专利名称：一种银基合金层状复合材料及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及合金复合材料领域，尤其涉及一种银基合金层状复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
微型直流电动机(简称微电机)使用寿命的长短主要由换向器决定，而其中最关键的是换向器材料的性能。传统的微电机换向器材料由于AgCuM合金其复层材料软化温度低( 200°C )，导致电机在工作过程中换向器与电刷之间由于高速滑动磨擦及电弧的作用产生局部高温，导致换向器材料局部软化。局部软化后的复层材料磨擦系数大幅度增加， 使得换向器材料快速磨损。由于换向器早期失效，使其在实际的应用中受到一定的限制。微电机换向器材料属于电接触材料，电接触材料传统分为静态接触电接触材料和滑动接触电接触材料，对滑动接触材料的综合性能要求远高于对静态接触电接触材料。专利101230429A公开了一种弥散强化型Ag基合金，其采用低压和长时间的内氧化工艺，制得了一种氧化物颗粒较大的，用于提高合金材料的强度、硬度和耐电蚀性能的Ag 基合金ο专利101053903A公开了一种银氧化铜电接触材料的制备方法，其采用粉末冶金的方法制作合金材料。众所周知，粉末冶金法制备的材料含有显微空洞并且疏松，这种显微空洞及疏松对电机寿命会产生致命影响，因此该专利中的材料通常用于静态接触而不能用于微电机高速滑动电接触材料。由于粉末冶金法制备的材料通常颗粒粗大，材料的微观均勻性不好，不适用于微电机。综上，现有技术中尚未研究出具有高软化点温度且特别适用于微电机换向器的材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服了现有技术中的银基合金软化温度低，不适用于作为高品质的换向器材料，从而提供了一种新的银基合金层状复合材料及其制备方法和应用。本发明的复合材料具有明显更高的软化温度，在高温下也能正常工作，并且在其他性能不变的情况下，耐磨性以及抗电弧侵蚀性能都有所提高，从而能够明显提高换向器的使用寿命。本发明通过下述技术方案解决上述技术问题。本发明提供了一种银基合金层状复合材料，其包括一合金层以及一无氧铜层；其中，所述合金层含有氧化铜、氧化镍和银，氧化铜和氧化镍弥散于银中；所述氧化铜和氧化镍的粒径均为5μπι以下。其中，在所述的合金层中，所述氧化铜较佳地占合金层质量的1 6%，所述氧化镍较佳地占合金层质量的0. 05 0. 5%，银补足质量百分比至100%。在本发明一较佳的实施方式中，本发明银基合金层状复合材料的合金层中还含有氧化镁和氧化钇，其中氧化镁和氧化钇弥散于银中，此时所述合金层中的氧化铜、氧化镍、 氧化镁和氧化钇的粒径均为3 μ m以下。其中，所述合金层中氧化镁和氧化钇分别较佳地占合金层质量的0. 015 0. 9%， 更佳地占0. 05 0. 25%。本发明在合金层中添加极微量的镁和钇，改变了合金层的氧化体系，能有效地控制氧化过程中晶粒的尺寸，从而保证合金层中的氧化相颗粒不大于3 μ m，充分提高合金层微观性能的均勻性。本发明尝试了大量金属如Li、Mn、Ce、La、Al、Y和Mg及其用量，最终发现镁和钇元素对提高软化点温度具有最显著的效果，并且能成功用于高端微电机换向器。其中，所述的无氧铜层由无氧铜(TU)制成。所述合金层与无氧铜层的厚度比例可根据需要进行选择，为满足换向器的需求，本发明特别优选合金层与无氧铜层的厚度比为 1 8 1 11。本发明还提供了所述银基合金层状复合材料的制备方法，其包括下述步骤(1) 将金属原材料进行真空熔炼后铸锭，经真空均勻化处理，表面处理，冷轧开坯，真空退火，轧制，于680 750°C、2 3atm纯氧气氛下进行内氧化处理3 10小时，表面处理后得合金层；(2)将合金层与无氧铜一起进行冷轧复合，扩散退火后精轧即可；所述金属原材料包括银、铜和镍。较佳的，步骤(1)的金属原材料中铜的用量为0.8 4.8%，镍的用量为0.04 0.4%，银的用量为补足质量百分比为100%。当本发明银基合金层状复合材料中还含有氧化镁和氧化钇时，所述的金属原材料中还含有镁和钇，此时所述的金属原材料中镁的用量较佳的为0. 01 0. 5%，钇的用量较佳的为0. 01 0. 5% ；百分比为质量百分比。步骤(1)中的银、铜、镍、镁和钇可选用本领域中常规使用的金属原材料，其纯度分别较佳地为Ag 彡 99. 99%,Cu ^ 99. 99%,Ni ^ 99. 99%,Mg ^ 99. 99%和 Y 彡 99. 99%。 所述的真空熔炼、铸锭、真空均勻化处理、表面处理、冷轧开坯、真空退火和轧制工艺均可根据本领域常规方法进行。其中，所述的真空均勻化处理较佳地在700°C进行，处理时间较佳地为3小时；所述的真空退火较佳地在680°C进行，处理时间较佳地为2. 5 3小时；所述轧制的厚度较佳地为轧至1mm。步骤(2)中，所述的无氧铜(TU)可选用本领域中常规使用的无氧铜，其纯度较佳地为> 99. 95%。所述的冷轧复合、扩散退火和精轧等工艺均可根据本领域常规方法进行。 其中，所述的冷轧复合较佳地为道次变形量大于70%的冷轧复合。本发明还提供了所述的银基合金层状复合材料在作为微型直流电动机用的换向器材料中的应用。其中，所述的微型直流电动机主要应用于CD、DVD和汽车电器等高端领域，因此对电机寿命有非常高的要求，因而对换向器材料的要求也是非常苛刻的。本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实例。本发明的原料和试剂均市售可得。本发明的积极进步效果在于1、本发明的银基合金层状复合材料中氧化物在Ag中能很好地弥散，通过氧化物与银基之间的弥散强化作用使该银基合金层状复合材料具有非常高的软化温度，耐磨性及抗电弧侵蚀等性能，进一步提高了该复合材料的寿命，从而进一步提高换向器的使用寿命。
2、本发明的银基合金层状复合材料能够满足微型直流电动机用的换向器的需求， 克服了现有的合金材料难以达到高端材料要求的缺陷。本发明复合材料的合金层和无氧铜层的厚度可根据实际应用进行调节，从而满足不同的需求，使用范围广泛。3、在本发明一较佳的实施方式中，合金层中还含有氧化镁和氧化钇。由于氧化镁和氧化钇的加入使合金层中的弥散强化作用显著提高，进一步提高复合材料的软化温度 (高达600°C )，和使用寿命。4、本发明银基合金层状复合材料的制备方法可使用现有的合金复合材料加工设备，仅需对个别工艺参数进行调整后就能投入生产，适应性好。并且该方法能制造出不同厚度规格和宽度规格的换向器用复合材料。
具体实施例方式下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受此限制。下述实施例中各百分比除另有说明的以外皆为质量百分比。本发明使用的原材料纯度为Ag彡99. 99 %, Cu彡99. 99 %, Ni彡99. 99 %, Mg 彡 99. 99%, Y 彡 99. 99%，TU(无氧铜)彡 99. 95%。本发明允许的杂质含量(质量百分比)Fe彡0. 002 %，Pd彡0. 002 %， Sb 彡 0. 002%, Bi 彡 0. 002%。表 权利要求
1.一种银基合金层状复合材料，其特征在于其包括一合金层以及一无氧铜层；其中， 所述合金层含有氧化铜、氧化镍和银，氧化铜和氧化镍弥散于银中；所述氧化铜和氧化镍的粒径均为5μπι以下。
2.如权利要求1所述的银基合金层状复合材料，其特征在于所述的合金层中，所述氧化铜占合金层质量的1 6%，所述氧化镍占合金层质量的0. 05 0. 5%，银补足质量百分比至100%。
3.如权利要求1或2所述的银基合金层状复合材料，其特征在于所述合金层与所述无氧铜层的厚度比为1 8 1 11。
4.如权利要求1 3中任一项所述的银基合金层状复合材料，其特征在于所述合金层中还含有氧化镁和氧化钇，氧化镁和氧化钇弥散于银中，所述合金层中的氧化铜、氧化镍、氧 化镁和氧化钇的粒径均为3 μ m以下。
5.如权利要求1 4中任一项所述的银基合金层状复合材料，其特征在于所述合金层中氧化镁占合金层质量的0. 015 0. 9%，更佳的为0. 05 0. 25% ；所述合金层中氧化钇占合金层质量的0. 015 0. 9%，更佳的为0. 05 0. 25%。
6.一种如权利要求1 3中任一项所述的银基合金层状复合材料的制备方法，其特征在于其包括下述步骤(1)将金属原材料进行真空熔炼后铸锭，经真空均勻化处理、表面处理、冷轧开坯、真空退火并轧制后，于680 750°C、2 3atm纯氧气氛下进行内氧化处理，表面处理后得合金层；(2)将合金层与无氧铜一起进行冷轧复合，扩散退火后精轧即可；其中所述的金属原材料包括银、铜和镍。
7.如权利要求6所述的银基合金层状复合材料的制备方法，其特征在于所述的金属原材料还包括镁和钇。
8.如权利要求6或7所述的银基合金层状复合材料的制备方法，其特征在于在步骤 (1)的金属原材料中，铜的用量为0. 8 4. 8%，镍的用量为0. 04 0. 4%，银的用量为补足质量百分比为100%;当金属原材料中还包括镁和钇时，铜的用量为0.8 4.8%，镍的用量为0. 04 0. 4%，镁的用量为0. 01 0. 5%，钇的用量为0. 01 0. 5%，银的用量为补足质量百分比为100% ；所述百分比为质量百分比。
9.如权利要求6 8中任一项所述的银基合金层状复合材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述的真空均勻化处理在700°C进行，处理时间为3小时；所述真空退火在 680°C进行，处理时间为2. 5 3小时；所述轧制的厚度为轧至Imm ；步骤(2)中，所述的冷轧复合为道次变形量大于70%的冷轧复合。
10.如权利要求1 5中任一项所述的银基合金层状复合材料在作为微型直流电动机用的换向器材料中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种银基合金层状复合材料，其特征在于其包括一合金层以及一无氧铜层；其中，所述合金层含有氧化铜、氧化镍和银，氧化铜和氧化镍弥散于银中；所述氧化铜和氧化镍的粒径均为5μm以下。在本发明一较佳实施方式中，该银基合金层状复合材料还含有氧化镁和氧化钇，氧化物粒径可为3μm以下。本发明还提供了所述银基合金层状复合材料的制备方法及其在作为微型直流电动机用的换向器材料中的应用。本发明的银基合金层状复合材料克服了现有的银基合金软化温度低，不适用于高品质的滑动接触电接触材料的缺陷，而具有明显更高的软化温度、耐磨性以及抗电弧侵蚀性能等，从而能有效提高换向器的使用寿命。
文档编号C22F1/14GK102189719SQ201010123460
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者于磊, 张利华, 王新建, 王耀东, 赵典立, 阮文魁 申请人:上海集强金属工业有限公司