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CN112725652B - 一种银氧化锌电接触材料及其制备方法 - Google Patents

一种银氧化锌电接触材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种银氧化锌电接触材料及其制备方法，包括Ag86.5～92wt.％，ZnO5～10wt.％，SnO22～3wt.％，CuO 1～3wt.％，Li2O 0.5～2wt.％，其他添加物0.5～2wt.％，制备方法如下：首先利用Ag锭、Zn锭、Sn、Cu、Li及添加物，制备AgZn合金锭子，经过车削表皮、加热挤成丝材、拉拔至直径2.0mm、冲成断丝、氧化、压制成锭、烧结、热挤压、拉拔等工序，最终做成成品丝材。本发明优点是：通过在材料中添加Li、Cu、Sn元素的方法，获得了更细小的球形氧化物颗粒，同时使氧化物颗粒弥散分布在Ag基体上，提高了材料的致密度，增加了材料的抗电弧侵蚀性，抗熔焊性。同时所制成的丝材做成铆钉触点，铆钉冷镦过程开裂比例明显降低，其在直流或交流条件下，获得的电寿命均可达到10万次以上，拥有较高的抗烧损能力和电寿命。

Description

一种银氧化锌电接触材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电工材料制造领域，特别涉及一种银氧化锌电接触材料及其制备方法。
背景技术
银基电接触材料具有优良的导电性和导热性，由于纯银硬度低，抗电磨损性较差的缘故，通常需要在银基体中添加其它添加物来增强其材料的电性能，如触点的抗熔焊性，电寿命以及耐电弧烧损等。银氧化锌(AgZnO)就是其中一种，其具有较好的抗熔焊性和抗电弧侵蚀性，可应用于功率继电器、通用继电器中。目前制备AgZnO的主要方法有粉末冶金法、合金内氧化法以及雾化工艺，雾化工艺是通过将合金熔液用空气或冷却水雾化成粉末，再经过粉体预氧化和高温氧化工艺制成合金氧化粉末，最终将粉末压制成型做成电接触材料；而合金内氧化法是通过合金熔铸和合金氧化来制备电接触材料的。然而以上工艺所制作的电接触材料中均存在材料致密度小，触点铆钉冷镦成型时开裂问题，影响材料的使用性能，此外，现有材料烧结密度较低，也需要对现有电接触材料配方或制作工艺进行改进。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种银氧化锌电接触材料及其制备方法，该方法可以提高触点电寿命，材料致密度，提升材料性能，获得塑性更好的银氧化锌电接触材料。
为实现上述目的，本发明的技术方案是一种银氧化锌电接触材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)熔炼合金锭的制备：按照银氧化锌电接触材料的配方，投入Ag板和Zn板以及添加物，所述的添加物为Li、Cu和Sn，预先熔炼AgZn合金并将溶液浇铸进模具内制成AgZn合金锭子；
(2)车削处理：将浇铸好的AgZn合金锭子表面一层氧化皮使用车床去除掉，单边车下量为1-2mm；
(3)挤压处理：将车削好的锭坯进行预热，预热温度为700±10℃，然后在此温度下将其装入油压挤压机中挤压成第一丝材；
(4)拉拔，切断处理；根据拉拔工艺，通过拉丝机将所述的第一丝材拉成直径更小的第二丝材，再将第二丝材切成小料段。
(5)内氧化：将切好的小料段加入内氧化炉中，并通入氧气，启动氧化炉，升温至700-800℃，时间20-30小时，氧气压力0.4-0.8MPa最后氧化完成后取出物料，准备进行压锭；
(6)压锭处理：将氧化好的料段使用液压机，压制成AgZnO锭坯，液压机压力为30±2MPa；
(7)烧结处理：将AgZnO锭坯装入烧结炉中于700～800℃下进行烧结，时间为2～6h；
(8)挤压：将烧结好的AgZnO锭子进行加热，加热温度为700-800℃，加热时间3-5小时，然后使用挤压机成型为半成品丝材；
(9)拉拔处理：根据拉拔工艺，通过中频拉丝机将半成品丝材拉成直径更小的成品丝材。
进一步设置是所述步骤(6)的压锭保压时间15s。
进一步设置是所述步骤(9)的拉拔工艺中的中频拉丝机的工艺参数为拉丝速度4.5Hz，电流强度12A。
本发明还提供一种银氧化锌电接触材料，包括以下组分，按照重量百分比计算：
Ag 83.5～91.5wt.％，ZnO 5～10wt.％，SnO2 2～3wt.％，CuO 0.5～1wt.％，Li2O0.5～1wt.％，其他添加物0.5～1.5wt.％，所述的其他添加物是指Ni、Te等元素。
本发明可取得以下有益效果：
(1)相比于现有银氧化锌材料，本发明中添加了Li、Cu、Sn元素的方法，Li元素的添加是的AgZnO的烧结过程得到活化，从而改善了了材料的致密度，并使得材料中ZnO颗粒呈现球形化，同时，微量的Sn可以使得氧化物颗粒更加细小，Cu元素可以使得氧化物颗粒弥散地分布在银基体上，而在Sn、Cu元素的共同作用下，可消除原有AgZnO材料中的片状结构对电性能的影响，在这三种微量元素的共同作用下提高了材料的抗熔焊、抗烧性能，进一步地提高了材料的电寿命；
(2)由于材料中氧化物颗粒的形状和分布及材料的致密度得以改善，进一步地降低了铆钉触点成型时的开裂比例。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述。
实施例1：
(1)熔炼合金锭的制备：按照1炉25kg进行制造，先投入86wt.％Ag板和9.5wt.％Zn板以及2wt.％的Sn，1wt.％的Cu，1wt.％的Li及0.5wt.％的添加物，在中频熔炼炉内进行熔炼，熔炼温度设定为1200℃，熔炼时间0.5h，熔炼过程中使用石墨棒进行搅拌，然后将温度降至1100℃进行精炼，时间为12min，最后将精炼好的合金熔液倒入模具中，待凝固后放入水中进行冷却，最终制成AgZn合金锭子；
(2)车削处理：将浇铸好的合金锭子表面一层氧化皮使用车床去除掉，单边车下量为1-2mm，车床转速为2000rpm；
(3)挤压处理：将车削好的锭坯进行预热，预热温度为700±10℃，然后在此温度下将其装入油压挤压机中挤压成Φ6.0mm的丝材；
(4)拉拔，切断处理；根据拉拔工艺，通过拉丝机将Φ6.0mm的丝材拉成Φ2.0mm的丝材，再使用冲床将Φ2.0mm的丝材切成10-15mm的小段。
(5)内氧化：将切好的小料段加入内氧化炉中，并通入氧气，启动氧化炉，升温至700-800℃，时间20-30小时，氧气压力0.4-0.8MPa最后氧化完成后取出物料，准备进行压锭；
(6)压锭处理：将氧化好的料段使用液压机，压制成Φ90mm的锭子，液压机压力为30±2MPa；
(7)烧结处理：将锭坯装入烧结炉中于700～800℃下进行烧结，时间为2～6h；
(8)挤压：将烧结好的AgZnO锭子进行加热，加热温度为700-800℃，加热时间3-5小时，然后使用挤压机成型为Φ6mm规格的丝材；
(9)拉拔处理：根据拉拔工艺，通过中频拉丝机将Φ6mm的丝材拉成Φ1.88mm的丝材，拉拔工艺为：
Φ6.0Δ→→Φ5.6→→Φ5.2→→Φ4.9Δ→→Φ4.5→→Φ4.2Δ→→Φ3.9→→Φ3.6→→Φ3.4Δ→→Φ3.2→→Φ3.0→→Φ2.9Δ→→Φ2.7→→Φ2.5→→Φ2.3Δ→→Φ2.1→→Φ2.0→→Φ1.88
Δ代表退火，退火温度：850±10℃，保温2～6h，空气退火。其中“→→”代表热拉拔，“→”代表冷拉拔。
所述拉拔工艺中的中频拉丝机工艺参数为拉丝频率5.0Hz，电流强度10A；实施例2：
与实施例1的不同在于投入的原料含量不同，按照1炉25kg进行配置，投入88.5wt.％Ag板和7wt.％Zn板以及2wt.％的Sn，1wt.％的Cu，1wt.％的Li及0.5wt.％的添加物。
实施例3：
与实施例1和实施例2的区别在于投入的原料含量不同，按照1炉25kg进行配制，90.5wt.％Ag板和5wt.％Zn板以及2wt.％的Sn，1wt.％的Cu，1wt.％的Li及0.5wt.％的添加物。
利用上述实施例做成AgZnO/Cu铆钉触点进行模拟电性能实验，铆钉规格为动触点R3.2x1.4(0.5)+1.5x1.2SR20，静触点F3.2x1.4(0.5)+1.5x2.5。模拟电性能实验条件如下：250VAC、10A，闭合力100g，分断力60g，接触频率90次/分钟；20VDC、9A，闭合力100g，分断力50g，接触频率90次/分钟，实验结果见表1。
表1 AgZnO/Cu铆钉触点的电性能实验结果
Figure BDA0002856963520000051
实验结果显示三个实施例中实施例2的电性能最佳，同时与比较例相比，无论是在直流条件下还是交流条件下都具有很好的表现，接触电阻较低，电寿命均超过11万次，其他实施例均达到9.9万次以上，这主要归功于本发明中添加的Li元素，可以有效地提高材料的电寿命，这对制备的丝材乃至铆钉触点材料的组织进行了有效的改善。
本发明采用上述技术方案可以获得以下技术效果：
(1)相比于传统银氧化锌配方，本发明生产的材料制作的触点在直流条件下也表现出更好的电寿命，经测试，本材料在一定电流下寿命达10万次以上，具有较高的抗熔焊性，抗烧损能力；
(2)通过在材料中添加Li元素，提高了材料的致密度，且同时提高了材料的塑性变形能力；
(3)利用本发明制备的丝材所制作的铆钉的电寿命均达到10万次以上，拥有较低的接触电阻，接触电阻最低为0.5mΩ，电寿命最高可达到11万次左右。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种银氧化锌电接触材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）熔炼合金锭的制备：按照银氧化锌电接触材料的配方，投入Ag板和Zn板以及添加物，所述的添加物为Li、Cu、Sn以及其他添加物，预先熔炼AgZn合金并将熔液浇铸进模具内制成AgZn合金锭子，其投料的质量比为：88.5 wt%Ag板和7wt% Zn板以及2wt%的Sn，1wt%的Cu，1wt%的Li及0.5wt%的其他添加物，所述的其他添加物为Ni或Te；
（2）车削处理：将浇铸好的AgZn合金锭子表面一层氧化皮使用车床去除掉，单边车下量为 1-2mm；
（3）挤压处理：将车削好的锭坯进行预热，预热温度为700±10℃，然后在此温度下将其装入油压挤压机中挤压成第一丝材；
（4）拉拔，切断处理；根据拉拔工艺，通过拉丝机将所述的第一丝材拉成直径更小的第二丝材，再将第二丝材切成小料段；
（5）内氧化：将切好的小料段加入内氧化炉中，并通入氧气，启动氧化炉，升温至700-800℃，时间20-30小时，氧气压力0.4-0.8MPa，最后氧化完成后取出物料，准备进行压锭；
（6）压锭处理：将氧化好的料段使用液压机，压制成AgZnO锭坯，液压机压力为30±2MPa；
（7） 烧结处理：将AgZnO锭坯装入烧结炉中于700~800℃下进行烧结，时间为2~6h；
（8）挤压：将烧结好的AgZnO锭子进行加热，加热温度为700-800℃，加热时间3-5小时，然后使用挤压机成型为半成品丝材；
（9）拉拔处理：根据拉拔工艺，通过中频拉丝机将半成品丝材拉成直径更小的成品丝材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）的压锭保压时间15s。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（9）的拉拔工艺中的中频拉丝机的工艺参数为拉丝频率4.5Hz，电流强度12A。
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