专利名称：银-氧化三元合金电触头材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电触头材料及其制备方法，具体涉及ー种银-氧化三元合金电触头材料及其制备方法。
背景技术：
电触头(点)是エ业和民用各种交直流接触器、断路器、继电器、转换开关、墙壁开关、家用电器、汽车电器必不可少的核心元件。其性能的优劣直接影响着电器通断的成败及使用寿命和安全运行的可靠性。电触头材料的种类繁多，但无非是两大类银基合金和铜基合金，银基合金又可分为银固熔体合金与非固熔体合金，即所谓的银真合金和银假合金。银真合金可直接用于触头材料、也可合金氧化为银的氧化物用于触头材料。银假合金是通过粉末冶金法合成的，用于触头材料。目前银金属氧化物电触头(点)材料其应用较普遍，因生产制备エ艺简单易掌握可规模生产。常用的有银氧化镉、银氧化锡、银氧化铜、银氧化锌等，其都是银与单金属的氧化物，为改善性能添加了不同的金属元素。但对综合性能的提高还是不理想，具体是
(I)银氧化镉虽然综合性能较佳，但在材料制造中有镉挥发和电器有负载分断时产生的电弧有镉汽化释放出镉毒，因此从人身健康和环保考虑，银氧化镉触头材料是逐渐要淘汰的。(2)银氧化锡虽然有很好抗熔焊性和稳定性，但在使用时电触头表面易形成氧化膜，使表面接触电阻増大温升加速。另外，由于氧化锡的硬度高至使银氧化锡复合材料的加エ困难。( 3)银氧化铜电触头材料有较低的表面接触电阻，温升也较低而稳定，但在熔焊性和电损耗性上有不具使人充分满意的特性。(4)银氧化锌触头材料具有优良的抗熔焊性，较好的耐电弧侵蚀性，低而稳定的接触电阻，但是银氧化锌触头材料中的银和氧化锌相互间的润湿性较差导致材料的耐电磨损性不强。综上所述，研发ー种综合性能突出优越且环保的电触头材料将具有非常重要意义。
发明内容
本发明的第一个目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种综合性能突出优越且环保的银-氧化三元合金电触头材料。本发明的另ー个目的是提供ー种上述银-氧化三元合金电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包含以下的组元，以质量百分比计三元合金氧化物的总含量为6% 24%,所述的三元合金氧化物由银和锡、铜、锌的合金经过氧化而形成；添加元素氧化物的总含量为O. 72% 5% ;余量为银。进ー步设置是所述的三元合金氧化物中，氧化锡的含量占银-氧化三元合金电、触头材料总含量的2wt% 8wt%、氧化铜的含量占银-氧化三元合金电触头材料总含量的2wt% 8wt%、氧化锌的含量占银-氧化三元合金电触头材料总含量的2wt% 8wt%。进ー步设置是所述的添加元素由铋、镍、碱土金属和稀土元素的氧化物组成，铋或镍的氧化物占银-氧化三元合金电触头材料总含量的O. 2wt% lwt% ;碱土金属的氧化物占银-氧化三元合金电触头材料总含量的O. 5wt% 2. 5wt% ;稀土元素的氧化物占银-氧化三元合金电触头材料总含量的O. 02wt% I. 5wt%。进ー步设置是所述的碱土金属为钙或镁，所述的稀土元素为镧、铈或钇。为实现本发明的第二个目的，本发明的技术方案之ー是包括以下エ序
a、分步熔炼
第一歩用中频真空熔炼炉在900°C 1350°C的温度之间将银和添加元素按权利要求I所述的质量百分比先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后浇铸形成第一合 金铸锭；
第二步用中频真空熔炼炉在900°C 1350°C的温度之间将锡、铜、锌、按权利要求I的质量百分比先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后浇铸形成第二合金铸锭；第三步用中频真空熔炼炉在1000°C 1400°C的温度之间将上述第一合金铸锭和第ニ合金铸锭先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后烧铸形成银三元合金锭；
b、锻造、轧制、冲裁将上述第三步的银三元合金锭经锻打获取厚板材，经过表面处理进行热轧覆银层后，再冷轧、冲制成型取得片状触头坯件；
C、差温氧化处理用第一温度在500°C 760°C之间的电炉中将上述b的片状触头坯件在压强为O. 8Mpa 2Mpa的氧气中氧化处理10小时 40小时，再用第二温度在600°C 860°C之间连续将电炉中的片状触头坯件在压强O. 8Mpa 2Mpa的氧气中再氧化处理8小吋 38小时结束后，出炉经表面处理获得银-氧化三元合金片状电触头材料。为实现本发明的第二个目的，本发明的技术方案之ニ是包括以下エ序
a、分步熔炼
第一歩用中频真空熔炼炉在900°C 1350°C的温度之间将银和添加元素按权利要求I所述的质量百分比先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后浇铸形成第一合金铸锭；
第二步用中频真空熔炼炉在900°C 1350°C的温度之间将锡、铜、锌、按权利要求I的质量百分比先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后浇铸形成第二合金铸锭；第三步用中频真空熔炼炉在1000°C 1400°C的温度之间将上述第一合金铸锭和第ニ合金铸锭先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后烧铸形成银三元合金锭；
b、将上述第三步的银三元合金锭经过表面处理后，进行热挤压再拉拔成Φ0.8πιπι Φ 2. Omm的丝材或将上述第三步的银三元合金锭经过表面处理后,再轧制成O. 5mm I. Omm薄板，经过破碎处理成小碎段或小碎块；
C、将上述b步骤的小碎段或小碎块进行差温氧化处理，即第一温度在500°C 760°C之间的电炉中，通入压强为O. 8Mpa 2Mpa的氧气，进行氧化处理6小时 12小时，再将温度升高在600°C 860°C之间的第二温度连续将电炉中的小碎段或小碎块在压强为O. 8Mpa 2Mpa的氧气中再氧化处理6小时 12小时结束后出炉；
d、将氧化后的小碎段或小碎块经过表面处理后在压强为220Mpa 600Mpa的等静压机上成型获得初还锭；
e、将初坯锭在温度为730°C 880°C之间的电炉中进行初烧6小时 16小时之后，降温在300°C 600°C之间出炉热复压，热复压压カ在280Mpa 720Mpa中间；
f、将热复压的坯锭在温度580°C 930°C之间的电炉中加热复烧4小时 8小时，随即出炉热挤压获得线材或带材，线材的挤压比在100 450之间，带材的挤压比在13 90之间。为实现本发明的第二个目的，本发明的技术方案之三是包括以下エ序 a、合金粉末的制取
第一歩用中频真空熔炼炉在900°C 1350°C的温度之间将银和添加元素按权利要求 I所述的质量百分比先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后浇铸形成第一合金铸锭；
第二步用中频真空熔炼炉在900°C 1350°C的温度之间将锡、铜、锌、按权利要求I的质量百分比先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后浇铸形成第二合金铸锭；第三步将第一合金铸锭和第二合金铸锭用中频熔炼炉在1000 1450°C的温度之间先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后高压雾化制取合金粉末。b、湿法高能球磨处理将上述a制取的合金粉末经过烘干，筛分出粒度为150目 250目的合金粉末，在こ醇为介质的条件下进行高能球磨处理8 40小时后，在筛分出粒度为250目 350目的合金粉末；
C、差温氧化处理将上述b高能球磨处理的合金粉末在第一温度500°C 760°C之间的电炉中压强为O. 8Mpa 2Mpa的氧气中氧化处理4小时 8小时，再升温到第二温度在6000C 860°C之间连续将电炉中的合金粉末在压强为O. 8Mpa 2Mpa的氧气中再氧化处理3小吋 7小时结束后，出炉获得氧化处理的银-氧化三元合金粉末；
d、坯锭成型、烧结热复压将氧化后的粉末再球磨2小吋 6小时进行筛分，在压强为200Mpa 600Mpa的等静压机上成型获得初坯锭；将初坯锭在温度为560°C 910°C之间的电炉中进行初烧8小时 24小时，在降温到380°C 680°C之间出炉热复压，压カ为280 720Mpa 区间；
e、热挤压成材将热复压的坯锭在温度为580°C 930°C之间的电炉中加热复烧4小时 12小时，随即出炉热挤压，丝材的挤压比为100 450，带材的挤压比为13 90 ;
进ー步设置是所述上述步骤b中湿法高能球磨处理的磨球机转速为250转/分钟 450转/分钟，磨球和粉末的球料质量比为12:1 43: I。本发明与现有银金属氧化物电触头材料及加工方法相比的优点及有益效果
(I)材料体系构成不同，现有银氧化物电触头材料由两相组元组成也有个别三相组元组成的。而本发明由四相组元构成突出了扬长避短，組元优势互补的优越性。体现在(a)氧化铜和氧化锌可改善触头材料的电接触性能，拟补了银氧化锡触头材料表面接触电阻大温升高的缺欠，并且锌是具有很好促进内氧化功能的溶质金属。(b)材料中氧化铜的加入改善了银对氧化物的润湿性使液态银渗入氧化物颗粒的间隙中，同时发生氧化物向银区扩散，形成牢固的润湿界面。从而减小了触头材料的接触电阻，有效降低了开关操作过程中的温升。(c )银氧化铜触头材料虽然接触电阻和温升较低，但是在抗熔焊性和抗电损耗上不具有充分满意的特性。而银氧化锡和银氧化锌的抗熔焊性能较强。(d)在分断时材料中的氧化锌在电弧作用下先行使锌挥发可与碱土金属合力吸热又使电弧迅速转移并熄灭，从而提高了抗电弧侵蚀的能力。(e)添加有碱土金属和稀土元素可以更好的与银、铜、锡、锌形成多种金属间化合物，并以微细的颗粒弥散在基体中，产生沉淀强化作用，改善了合金的耐磨性,并强化了高温稳定性,提高了电寿命。(2)加工工艺不同(a)现有银氧化物电触头材料合金制备是一次熔炼制锭或雾化制粉，而本发明为分步熔炼制锭或雾化制粉，使各元素含量准确可控，再二次合成熔炼制备合金使各元素在液态下互溶性更好、合金化更充分，不会出现偏析，弥散效果更佳。(b)现有球磨工艺对合金粉末的处理，是对银粉和氧化物粉末进行球磨处理，而本发明是在预氧化前对银合金粉末进行湿法高能球磨处理，可消除雾化粉末颗粒急缩带来的内应力，使粉末颗粒有新鲜的表面，能加快氧化速率使氧化更充分。(c)本发明的差温氧化处理工艺，可大大缩短氧化时间使贫氧区趋近于零，由表及里氧化物浓度均匀使电寿命得到提高。从而改善了常规等温氧化存在的氧化梯度使氧化物浓度表里不一的现象。Cd)氧化后再球磨使粉末颗粒出现新鲜界面使压制获取初坯锭时晶粒间容易紧密结合，使烧结过程中相互渗透彻底。(e)现有粉末冶金法对初坯锭烧结后是冷复压或不复压，进入热挤压。它的弊端是触头材料的密度和加工性能受到一定影响，特别是在温度偏高挤压时金属流动加快使晶粒间结合能力下降。而本发明对初坯锭烧结后进行热复压再进行热挤压。有利于基体组织晶粒的细化使晶粒间结合更牢固，可提高后序加工的韧性，对挤压后的丝材和板材的密度有明显提高，而且本发明是以热挤压前的坯锭加热取代热复压后的复烧而进入热挤压加工。强有利提高了晶粒间的结合能力和材料的密度，特别是对丝材的后序加工显示了良好的韧性和抗拉强度。性能对比见下表(T :表示有添加元素)
权利要求
1.一种银-氧化三元合金电触头材料，其特征在于包含以下的组元，以质量百分比计三元合金氧化物的总含量为6% 24%，所述的三元合金氧化物由银和锡、铜、锌的合金经过氧化而形成；添加元素的氧化物的总含量为O. 72% 5% ;余量为银。
2.根据权利要求I所述的ー种银-氧化三元合金电触头材料，其特征在于所述的三元合金氧化物中，氧化锡的含量占银-氧化三元合金电触头材料总含量的2wt% 8wt% ;氧化铜的含量占银-氧化三元合金电触头材料总含量的2wt% 8wt% ;氧化锌的含量占银-氧化三元合金电触头材料总含量的2wt% 8wt%。
3.根据权利要求I所述的ー种银-氧化三元合金电触头材料，其特征在于所述添加元素的氧化物由铋、镍、碱土金属和稀土元素的氧化物组成，铋或镍的氧化物占银-氧化三元合金电触头材料总含量的O. 2wt% lwt% ;碱土金属的氧化物占银-氧化三元合金电触头材料总含量的O. 5wt% 2. 5wt% ;稀土元素的氧化物占银-氧化三元合金电触头材料总含量的 O. 02wt% I. 5wt%0
4.根据权利要求3所述的ー种银-氧化三元合金电触头材料，其特征在于所述的碱土金属为钙或镁，所述的稀土元素为镧、铈或钇。
5.一种银-氧化三元合金电触头材料的制备方法，其特征在于包括以下エ序 a、分步熔炼 第一歩用中频真空熔炼炉在900°C 1350°C的温度之间将银和添加元素按权利要求I所述的质量百分比先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后浇铸形成第一合金铸锭； 第二步用中频真空熔炼炉在900°C 1350°C的温度之间将锡、铜、锌、按权利要求I的质量百分比先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后浇铸形成第二合金铸锭； 第三步用中频真空熔炼炉在1000°C 1400°C的温度之间将上述第一合金铸锭和第ニ合金铸锭先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后烧铸形成银三元合金锭； b、锻造、轧制、冲裁将上述第三步的银三元合金锭经锻打获取厚板材，经过表面处理进行热轧覆银层后，再冷轧、冲制成型取得片状触头坯件； C、差温氧化处理用第一温度在500°C 760°C之间的电炉中将上述b的片状触头坯件在压强为O. 8Mpa 2Mpa的氧气中氧化处理10小时 40小时，再用第二温度在600°C 860°C之间连续将电炉中的片状触头坯件在压强O. 8Mpa 2Mpa的氧气中再氧化处理8小吋 38小时结束后，出炉经表面处理获得银-氧化三元合金片状电触头材料。
6.一种银-氧化三元合金物电触头材料的制备方法，其特征在于包括以下エ序 a、分步熔炼 第一歩用中频真空熔炼炉在900°C 1350°C的温度之间将银和添加元素按权利要求I所述的质量百分比先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后浇铸形成第一合金铸锭； 第二步用中频真空熔炼炉在900°C 1350°C的温度之间将锡、铜、锌、按权利要求I的质量百分比先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后浇铸形成第二合金铸锭；第三步用中频真空熔炼炉在1000°C 1400°C的温度之间将上述第一合金铸锭和第ニ合金铸锭先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后烧铸形成银三元合金锭；b、将上述第三步的银三元合金锭经过表面处理后，进行热挤压再拉拔成Φ0. 8mm Φ2· Omm的丝材或将上述第三步的银三元合金锭经过表面处理后，再轧制成O. 5mm I. Omm厚的薄板,经过破碎处理成小碎段或小碎块； C、将上述b步骤的小碎段或小碎块进行差温氧化处理，即第一温度在500°C 760。。之间的电炉中，通入压强为O. 8Mpa 2Mpa的氧气，进行氧化处理6小时 12小时，再将温度升高在600°C 860°C之间的第二温度连续将电炉中的小碎段或小碎块在压强为O. 8Mpa 2Mpa的氧气中再氧化处理6小时 12小时结束后出炉； d、将氧化后的小碎段或小碎块经过表面处理后在压强为220Mpa 600Mpa的等静压机上成型获得初还锭； e、将初坯锭在温度为730°C 880°C之间的电炉中进行初烧6小时 16小时之后，降温在300°C 600°C之间出炉热复压，热复压压カ在280Mpa 720Mpa中间； f、将热复压的坯锭在温度580°C 930°C之间的电炉中加热复烧4小时 8小时，随即出炉热挤压获得线材或带材，线材的挤压比在100 450之间，带材的挤压比在13 90之间。
7.一种银-氧化三元合金物电触头材料的制备方法，其特征在于包括以下エ序 a、合金粉末的制取 第一歩用中频真空熔炼炉在900°C 1350°C的温度之间将银和添加元素按权利要求I所述的质量百分比先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后浇铸形成第一合金铸锭； 第二步用中频真空熔炼炉在900°C 1350°C的温度之间将锡、铜、锌、按权利要求I的质量百分比先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后浇铸形成第二合金铸锭； 第三步将第一合金铸锭和第二合金铸锭用中频熔炼炉在1000 1450°C的温度之间先后加入炉中熔炼成合金熔液，待完全合金化精炼后高压雾化制取合金粉末； b、湿法高能球磨处理将上述a制取的合金粉末经过烘干，筛分出粒度为150目 250目的合金粉末，在こ醇为介质的条件下进行高能球磨处理8小吋 40小时后，在筛分出粒度为250目 350目的合金粉末； C、差温氧化处理将上述b高能球磨处理的合金粉末在第一温度500°C 760°C之间的电炉中压强为O. 8Mpa 2Mpa的氧气中氧化处理4小时 8小时，再升温到第二温度在600°C 860°C之间连续将电炉中的合金粉末在压强为O. 8Mpa 2Mpa的氧气中再氧化处理3小吋 7小时结束后，出炉获得氧化处理的银-氧化三元合金粉末； d、坯锭成型、烧结热复压将氧化后的合金粉末再球磨2小吋 6小时进行筛分，在压强为200Mpa 600Mpa的等静压机上成型获得初坯锭；将初坯锭在温度为560°C 910°C之间的电炉中进行初烧8小时 24小时，在降温到380V 680V之间出炉热复压，压カ为280Mpa 720Mpa 区间； e、热挤压成材将热复压的坯锭在温度为580°C 930°C之间的电炉中加热复烧4小时 12小时，随即出炉热挤压，丝材的挤压比为100 450，带材的挤压比为13 90。
8.根据权利要求7所述的ー种银-氧化三元合金电触头材料的制备方法，其特征在干，所述步骤b中湿法高能球磨处理的磨球机转速为250转/分钟 450转/分钟,磨球和粉末的球料质量比为12:1 43:1。
全文摘要
本发明公开了一种银-氧化三元合金电触头材料及其制备方法，其中包含的组元及质量百分比含量为三元合金氧化物的总含量为6％～24％；添加元素氧化物的总含量为0.72％～5％；余量为银。本创新的制备方法是用分步熔炼工艺将原材料熔炼获取铸锭或雾化制取合金粉末；再轧制、差温氧化或高能球磨、差温氧化；通过等静压获得初坯锭经过烧结、热复压、热挤压成线材或带材，从而获得弥散性强、晶粒均匀细小的组织结构，并且获得高的导电率、低的温升、较好的抗熔焊性、灭弧性、和抗电蚀性，使电寿命得到很大的提升，突显了综合性能的优越性，可充分满足高端低压电器需求。
文档编号B22F9/04GK102747248SQ20121025217
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者张树堂, 郑晓杰, 陈建新, 黄仁平 申请人:张树堂, 浙江乐银合金有限公司