CN106057526A - 一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头材料及其制造方法。通过雾化法或混粉法制造银合金粉末和制造铜合金粉末，之后将银合金粉末、铜合金粉末先制造成银合金/铜合金带材，之后将银合金/铜合金带材与钎料带材经过复合得到三复合电触头材料。提供了一种材料成本低、综合电气性能优良的节银、环保的电触头材料来替代传统的铜合金触头、银合金触头及银铜合金触头材料。

Description

一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头材料及其制造 方法

技术领域

本发明涉及一种合金材料，更具体的说是涉及一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头材料。

背景技术

继电器、接触器、断路器的核心元件为电触头(点)，它承担着接通分断电流的繁重任务，触头元件的优劣取决于电触头(点)材料的性能和科学有效的组合，它是电器安全的重要保证。

目前，市场上使用量最大的触头材料是银合金和铜合金两大类。铜合金触头材料部分应用在断路器及高压开关上，铜合金触头材料虽然价格低廉，但铜合金电触头抗氧化性能差，在装机后到商用的时间长短不一，电器搁置时间长、使用时电触头表面会形成氧化膜，另外在使用时分断会释放大量的热，也会造成表面受热氧化生成氧化膜，使接触电阻增大影响导电性和导热性，使电器的温升增加；开关温升的增高，会加速开关内所有元器件的失效，缩短其电寿命。因此出现恶性循环，使电器过热导致损坏及出现触点熔焊酿成安全事故。

现有银合金触头材料广泛应用在继电器、接触器、断路器上。其中，银钨和银碳化钨石墨是使用在断路器上的典型材料。

另外一般的小型断路器使用银氧化镉或银石墨合金(如AgC4)触头材料等。但其含银量都很高，银氧化镉触头材料的含银量均在85％以上，且是目前触头材料市场的主流产品，每年耗银量相当庞大。然而如今的白银资源非常有限，随着用量的增加，必将导致白银价格飞涨，从而使生产电触头材料的成本居高不下，企业经济效益下降，社会效益也大为削减。而且该类产品的另一金属元素镉对环境污染较大，不符合如今环保的发展趋势。因此，电器制造商对在保证质量的前提下，要求合金行业采用贱金属代替贵金属银来减低产品成本的呼声越来越高。为此，我们需要寻求一种能综合铜合金触头和银合金触头优良性能，且材料成本低、综合电气性能优良的节银、环保的电触头材料来替代传统的铜合金触头、银合金触头及银铜合金触头材料。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种材料成本低、综合电气性能优良的节银、环保的电触头材料来替代传统的铜合金触头、银合金触头及银铜合金触头材料。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头的制造方法，包括以下步骤：

步骤1：制备钎料，将银、镍、磷、锡、锌等元素中的一种或两种及以上金属与铜进行熔炼、铸锭、挤压、轧制成所需的带材厚度备用。

步骤2：制备银合金粉与铜合金粉，通过金属熔炼、雾化、粉末氧化等工艺获得银合金粉；通过金属熔炼、雾化等工艺铜合金粉；或采用在银粉或铜粉中直接混入所需比例的金属氧化物粉获得银合金粉或铜合金粉。

步骤3：将步骤2所得的银合金粉和铜合金粉，分别按所需比例，采用混粉法，加入添加物，和一定比例的磨料进行混合，分别得到银合金混粉和铜合金混粉；

步骤4：在橡胶包套内按比例设置隔板，将银合金混粉和铜合金混粉分别倒入橡胶包套隔板的两端后，缓慢取出隔板，锁紧橡胶包套，放入等静压挤压缸内，挤压成银合金/铜合金锭；

步骤5：将银合金/铜合金锭进行烧结；

步骤6：将烧结后的银合金/铜合金锭进行复压、挤压和制扎得到银合金/铜合金料带；

将钎料制成钎料层带材，所述钎料为银铜磷钎料、银铜锌钎料或非晶钎料；

步骤7：银合金/铜合金料带、钎料带材依次叠加在一起进行热复合；

步骤8：将热复合后的带材经冷轧、冲制等工艺制造成三层复合触点。

作为发明的进一步改进：所述步骤2：将银和所添加金属元素以及稀土元素，进行高温熔炼，熔炼温度为1030～1400℃，合金化后用高压水使其雾化成银合金粉末，然后烘干并过150～250目筛得到银合金粉末，再进行氧化处理；

将铜和所添加金属元素以及稀土元素，进行高温熔炼，熔炼温度为1030～1400℃，合金化后用高压水使其雾化成银合金粉末，然后烘干并过150～250目筛得到铜合金粉末。

作为发明的进一步改进：所述步骤2中的氧化温度为500～700℃，氧气压强为1～3Mpa，时间为5～15小时。

作为发明的进一步改进：其特征在于：

所述步骤3中添加物为金刚石、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种，混合方式为球磨，混粉时间为6～10小时，球料比为15～25∶1。

作为发明的进一步改进：所述步骤4中其等静压初坯成型压强150～200Mpa，控制密度为理论密度的75～90％，初坯装入烧结炉后抽真空充入惰性气体进行保护，烧结温度为800～1000℃，时间为2～5小时，而后随炉冷却至50℃以下出炉。作为发明的进一步改进：所述步骤5中，挤压温度为880℃，挤压比为100；

所述步骤7中复合温度为800～900℃，速度为3～5米/分；

所述步骤7中将热复合好后的带材进行保温退火，同时使用保护气体进行保护，温度为500～650℃，时间为1～3小时，冷轧时每道轧制量小于20％。

作为发明的进一步改进：所述步骤2中金属元素为镍、镁、铝、钙、钛、钒、铬、锰、铁、钴、锌、锆、铌、钼、银、铟、锡、锑、碲、铪、钽、钨、铼、铋以及其相对应的氧化物中至少一种；所述稀土元素为钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥以及相对应的上稀土合金中至少一种。

作为发明的进一步改进：所述步骤3中非金属为石墨、硼、硅、磷中至少一种，所述非金属化合物为硼、硅、磷的化合物以及碳化硅中至少一种。

作为发明的进一步改进：所述步骤1和步骤3中的金属氧化物为SnO2、ZnO、CuO、Fe2O3、CdO、In2O3、Bi2O3、Al2O3、MoO3、ZrO2中至少一种。

一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头材料：

依次设置的银合金层、铜合金层、钎料层：

所述银合金层包括下列重量百分数组成：银80～99.9％；

银层添加物：

金属、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种：0.1～12％、

金刚石微粉0.05～4％、

稀土元素总量0.01～5.7％；

所述铜合金层包括下列重量百分数组成：铜80～99.9％；

铜层添加物：

金属、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种：0.1～12％、

金刚石微粉0.05～4％、

稀土元素总量0.01～5.7％；

所述钎料层为银铜磷钎料、银铜锌钎料或非晶钎料。

本发明的有益效果，

1.在银合金层和铜合金层中添加金刚石微粉和镍粉，占总量0.5～40％，以及石墨、硼、铝、硅、磷、钛、钒、铬、锰、铁、钴、锌、锆、铌、铪、钼、银、铟、锡、锑、碲、钽、钨、铼、铋、钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥中的金属、非金属、金属氧化物或非金属化合物的一种或几种，对材料的组织结构进行了优化，提高了材料的抗熔焊性和耐电弧烧损性。

2.采用了三层复合材料，提高了铜合金材料的抗氧化性，降低了材料的接触电阻，提高了材料的导电率，降低了开关电器的温升。

3.采用大变形量热复合工艺制造的加入添加物的三层复合材料，其银合金层与铜合金层、铜合金层与钎料层之间结合牢固，并因复合效应而提升了产品的综合性能，提高了开关电器的使用寿命。由于采用了三层复合工艺，节银效果明显，节银量为70％左右，进一步降低了电触头材料的成本。

4.由于本发明配方和工艺等设计合理，生产的电触头材料具有导电率高，接触电阻低，组织均匀致密，结合强度高，抗氧化性好，具有优良的抗熔焊性和耐电弧烧损性等特点。

具体实施方式

实施例：

包套挤压制造银合金/铜合金/钎料三层复合电触头材料

1、备料

(1)制造银金属合金粉

制造银金属合金粉末时，将银和所添加金属元素以及稀土元素，进行高温熔炼，熔炼温度为1030～1400℃，合金化后使溶液温度在1100±30℃时，用高压水使其雾化成银合金粉末，然后烘干并过200目筛，其中所用原料按质量百分比计为：银99％，铈0.3％，钇0.5％、镍0.2％。

(2)制造铜金属合金粉

制造铜金属合金粉末时，将铜和所添加金属元素以及稀土元素，进行高温熔炼，熔炼温度为1030～1400℃，合金化后使溶液温度在1150±30℃时，用高压水使其雾化成铜合金粉末，然后烘干并过200目筛，其中所用原料按质量百分比计为：铜98.9％，稀土镧、钇、铈合金0.8％，铋0.1％，镍0.2％。

(3)钎料：将银、锌、铜磷合金作为原料与铜按比例配方制造钎料，按(以质量百分比计)：银2％、锌5％、磷6％、铜余量，进行熔炼、铸锭。

2.合金粉球磨

(1)将上步骤1所得的银金属合金粉末中添加镍、金刚石微粉、氧化钇、氧化镧、石墨、碳化硅，按银金属合金88％，镍10％，金刚石微粉1％，镧、钇0.5％，其他0.5％，在混粉球磨机内均匀混合，混粉时间为8小时，球料比为20∶1。

(2)将上步骤1所得的铜金属合金粉末中添加镍、金刚石微粉、碳化硅，

按铜金属合金97％，镍1％，金刚石微粉1％，碳化硅1％，在混粉球磨机内均匀混合，混粉时间为8小时，球料比为20∶1。

3.等静压

将步骤2中的合金粉在橡胶包套内，按产品的银合金层厚度要求，按比例做隔板，将制造好的银金属合金粉末和铜合金粉末，分别倒入橡胶包套隔板的两端，将其倒入的银合金粉末和铜合金粉末捣实，缓慢取出包套内隔板，锁紧包套盖子，放入等静压挤压缸内，挤压成锭。等静压初坯成型压强为180Mpa，控制密度为理论密度的90％，初坯装入烧结炉后抽真空充入惰性气体进行保护，烧结温度为930℃，时间为3小时，而后随炉冷却至40℃出炉。

4、挤压轧制

(1)将步骤3所得到锭坯进行复压、挤压和轧制。将锭坯进行复压后，挤压成板材，然后再进行轧制获得含添加物的银合金/铜合金料带备用。挤压温度为900℃，挤压比为100。

(2)将步骤1中的钎料锭进行挤压成板材，再通过冷轧、退火等工艺制造成钎料带。

5、热复合

将银合金/铜合金料带材和钎料带材的复合面打磨干净，再将其热复合设备上进行复合，其复合温度为850℃，速度为4米/分。

6、轧制冲压

将复合好的三层复合材料，轧制到所需的厚度，再冲制成产品。在加工过程中，带材的退火需使用保护气氛进行保护，温度为650℃，时间为2小时，冷轧时每道轧制量小于20％。

采用本发明制造的含有添加物的三层复合材料，其主要性能如下：

1.密度：≥8.3g/cm3；

2.硬度(HB)≥70；

3.电阻率：≤2.15μΩ.cm；

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：制备钎料，将银、镍、磷、锡、锌等元素中的一种或两种及以上金属与铜进行熔炼、铸锭、挤压、轧制成所需的带材厚度备用。

步骤2：制备银合金粉与铜合金粉，通过金属熔炼、雾化、粉末氧化等工艺获得银合金粉；通过金属熔炼、雾化等工艺铜合金粉；或采用在银粉或铜粉中直接混入所需比例的金属氧化物粉获得银合金粉或铜合金粉。

步骤3：将步骤2所得的银合金粉和铜合金粉，分别按所需比例，采用混粉法，加入添加物，和一定比例的磨料进行混合，分别得到银合金混粉和铜合金混粉；

步骤4：在橡胶包套内设置隔板，将银合金混粉和铜合金混粉分别倒入橡胶包套隔板的两端后，缓慢取出隔板，锁紧橡胶包套，放入等静压挤压缸内，挤压成银合金/铜合金锭；

步骤5：将银合金/铜合金锭进行烧结；

步骤6：将烧结后的银合金/铜合金锭进行复压、挤压和制扎得到银合金/铜合金料带；

将钎料制成钎料层带材，所述钎料为银铜磷钎料、银铜锌钎料或非晶钎料；

步骤7：银合金/铜合金料带、钎料带材依次叠加在一起进行热复合；

步骤8：将热复合后的带材经冷轧、冲制等工艺制造成三层复合触点。

2.根据权利要求1所述的一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头的制造方法，其特征在于：

所述步骤2：将银中添加金属元素以及稀土元素，进行高温熔炼，熔炼温度为1030～1400℃，合金化后用高压水使其雾化成银合金粉末，然后烘干并过150～250目筛得到银合金粉末，再进行氧化处理；

将铜中所添加金属元素以及稀土元素，进行高温熔炼，熔炼温度为1030～1400℃，合金化后用高压水使其雾化成铜合金粉末，然后烘干并过150～250目筛得到铜合金粉末。

3.根据权利要求2所述的一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头的制造方法：其特征在于：

所述步骤2中的氧化温度为500～700℃，氧气压强为1～3Mpa，时间为5～15小时。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头的制造方法，其特征在于：

所述步骤3中添加物为金刚石、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种，混合方式为球磨，混粉时间为6～10小时，球料比为15～25∶1。

5.根据权利要求4所述的一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头的制造方法，其特征在于：

所述步骤4中其等静压初坯成型压强150～200Mpa，控制密度为理论密度的75～90％，初坯装入烧结炉后抽真空充入惰性气体进行保护，烧结温度为800～1000℃，时间为2～5小时，而后随炉冷却至50℃以下出炉。

6.根据权利要求5所述的一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头的制造方法，其特征在于：

所述步骤5中挤压温度为880℃，挤压比为100；

所述步骤7中复合温度为800～900℃，速度为3～5米/分；

所述步骤7中将热复合好后的带材进行保温退火，同时使用保护气体进行保护，温度为500～650℃，时间为1～3小时，冷轧时每道轧制量小于20％。

7.根据权利要求2或3所述的一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头的制造方法，其特征在于：

所述步骤2中金属元素为镍、镁、铝、钙、钛、钒、铬、锰、铁、钴、锌、锆、铌、钼、银、铟、锡、锑、碲、铪、钽、钨、铼、铋以及其相对应的氧化物中至少一种；所述稀土元素为钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥以及相对应的稀土合金中至少一种。

8.根据权利要求6所述的一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头的制造方法：其特征在于：所述步骤3中非金属为石墨、硼、硅、磷中至少一种，所述非金属化合物为硼、硅、磷的化合物以及碳化硅中至少一种。

9.根据权利要求6所述的一种包套法制造的层状银铜钎三复合电触头的制造方法：

所述步骤2和步骤3中的金属氧化物为SnO2、ZnO、CuO、Fe2O3、CdO、In2O3、Bi2O3、Al2O3、MoO3、ZrO2中至少一种。

10.如权利要求1至9所述制造方法制造的材料，其特征在于：包括依次设置的银合金层、铜合金层、钎料层；

所述银合金层包括下列重量百分数组成：银80～99.9％；

银层添加物：

金属、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种：0.04～12％、

金刚石微粉0.05～4％、

稀土元素总量0.01～5.7％；

所述铜合金层包括下列重量百分数组成：铜80～99.9％；

铜层添加物：

金属、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种：0.04～12％、

金刚石微粉0.05～4％、

稀土元素总量0.01～5.7％；

所述钎料层为银铜磷钎料、银铜锌钎料或非晶钎料。