专利名称：一种耐电压银碳化钨石墨触头材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于电触头材料，具体是指一种具有高的耐电压强度和抗电弧烧损性能的 银碳化钨石墨电触头材料及其制备方法。
背景技术：
银-碳化钨-碳系电触头材料作为替换传统的AgC5的新一代触头材料，具有优 异的抗熔焊性，广泛地用于自动开关，大容量断路器、塑壳断路器以及其他一些开关器上， Ag-WC-C系电触头主要利用了 Ag的良好导电、导热性，WC的高熔点、高硬度和耐磨性好的特 点，可经受强烈的电弧腐蚀，具有良好的抗熔焊性及耐磨蚀，同时达到了节银的效果。目前， 银_碳化钨_碳系电触头材料中采用AgWC12C3与AgW50配对常作为断路器的非对称合理 配对触头。近年来，随着低压电器行业发展，不断推出各种系列的新型断路器，这些新型的断 路器要求触头材料具有更小的体积、更高的分断能力。因此提高银碳化钨石墨电触头材料 的抗电弧烧损及抗材料转移性能，顺应断路器的发展需求，具有重要的科研价值。近来，国 内外对于提高触头材料的抗电弧烧损性能研究较多，主要采用细化颗粒来降低电弧对触头 材料的烧损。因此，设计一种科学的银碳化钨石墨电触头材料与组织结构，以扩大银碳化钨 石墨触头材料的使用范围，满足断路器对触头材料日益严格的性能要求非常必要。
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，而提供一种具有高的耐电 压强度、抗熔焊性以及耐电弧烧损性高的耐电压银碳化钨石墨触头材料。本发明的另一个目的是提供了一种耐电压银碳化钨石墨触头材料的制备方法。为实现本发明的第一个目的，本发明的技术方案是
碳化钨与增强相11%_14%，石墨2%-6%，添加元素0. 39TO. 6%，余量为银；其中，所述的 增强相为以下碳化物的组合TaC、Cr2C3 ；所述的添加元素为以下元素中的一种或几种组 合Ni、Co、Cr、B。所述的碳化钨与增强相以碳化钨_碳化钽_碳化铬固溶体形式加入，其中碳化钨 与碳化钽、碳化铬之比为(16 4 1) (25 2 1)。为实现本发明的另一个目的，本发明的技术方案是包括以下步骤
(1)将碳化钨-增强相固溶体与石墨、添加元素、银粉按比例进行混合，混粉方式为干 混或湿混中的一种。混粉时间为4 7小时，球料比为(1 1) (5 1)；
(2)将混合粉在保护气氛中进行制粒；该步骤的制粒为在高温烧结炉中进行制粒温度 为65(T850°C，时间0. 5 5小时，保护气氛中进行；
(3)将已制粒的混合粉进行初压得到压坯；该步骤的初压压制压力为50MP广200Mpa；
(4)将压坯在保护气氛中进行烧结，该步骤压坯的烧结温度为85(T920°C，时间为3飞 小时，氢气气氛保护；(5)将烧结后坯体进行一次复压处理；该步骤烧结坯体的一次复压压力为 100 300MPa ；
(6)将复压坯体进行退火；该步骤退火温度为55(T650°C，时间为2、小时；
(7)将退火坯体进行二次复压得到最终产品；该步骤二次复压压力为50(T700MPa。本发明在制备银碳化钨石墨触头材料过程中采用了碳化钨_碳化钽_碳化铬固溶 体。碳化钽和碳化铬可明显减小碳化钨晶粒度及邻接度，提高基体的结合强度。同时，TaC 相可改善添加元素Ni、Co、Cr、B对碳化物相的润湿性，增强基体结合强度。这种新型的银 碳化钨石墨触头材料具有更高的耐电压强度、抗熔焊性和耐电弧烧损性。采用该电触头材 料的低压电器具有较高的电寿命和高可靠性。因此这种电触头材料更适合应用在各种不同 的塑壳式断路器、小型高分断路器和交流接触器上。下面结合说明书附图和具体实施方式
对本发明做进一步介绍。
图1本发明工艺流程图。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不 能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明 作出一些非本质的改进和调整。
具体实施例方式
实施例1，参照图1，以制备规格为12 X 10 X 2mm的AgffC9. 6TaC2. 4Cr2C30. 6C3为例。(1)将Ag粉与碳化钨-增强相固溶体、石墨按84. 4 12. 6 3的比例，与0. 3%Ni、 0.7%B进行湿混6小时，球料比为1 1，真空烘干，在氢气气氛中700°C，4小时进行团化制 粒，得到流动性好的混合粉末，其中碳化钨_增强相固溶体中碳化钨与碳化钽、碳化铬的比 例为 16 4 1 ；
(2)将已制粒的混合粉末压制成12X10X2.8mm压坯，初压压力为150MPa ；
(3)将压坯在氢气气氛中于880°C，4小时进行烧结；
(4)将烧结后坯体250MPa的压力进行复压，压坯厚度为2.2mm ；
(5)将复压后坯体在氢气气氛中于500°C，2小时进行退火；
(6)将已退火的坯体以560MPa的压力进行复压得到12X10X2mm产品；
(7)将银碳化钨碳化锆石墨触头经过研磨、抛光、烘干处理。本实例制备的AgWC9. 6TaC2. 4Cr2C30. 6C3触点物理性能如下密度9. 16g/cm3、电 阻率 2. 97 ii Q. cm、硬度 681MPa。实施例2，以制备规格为5X5X 1. 5讓的AgWClOTaCl. 5Cr2C30. 5C3为例。(1)将Ag粉与碳化钨-增强相固溶体、石墨按85 12 3的比例，与0.4%Co进 行湿混4小时，球料比为3 1，真空烘干，在氢气气氛中750°C，3小时进行团化制粒，得 到流动性好的混合粉末，其中碳化钨-增强相固溶体中碳化钨与碳化钽、碳化铬的比例为 20 3 1 ；
(2)将已制粒的混合粉末压制成5X5X2. 1mm压坯，初压压力为180MPa.(3)将压坯在氢气气氛中于900°C，3小时进行烧结；
(4)将烧结后坯体280MPa的压力进行复压，压坯厚度为1.7 mm ；
(5)将复压后坯体在氢气气氛中于600°C，4小时进行退火；
(6)将已退火的坯体以600MPa的压力进行复压得到5X5X1. 5mm ；
(7)将银碳化钨碳化锆石墨触头经过研磨、抛光、烘干处理。本实例制备的AgWClOTaCl. 5Cr2C30. 5C3触点物理性能如下密度9. 21g/cm3、电阻 率 3. 02 ii Q. cm、硬度 693MPa。实施例3，以制备规格为8X6X 1. 8匪的AgWC9TaCl. 8Cr2C30 . 45C3为例。(1)将Ag粉与碳化钨-增强相固溶体、石墨按85. 75 11.25 3的比例，与 0. 4%Ni、0. 5%B进行湿混6小时，球料比为1 1，真空烘干，在氢气气氛中700°C，4小时进 行团化制粒，得到流动性好的混合粉末，其中碳化钨-增强相固溶体中碳化钨与碳化钽、碳 化铬的比例为20 4 1 ；
(2)将已制粒的混合粉末压制成8X6X2.52mm压坯，初压压力为150MPa ；
(3)将压坯在氢气气氛中于880°C，4小时进行烧结；
(4)将烧结后坯体250MPa的压力进行复压，压坯厚度为2mm；
(5)将复压后坯体在氢气气氛中于500°C，2小时进行退火；
(6)将已退火的坯体以560MPa的压力进行复压得到8X6X1.8mm产品；
(7)将银碳化钨碳化锆石墨触头经过研磨、抛光、烘干处理。本实例制备的AgWC9TaCl. 8Cr2C30 . 45C3触点物理性能如下密度9. 07g/cm3、电阻 率 2. 85 ii Q. cm、硬度 668MPa。实施例4，以制备规格为 10X5. 5 X 2mm 的 AgWClOTaCO. 8Cr2C30. 4C3 为例。(1)将Ag粉与碳化钨-碳化锆固溶体、石墨按85. 8 11. 2 3的比例，与0.4%Cr 进行湿混4小时，球料比为3 1，真空烘干，在氢气气氛中720°C，4小时进行团化制粒，得 到流动性好的混合粉末，其中碳化钨-碳化锆固溶体中碳化钨与碳化锆的比例为6 4；
(2)将已制粒的混合粉末压制成10X5.5X2. 8mm压坯，初压压力为180Mpa ；
(3)将压坯在氢气气氛中于900°C，3小时进行烧结；
(4)将烧结后坯体280MPa的压力进行复压，压坯厚度为2.2mm ；
(5)将复压后坯体在氢气气氛中于600°C，4小时进行退火；
(6)将已退火的坯体以600MPa的压力进行复压得到10X5.5X2mm ；
(7)将银碳化钨碳化锆石墨触头经过研磨、抛光、烘干处理。本实例制备的AgWClOTaCO. 8Cr2C30. 4C3触点物理性能如下密度9. 18g/cm3、电阻 率 2. 88 ii Q. cm、硬度 673MPa。
权利要求
一种耐电压银碳化钨石墨触头材料，其特征在于包括以下组分，以质量分数计 碳化钨 增强相11% 14%，石墨2% 6%，添加元素 0.3%~0.6%，余量为银；其中，所述的增强相为以下碳化物的组合TaC、Cr2C3；所述的添加元素为以下元素中的一种或几种组合Ni、Co、Cr、B。
2.根据权利要求1所述的一种耐电压银碳化钨石墨触头材料，其特征在于所述的碳 化钨_增强相以碳化钨_碳化钽_碳化铬固溶体形式加入，其中碳化钨与碳化钽、碳化铬之 比为(16 4 1) (25 2 1)。
3.一种制备如权利要求1所述的耐电压银碳化钨石墨触头材料的制备方法，其特征在 于包括以下步骤(1)将碳化钨_碳化钽_碳化铬固溶体与石墨、添加元素、银粉按比例进行混粉，混粉方 式为干混或湿混中的一种；(2)将混合粉在保护气氛中进行制粒；(3)将已制粒的混合粉进行初压得到压坯；(4)将压坯在保护气氛中进行烧结；(5)将烧结后坯体进行一次复压处理；(6)将复压坯体在保护气氛中进行退火；(7)将退火坯体进行二次复压得到最终产品。
4.根据权利要求3所述的一种耐电压银碳化钨石墨触头材料的制备方法，保护气氛为 氢气或惰性气体。
5.根据权利要求3所述的一种银碳化钨石墨触头材料的制备方法，其特征在于所述 步骤(1)中混粉时间为4 7小时，球料比为(1 1) (5 1)。
6.根据权利要求3所述的一种银碳化钨石墨触头材料的制备方法，其特征在于所述 步骤(2)的制粒为在高温烧结炉中进行制粒温度为65(T850°C，时间0. 5飞小时。
7.根据权利要求3所述的一种银碳化钨石墨触头材料的制备方法，其特征在于所述 步骤(3)的初压压制压力为50MPa 200MPa。
8.根据权利要求3所述的一种银碳化钨石墨触头材料的制备方法，其特征在于所述 步骤(4)压坯的烧结温度为85(T920°C，时间为3飞小时。
9.根据权利要求3所述的一种银碳化钨石墨触头材料的制备方法，其特征在于所述 步骤(5)烧结坯体的一次复压压力为10(T300MPa ；所述步骤(6)退火温度为55(T650°C，时 间为2、小时；所述步骤(7) 二次复压压力为50(T700MPa。
全文摘要
本发明涉及一种耐电压银碳化钨石墨电触头材料及其制备方法。电触头材料的主体成分包括碳化钨-增强相固溶体11%-14%，石墨2%-6%，添加剂0.3%~0.6%，余量为银；其中，所述的增强相为以下碳化物的组合TaC、Cr2C3；所述的添加元素为以下元素中的一种或几种组合Ni、Co、Cr、B。所述的碳化钨与增强相以碳化钨-碳化钽-碳化铬固溶体形式加入，其中碳化钨与碳化钽、碳化铬之比为(16:4:1)~(25:2:1)。本发明在制备银碳化钨石墨触头材料具有更高的耐电压强度、抗熔焊性和耐电弧烧损性。采用该电触头材料的低压电器具有较高的电寿命和高可靠性。因此这种电触头材料更适合应用在各种不同的塑壳式断路器、小型高分断路器和交流接触器上。
文档编号C22C1/05GK101979694SQ201010558958
公开日2011年2月23日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者张秀芳, 柏小平, 翁桅 申请人:福达合金材料股份有限公司