本发明涉及一种新型电接触复合材料的制备方法，具体涉及一种Ti2AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料及其制备方法。
背景技术：
银基陶瓷复合材料(Ag/MeO材料，代表性的有Ag/CdO、Ag/SnO2、Ag/ZnO和Ag/ReO)，通过添加弥散分布的金属氧化物MeO陶瓷颗粒，既强化了Ag基体，而且显著增强了材料抗熔焊和耐电弧侵蚀的能力，使其成为研究和应用最广、性能优良的电接触材料。但就使用性能来讲，现有体系尚存在金属氧化物MeO陶瓷颗粒易富集于触头表面引起接触电阻增大、温升过高、加工成型困难等弱点，这一弱点不仅影响其使用寿命，而且也使它的使用范围受到限制，越来越难以满足电接触材料高可靠、长寿命、小型化和多功能响应的要求。因此，如何有效提高银基复合材料的电寿命成为材料工作者所关注的问题，其中向其添加新型增强体就是一种有效的途径。
钛铝氮(Ti2AlN)是一种新型层状三元陶瓷，由于其特殊的原子排列方式，使其兼具了金属和陶瓷的居多优良性能，如金属的导电、导热、抗热冲击性、可加工性和陶瓷的低比重、高熔点、高强度、高模量、抗氧化及自润滑的特点；而碳纳米管作为增强体对提高金属的力学性能效果显著。与目前银基复合材料中常用的氧化物陶瓷颗粒增强相相比，Ti2AlN与碳纳米管作为新型增强相均具有许多独特的优势。中国专利CN 102312150A公布了“Ag/Ti3SiC2电接触复合材料的制备方法”，该专利提供了制备Ti3SiC2作为增强相的银基复合材料的方法，可有效解决增强相与银基体的润湿性问题。中国专利CN 105742083A提供了“一种碳纳米管增强的复合电接触材料及其制备工艺”，解决了银基触点材料中增强材料电弧作用下团聚的问题。但上述方法工艺流程复杂且不易控制，造成相关产品的工业化生产较困难，且对于Ti2AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料的生产制备并未能提出合理的方案。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提出一种Ti2AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料。本发明制备的银基电接触复合材料在保持高硬度、高导电性、导热性和自润滑性的同时，大幅度地降低电侵蚀率，使其具备优良的综合性能，可广泛适用于低压电器用触头材料，如断路器和接触器触头。
本发明的另一个目的还在于通过合理的成分设计和优化制备工艺相结合，提供一种能进一步改善材料的综合性能，生产工艺简便，生产成本相对低的Ti2AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为所述Ti2AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料按质量百分比包括如下组分：Ti2AlN层状三元陶瓷3-20％、经预处理的多壁碳纳米管1-3％、余量为银。
其中，所述Ti2AlN层状三元陶瓷粉体的纯度大于98％，粒径范围为2μm～50μm。
其中，所述经预处理的多壁碳纳米管按照以下方法制成：将碳纳米管加入到混酸(V浓硝酸：V浓硫酸＝3：1)溶液中，在搅拌速度为300～600转/分钟，温度为70～90℃条件下处理1～6小时，自然冷却过滤洗涤后于60～80℃条件下真空干燥4～10小时，得到经预处理的多壁碳纳米管。
本发明还提供了一种上述Ti2AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料的制备方法，依次包括如下工艺步骤：
(1)按要求选取组配原料粉末，将配制好的混合粉末装入球磨罐中进行湿磨分散。湿磨在滚筒式球磨机中进行，以无水乙醇作为研磨介质，研磨体采用直径为的WC-8wt％Co硬质合金球，球料比为10:1，球磨转速可以控制在30～40转/分钟，球磨分散时间控制在60～90小时；将球磨后的混合浆料，沉淀干燥4～5小时，所述浆料的干燥是采用真空干燥方式，干燥温度60～80℃；
(2)按混合料重量的1～2wt％掺入成型剂，混合均匀后干燥、制粒得到流动性良好的混合料，本发明所述成型剂为聚乙二醇或石蜡；
(3)将上述干燥后的混合料装入模具中进行机械模压压制，压制力为200～300MPa；将压制成型坯料在真空炉中进行脱脂，脱脂工序在真空度高于5Pa的条件下进行，在升温至250～350℃和450～600℃之间时各保温40～120分钟；
(4)将合格的粉末压坯放入氢气烧结炉中，所述块状生坯按照升温速率20～40℃/分钟升温至800℃～1050℃，并保温0.5～3小时，冷却后得到层状三元陶瓷增强银基复合材料。
(5)将烧结成型的银基电接触复合材料在700～900℃下热挤压成型。
其中，所述热挤压成型工艺中，模具预热温度500～800℃，坯料温度600～950℃，挤压比范围为10～50，挤压速度为5～15cm/分钟。
本发明的一种Ti2AlN-碳纳米管复合增强银基电接触材料，相比现有技术具有的有益效果：本发明通过添加Ti2AlN层状三元陶瓷和碳纳米管作为双增强相，在保持银基体高导电性的同时，充分发挥强化相的增强作用及二者的协同作用，使得银基复合材料的接触电阻低，抗熔焊性能好，抗电弧腐蚀能力强。并且该方法能够快速合成和操作方便的制备该材料，制备工艺简单可行，成本低廉，设备简单，具有很好的实用性和经济性，适合工业大规模生产。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明
附图说明
图1是实施例1所述制品的显微形貌(1000×)。
具体实施方式
以下结合实施例和附图进一步说明本发明的技术效果。
实施例1：
首先将碳纳米管加入到混酸(V浓硝酸：V浓硫酸＝3：1)溶液中，在搅拌速度为500转/分钟，温度为80℃条件下处理3小时，自然冷却过滤洗涤后于70℃条件下真空干燥6小时，得到经预处理的多壁碳纳米管。随后按以下的组分及含量(重量份)进行配料：Ti2AlN：3，碳纳米管：2.5，银：94.5，其中Ti2AlN的平均粒度(费氏)为8μm，纯度为98％。将上述原料粉末放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为30转/分钟，研磨时间为72小时，研磨体采用直径为的WC-8wt％Co硬质合金球，球料比为10:1，湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合浆料过筛，于80℃条件下沉淀干燥4～5小时。按混合料重量的1wt％掺入聚乙二醇作为成型剂，混合均匀后进行干燥、制粒，得到流动性良好的混合细粉料。将混合细粉料装入模具中以220MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中进行脱胶，脱胶工艺在真空度高于5Pa下进行，在升温至260℃保温40分钟，550℃保温40分钟；然后将合格的粉末压坯放入氢气烧结炉中，所述块状生坯按照升温速率20℃/分钟升温至870℃，并保温1.5小时，冷却后得到层状三元陶瓷增强银基复合材料。将烧结成型的银基电接触复合材料在850℃下热挤压成型，其中模具预热温度600℃，坯料温度800℃，挤压比范围为10，挤压速度为5cm/分钟。根据上述成分和工艺条件制备的新型银基复合电接触材料组织均匀，其微观形貌如图所示。测出上述银基复合电接触材的性能指标为：抗拉强度219MPa，维氏硬度HV0.2：97，电阻率：2.01μΩ·cm。
实施例2：
首先将碳纳米管加入到混酸(V浓硝酸：V浓硫酸＝3：1)溶液中，在搅拌速度为300转/分钟，温度为70℃条件下处理5小时，自然冷却过滤洗涤后于60℃条件下真空干燥10小时，得到经预处理的多壁碳纳米管。随后按以下的组分及含量(重量份)进行配料：Ti2AlN：10，碳纳米管：1.5，银：88.5，其中Ti2AlN的平均粒度(费氏)为15μm，纯度为95％。将上述原料粉末放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为22r/min，研磨时间为82h，研磨体采用直径为的WC-8wt％Co硬质合金球，球料比为10:1，湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合浆料过筛，于80℃条件下沉淀干燥4～5小时。按混合料重量的1.2wt％掺入聚乙二醇作为成型剂，混合均匀后进行干燥、制粒，得到流动性良好的混合细粉料。将混合细粉料装入模具中以200MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中进行脱胶，脱胶工艺在真空度高于5Pa下进行，在升温至300℃保温90分钟，500℃时保温90分钟；然后将合格的粉末压坯放入氢气烧结炉中，所述块状生坯按照升温速率10℃/分钟升温至900℃，并保温0.5小时，冷却后得到层状三元陶瓷增强银基复合材料。将烧结成型的银基电接触复合材料在800℃下热挤压成型，其中模具预热温度700℃，坯料温度800℃，挤压比范围为50，挤压速度为15cm/分钟。测出上述银基复合电接触材的性能指标为：抗拉强度194MPa，维氏硬度HV0.2：85，电阻率：2.13μΩ·cm。
实施例3：
首先将碳纳米管加入到混酸(V浓硝酸：V浓硫酸＝3：1)溶液中，在搅拌速度为600转/分钟，温度为90℃条件下处理1小时，自然冷却过滤洗涤后于80℃条件下真空干燥4小时，得到经预处理的多壁碳纳米管。随后按以下的组分及含量(重量份)进行配料：Ti2AlN：15，碳纳米管：3，银：82，其中Ti2AlN的平均粒度(费氏)为30μm，纯度为98％。将上述原料粉末放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为26r/min，研磨时间为80h，研磨体采用直径为的WC-8wt％Co硬质合金球，球料比为10:1，湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合浆料过筛，于80℃条件下沉淀干燥4～5小时。按混合料重量的1.4wt％掺入石蜡作为成型剂，混合均匀后进行干燥、制粒，得到流动性良好的混合细粉料。将混合细粉料装入模具中以300MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中进行脱胶，脱胶工艺在真空度高于5Pa下进行，在升温至280℃保温60分钟，560℃时保温60分钟；然后将合格的粉末压坯放入氢气烧结炉中，所述块状生坯按照升温速率15℃/分钟升温至930℃，并保温3小时，冷却后得到层状三元陶瓷增强银基复合材料。将烧结成型的银基电接触复合材料在900℃下热挤压成型，其中模具预热温度700℃，坯料温度850℃，挤压比范围为50，挤压速度为5cm/分钟。测出上述银基复合电接触材的性能指标为：抗拉强度154MPa，维氏硬度HV0.2：104，电阻率：2.25μΩ·cm。
实施例4：
首先将碳纳米管加入到混酸(V浓硝酸：V浓硫酸＝3：1)溶液中，在搅拌速度为400转/分钟，温度为70℃条件下处理4小时，自然冷却过滤洗涤后于80℃条件下真空干燥5小时，得到经预处理的多壁碳纳米管。随后按以下的组分及含量(重量份)进行配料：Ti2AlN：20，碳纳米管：1，银：79，其中Ti2AlN的平均粒度(费氏)为2μm，纯度为95％。将上述原料粉末放入滚筒式球磨机中进行湿磨分散，球磨转速为25r/min，研磨时间为75h，研磨体采用直径为的WC-8wt％Co硬质合金球，球料比为10:1，湿磨介质为无水乙醇。将研磨后的混合浆料过筛，于80℃条件下沉淀干燥4～5小时。按混合料重量的1wt％掺入聚乙二醇作为成型剂，混合均匀后进行干燥、制粒，得到流动性良好的混合细粉料。将混合细粉料装入模具中以200MPa的压力压制成型，再将压坯放入真空炉中进行脱胶，脱胶工艺在真空度高于5Pa下进行，在升温至350℃保温40分钟，600℃时保温40分钟；然后将合格的粉末压坯放入氢气烧结炉中，所述块状生坯按照升温速率30℃/分钟升温至980℃，并保温1小时，冷却后得到层状三元陶瓷增强银基复合材料。将烧结成型的银基电接触复合材料在900℃下热挤压成型，其中模具预热温度700℃，坯料温度850℃，挤压比范围为20，挤压速度为10cm/分钟。测出上述银基复合电接触材的性能指标为：抗拉强度128MPa，维氏硬度HV0.2：117，电阻率：2.21μΩ·cm。