CN106067391B - 一种雾化法制备的层状银铜钎三复合电触头材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层状银铜钎三复合电触头材料及其制备方法。通过制备银合金粉末、铜合金粉末、钎料，之后将银合金粉末、铜合金粉末、钎料制备成带材，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

一种雾化法制备的层状银铜钎三复合电触头材料

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雾化法制备的层状银铜钎三复合电触头材料的制备方法。

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，电器制备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：

一种雾化法制备的层状银铜钎三复合电触头材料，

依次包括：银合金层(含银量以质量百分比计为70～99.9％)；

铜合金层(含铜量以质量百分比计为80～99.9％)；

钎料层(银铜磷钎料、银铜锌钎料或非晶钎料)。

其制备方法包括：

步骤1：采用雾化法制备银合金粉末和铜合金粉末，以及采用熔炼法制备钎料；

步骤2：将银合金粉末和铜合金粉末进行氧化处理，得到氧化银合金粉末和氧化铜合金粉末；

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：将银合金混粉和铜合金混粉分别进行成型、烧结得到银合金层锭坯以及铜合金层锭坯；

步骤5：所得到银合金层锭坯、铜合金层锭坯，进行复压、挤压和轧制得到银合金层带材、铜合金层带材；

步骤6：将钎料制成钎料层带材；

步骤7：将银合金层带材、铜合金层带材、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、冲制等工艺制备成三层复合触点。

作为本发明的进一步改性，

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：0.1～10.3％、

金刚石微粉0.05～4％、

稀土元素总量0.01～5.7％。

作为本发明的进一步改性，

所述银层添加物为：包括金刚石微粉、石墨、硼、铝、硅、磷、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铌、钼、铟、锡、锑、碲、铪、钽、钨、铼、铋、钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥以及相对应的非金属化合物或金属氧化物中至少一种；

所述铜层添加物为：包括金刚石微粉、石墨、硼、铝、硅、磷、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铌、钼、铟、锡、锑、碲、铪、钽、钨、铼、铋、钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥以及相对应的非金属化合物或金属氧化物中至少一种。

作为本发明的进一步改性，

所述银层添加物和铜层添加物中的金属氧化物为SnO2、ZnO、CuO、Fe2O3、 CdO、In2O3、Bi2O3、Al2O3、MoO3、ZrO2中的一种或多种氧化物，所述银层添加物和铜层添加物中的稀土元素为钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥中的一种或多种组合。

作为本发明的进一步改性，

所述步骤1：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；

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铜合金粉末，然后烘干并过150～250目筛得到铜合金粉末。

作为本发明的进一步改性，

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。

作为本发明的进一步改性，

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。

作为本发明的进一步改性，

所述步骤4中其等静压初坯成型压强150～2000Mpa，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。

作为本发明的进一步改性：

所述步骤5中挤压温度为880℃，挤压比为100；

所述步骤6中复合温度为800～850℃，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％。

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、钼、银、铟、锡、锑、碲、铪、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备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

实施例一：

步骤1、雾化制粉：包括制备银金属合金粉与铜金属合金粉。

制备银金属合金粉末或铜金属合金粉末时，在银或铜中添加铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铟、锡、锑、碲、铋的一种或两种及以上金属，或钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥中的一种或两种及以上稀土合金，进行高温熔炼，熔炼温度为1030～1450℃，待其充分合金化后用高压水使其雾化成银金属合金粉末或铜金属合金粉末，然后烘干并过50～500目筛。

步骤1-1制备银金属合金粉

制备银金属合金粉末时，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98.5％，稀土钇铈合金0.3％，铟1％、和镍0.2％。

步骤1-2制备铜金属合金粉

制备铜金属合金粉末时，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99.05％，稀土镧、钇、铈合金0.6％，铋0.15％、和镍0.2％。

步骤2.将银金属合金粉经焙烧氧化处理得到银金属氧化物粉末，氧化温度为600℃，氧气压强为3Mpa，时间为10小时。

步骤3.将上步骤2所得的银金属合金粉末，在其中添加石墨、镍、碳化硅、钇、氧化镧、和金刚石微粉，按银金属合金88％，镍10％，金刚石1％，氧化镧0.2％，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。

步骤4.将步骤3得到的混合物进行成型、烧结得到锭坯。其等静压初坯成型压强180Mpa，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900℃，时间为3小时，而后随炉冷却至50℃以下出炉。

步骤5.将上述所得到锭坯，复压、挤压和轧制。将锭坯进行复压后，挤压成带材，然后再进行轧制获得含添加物或金属氧化物的银合金层电触头材料备用。挤压温度为880℃，挤压比为100。

步骤6.按上述步骤2、3、4、5步骤相同，制备好铜合金层带材，最终含量为：金刚石微粉1％，镧钇铈0.9％，铋0.15％，镍0.2％，铜96.75％，其他1％。

步骤7.钎料层采用非晶钎料，制备工艺采用熔炼法。通过挤压、轧制和退火工艺，制备成带材备用。

步骤8.分别将含有添加物的银合金、铜合金和钎料带材的复合面打磨干净，再将其分别或同时在热复合设备上进行复合，其复合温度为830℃，速度为4米/ 分。

步骤9.将热复合好后的带材经冷轧、冲制等制备成节银、环保型三层复合触点。在加工过程中，带材保温退火时需使用保护气体进行保护，温度为600℃，时间为2小时，冷轧时每道轧制量小于20％。

实施例二：

与实施例一的区别在于：

步骤3：将上步骤2所得的银金属合金粉末，在其中添加石墨、镍、碳化硅、钇、氧化镧和金刚石微粉，按银金属合金90％，镍5.7％，金刚石1.2％，氧化镧1.5％，钇0.5％、氧化铝0.2％，氧化锆0.1％，氧化铋0.8％，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。

步骤6.按上述步骤2、3、4、5步骤相同，制备好铜合金层带材，最终含量为：铜：89％，镍3.7％，金刚石1.5％，氧化镧1.5％，钇0.5％、氧化钪0.5％，氧化锌1％，氧化铝0.1％，氧化锆0.3％，氧化铋1％，镧钇铈合金0.9％。

实施例三

与实施例一的区别在于：

步骤3：将上步骤2所得的银金属合金粉末，在其中添加石墨、镍、碳化硅、钇、氧化镧、和金刚石微粉，按银金属合金96％，镍0.5％，金刚石1.5％，氧化镧 2％，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。

步骤6.按上述步骤2、3、4、5步骤相同，制备好铜合金层带材，最终含量为：铜：90％，镍3％，钒1％，锰0.5％，氧化锌1％，二氧化钛1％，金刚石0.5％，氧化镧1.5％，镧钇铈合金0.9％，钪0.1％，其他1％。

采用本发明制备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 (4)

1.一种雾化法制备的层状银铜钎三复合电触头材料的制备方法，其特征在于：包括

步骤1：采用雾化法制备银合金粉末和铜合金粉末，以及采用熔炼法制备钎料；

步骤2：将银合金粉末和铜合金粉末进行氧化处理，得到氧化银合金粉末和氧化铜合金粉末；

步骤3：将步骤2所得的银合金粉和铜合金粉，采用混粉法，加入添加物，和磨料进行混合，分别得到银合金混粉和铜合金混粉；

步骤4：将银合金混粉和铜合金混粉分别进行成型、烧结得到银合金层锭坯以及铜合金层锭坯；

步骤5：所得到银合金层锭坯、铜合金层锭坯，进行复压、挤压和轧制得到银合金层带材、铜合金层带材；

步骤6：将钎料制成钎料层带材；

步骤7：将银合金层带材、铜合金层带材、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、冲制工艺制备成三层复合触点；

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800～850℃，速度为3～5米/分；

所述步骤8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％；

所述步骤1是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；

将铜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铜合金粉末，然后烘干并过150～250目筛得到铜合金粉末；

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；

所述步骤3中添加物为金属氧化物、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；

所述步骤4中其等静压初坯成型压强150～180MPa，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；

所述步骤1中，银合金粉末所用原料按质量百分比计为：银98.5％，稀土钇铈合金0.3％，铟1％和镍0.2％；

所述步骤1中，铜合金粉末所用原料按质量百分比计为：铜99.05％、稀土镧、钇、铈合金0.6％，铋0.15％和镍0.2％。

2.根据权利要求1所述的一种雾化法制备的层状银铜钎三复合电触头材料的制备方法：其特征在于：所述步骤3中非金属为金刚石、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。

3.根据权利要求1所述的一种雾化法制备的层状银铜钎三复合电触头材料的制备方法：

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

4.如权利要求1至3任一项所述制备方法制备得到的材料。