaniczne uzyskanego kompozytu wykonując próbę jednoosiowego rozciągania (Zwick/Roell Z050) w temperaturze otoczenia oraz pomiary twardości metodą Vickersa stosując obciążenie 2 kg (Shimadzu 15 HMV).
| Uzyskano następujące dla badanego kompozytu Ag-AI | |
| gęstość | d=6,8 g/cm3, |
| twardość | HV2=135, |
| wytrzymałość na rozciąganie | Rm=490 MPa, |
| granica plastyczności | Ro,2=440 MPa |
| moduł Younga | E=80 GPa, |
| wydłużenie | A=5%, |
| współczynnik Poissona | v=0,3, |
| rezystywność elektryczna | p=90,2 nilm |
Oceniono również wpływ czasu wyżarzania przeprowadzonego dla kompozytu po odkształcaniu plastycznym w temperaturze 400°C na twardość kompozytu stwierdzając, że wyżarzanie skonsolidowanego kompozytu w temperaturze 400°C powoduje stopniowy wzrost twardości produktu, która po wyżarzaniu przez 115 godzin osiąga wartość HV2=150.
Przeprowadzone badania potwierdziły, że podczas odkształcania plastycznego proszków Ag i Al, prowadzonego w temperaturze z zakresu od 300°C do 560°C tworzą się roztwory wtórne na osnowie
PL 231 729 B1 faz międzymetalicznych, które skutecznie umacniają kompozyt pozwalając uzyskać materiał o wysokich własnościach wytrzymałościowych. Ponadto izotermiczne wyżarzanie kompozytu Ag-AI w temperaturze 400°C powoduje dalszy wzrost twardości do 150 HV2 (Fig. 4).
Obecność w mikrostrukturze kompozytu Ag-AI faz na osnowie związków międzymetalicznych Ag2AI i Ag3AI sprawia, że materiał taki cechuje się korzystnymi właściwościami użytkowymi. W materiale, zarówno w stanie wyciśniętym jak i po wyżarzaniu, nie stwierdzono porowatości. Fazy międzymetaliczne występujące w kompozycie Ag-AI skutecznie umacniają kompozyt pozwalając uzyskać materiał o wysokich własnościach wytrzymałościowych, doskonały zwłaszcza do zastosowania na styki elektryczne.
Zastrzeżenia patentowe
Claims (7)
1. Kompozyt, zwłaszcza na styki elektryczne, zawierający, skonsolidowany metodą odkształcenia plastycznego, proszek srebra, znamienny tym, że oprócz srebra zawiera aluminium w ilości od 0,1 do 35% wagowych, a struktura kompozytu zawiera co najmniej fazę srebra oraz roztwór wtórny na osnowie fazy międzymetalicznej Ag2AI i/lub Ag3AI.
2. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że struktura kompozytu zawiera fazę aluminium.
3. Sposób wytwarzania kompozytu, zwłaszcza na styki elektryczne, w którym mieszaninę proszku na osnowie srebra poddaje się konsolidacji poprzez odkształcenie plastyczne, znamienny tym, że mieszaninę proszku wytwarza się z proszku srebra i od 0,1 do 35 % wagowych proszku aluminium, a konsolidację mieszaniny proszku przeprowadza się poprzez odkształcanie plastyczne w temperaturze z zakresu od 300°C do 560°C, doprowadzając do tworzenia się litego kompozytu zawierającego co najmniej fazę srebra oraz roztwór wtórny na osnowie fazy międzymetalicznej Ag2AI i/lub Ag3AI.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że odkształcanie plastyczne mieszaniny proszku przeprowadza się poprzez wyciskanie na prasie.
5. Sposób według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że przed odkształcaniem plastycznym mieszaninę proszków srebra i aluminium prasuje się wstępnie w matrycy pod naciskiem od 100 do 700 MPa.
6. Sposób według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że wytworzony materiał tnie do się i/lub przerabia plastycznie do uzyskania kompozytu o żądanym kształcie i wymiarach.
7. Sposób według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że wytworzony kompozyt wyżarza się w temperaturze od 200°C do 560°C, przez co najmniej 5 minut.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL406726A PL231729B1 (pl) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Kompozyt, zwłaszcza na styki elektryczne i sposób wytwarzania kompozytu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL406726A PL231729B1 (pl) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Kompozyt, zwłaszcza na styki elektryczne i sposób wytwarzania kompozytu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL406726A1 PL406726A1 (pl) | 2015-07-06 |
| PL231729B1 true PL231729B1 (pl) | 2019-03-29 |
Family
ID=53492767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL406726A PL231729B1 (pl) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Kompozyt, zwłaszcza na styki elektryczne i sposób wytwarzania kompozytu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL231729B1 (pl) |
-
2013
- 2013-12-30 PL PL406726A patent/PL231729B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL406726A1 (pl) | 2015-07-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Efe et al. | The effect of SiC particle size on the properties of Cu–SiC composites | |
| US4127700A (en) | Metallic material with additives embedded therein and method for producing the same | |
| EP2915890A1 (en) | Copper alloy and process for manufacturing same | |
| Qiu et al. | Arc erosion behavior and mechanism of AgZrO2 electrical contact materials | |
| EP0229511A1 (en) | Powder metallurgical process for manufacturing copper-nickel-tin spinodal alloy articles | |
| US2313070A (en) | Metal composition | |
| Ćosović et al. | Comparison of properties of silver-metal oxide electrical contact materials | |
| CN104245976B (zh) | 触点材料 | |
| CN114093698A (zh) | 一种银氧化锡电接触材料及其制备方法 | |
| JP2016074950A (ja) | 銅合金及びその製造方法 | |
| KR102432708B1 (ko) | 몰리브덴-동 소결 합금의 제조방법 | |
| Ćosović et al. | Microstructure refinement and physical properties of Ag-SnO2 based contact materials prepared by high-energy ball milling | |
| CN100387378C (zh) | 电接触器和电极用合金和其制备方法 | |
| RU2398656C1 (ru) | Способ изготовления композиционного материала для электрических контактов на медной основе | |
| KR101078295B1 (ko) | 텅스텐 카바이드계 전기접점의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 전기접점 | |
| JP6719300B2 (ja) | Ａｇ−Ｎｉ−金属酸化物系電気接点材料、その製造方法、遮断器及び電磁接触器 | |
| PL231729B1 (pl) | Kompozyt, zwłaszcza na styki elektryczne i sposób wytwarzania kompozytu | |
| RU2523156C1 (ru) | Шихта для изготовления материала для сильноточных электрических контактов и способ изготовления материала | |
| DE2251670A1 (de) | Verfahren zur herstellung von karbidhaltigen verbundmetall-kontaktwerkstoffen hoher mechanischer und elektrischer verschleissfestigkeit | |
| Erçetin et al. | Production of WCu electrical contact material via conventional powder metallurgy method: Characterization, mechanical and electrical properties | |
| CN101709422B (zh) | 一种碳化钨铝-镍硬质合金及其制备方法 | |
| RU2522584C1 (ru) | Способ изготовления материала для дугогасительных и разрывных электрических контактов и материал | |
| CN103695696B (zh) | 一种含添加剂银氧化锡电触头材料的制备方法 | |
| JP2015165041A (ja) | 電気接点材 | |
| RU2769344C1 (ru) | Материал для дугогасительных и разрывных электрических контактов на основе меди и способ его изготовления |