一种铜基无银触头及其制备方法
【专利说明】
[0001]技术领域:
本发明涉及电接触元件，尤其是一种铜基无银触头及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，电接触元件制造材料主要是银基复合材料。其具备较好的耐电磨损、抗熔焊性、电弧侵蚀性和导电性的特点，而因此广泛用于从几伏到上千伏多级电压电器中。在实际应用已形成产业化的AgCdO、AgNi, Agff, AgC四大系列银基触头材料，最典型的材料为AgCdO, AgCdO由于具有上述一系列优良的性能被称为万能触点。但AgCdO材料在使用过程中不可避免的会产生“镉毒，而且由于此材料价格高，并且使用过程中对环境造成严重污染，因此有必要研制新的廉价且无污染的新型无银触头材料取代传统的银基材料。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于在于克服现有技术的缺陷，提供一种成本低且无污染的铜基无银触头及其制备方法。
[0004]本发明是这样实现的，一种铜基无银触头及其制备方法，铜基无银触头的配方按重量百分数配比如下:铜 65-85% ;镍 10-35% ；Ig 3-9% ；0.5-1.5% ;铬 0.2-0.5% ;稀土0.05-0.1%。
[0005]本发明的铜基无银触头的最优配比中:所述的铜的重量百分比为65%，所述的镍的重量百分比镍28%
本发明采用的铜基无银触头的其制备方法:
有色金属及中间合金混合一熔炼一浇注一固溶软化处理一热乳一热处理一机械加工一冲压落料一时效处理一检验包装成品。
[0006]用电解铜(纯度>99.7% )、镍(纯度>99.7% )、银(1#银(纯度>99.99% )在冶金中频冶炼炉混合熔炼，在精炼前加入稀土。为防止由于金属烧损、氧化、挥发而导致的成分偏差。并于熔炼过程中采用石墨粉和玻璃的混合物作为覆盖剂。温度1450°C ~1650°C，熔炼20~30分钟，在精炼前加入稀土，精炼5分到10分钟，再浇注。
[0007]熔炼后的合金加组织粗大，加工性能很差，需要均匀化处理，将合金成分熔入基体铜中，形成过饱和固熔体，以改善加工性能，在980°C ~1080°C之间固溶处理20~60小时，然后快速冷却。
[0008]落料后的产品需要进行时效处理，在430°C ~580°C之间固溶处理2~8小时，产品组织中形成均匀弥撒分布的析出物，产品导电性能得到大幅度提高。
[0009]本发明具有良好的导电性、导热性、耐电弧烧损、抗熔焊、同时抗氧化性能优异、接触电阻低且性能稳定并且符合欧盟《关于在电气电子设备中限制使用某些有毒物质指令》(ROHS)的要求。
【具体实施方式】
[0010]在金属材料中导电性能、导热性能以及抗电弧性能与银相近的金属是铜，因此以铜作为基础材料开发电接触元件，但铜容易氧化是其最大的弱点。但铜合金却具有较好的抗氧化的能力，其中铜镍系列合金在多个领域得到广泛的应用，因此考虑以其为基础材料，添加提高强度扩烧损的的成分来提高其综合性能。
[0011]弥散强化类型合金，是根据在常温下合金元素从固溶体中弥散均匀析出强化的特点应用于电接触元件中。弥散强化铜合金在工程中的应用己显现出非常明显的优越性。各种特殊用途的铜合金研制成功并应用于实际生产，使生产效率和产品质量大大提高，特别是近十几年来对含Cr、Mo、Ag等元素合金机制研究的深化，发展了含低Cr、Ag稀土等元素的铜合金，大大改善了触头的使用性能。
[0012]根据使用要求，拟采用在铜镍基体中添加一定的合金元素，以形成固溶体或过饱和固溶体，达到便于加工的目的。时效处理后，过饱和固溶体分解，大量的合金元素以沉淀相析出在铜基体中，导电率迅速提高，同对由于时效析出相的强化作用，从而获得高强度高导电性能兼备的铜合金的设计方案。固溶元素对铜的电学性能影响不大的元素主要有Ag、Cd、N1、Cr、Zr、Mg、Co等。其中比较理想的元素有Ag、Cd元素，少量加入Ag、cd元素后对铜的导电率几乎不产生影响。然而，正如前面所述，Cd是有毒元素，易对环境造成污染，也限制了它的使用，在铜中的溶解度随温度降低而减小，从而有沉淀硬化效果的合金元素主要有cr、Zr、Be、Fe、Nb、Co等。其中Cr在铜合金中的沉淀硬化效果强烈，尤其是时效以后铜合金的导电率可以恢复到一个较高水平。以此依据，借鉴触头设计特点，通过材料制备工艺的筛选，本发明选择了良好的导电性能和导热性能以及抗电弧性能的少量高熔点N1、Mo、Ag、Cr以及微量稀土等元素来研制出一种新型铜基无银触头材料。
[0013]最终配方按重量百分数配比为:铜65-85% M 10-35% ;钼3-9% ;银0.5-1.5% ;络0.2-0.5% ;稀土 0.05-0.1%
本发明采用的铜基无银触头的其制备方法:
步骤1、将镍、钼熔炼成中间合金；
步骤2、将铜、银、铬与中间合金混合；
步骤3、将所述步骤2中的混合合金进行熔炼，熔炼温度1450 °C ~1650°C，熔炼处理20-30分钟；
步骤4、加入稀土，5分到10分钟后浇注；
步骤5、固溶软化处理，固溶温度980°C ~1080°C，固溶处理20~60小时；
步骤6、热处理；
步骤7、机械加工；
步骤8、时效处理，时效温度430°C ~580°C，时效处理2~8小时小时；
步骤9、检验包装。
[0014]特别地，所述的步骤3中，采用石墨粉和玻璃的混合物作为熔炼覆盖剂。
[0015]特别地，所述的步骤3中，熔炼温度1500°C，熔炼处理25分钟。
[0016]进一步地，所述的步骤5中，固溶温度1050°C，固溶处理52小时。
[0017]更进一步地，所述步骤8中，时效温度500°C，时效处理3小时。
[0018]铸态铜合金材料性能较差，尤其不利于加工成形，需进行一定的热处理工艺。对合金进行一系列的热处理实验，研究组织结构变化和硬度变化曲线，确定合金的固溶时间、时效温度和时间等热处理参数。对合金的结构形貌特征进行详细分析，并对不同状态下合金的力学性能和电学性能影响进行了试验对比。结果表明，经过固溶处理后，硬度降低，合金具有良
好延展性，便于冷变形加工，其组织呈枝状或穿晶组织明显消除，成为单一固溶体，但接触电阻仍偏大，需要进行时效处理。时效处理后合金组织内形成大量的弥散、均匀分布的析出相，处理将使铜合金的机械性能获得很大提高的同时，接触电阻在幅度下降，显著提高了合金的电气寿命，达到强度与电性能的良好配合，合金处于最佳时效状态。其导电性能不低于银基或含镉的电接触材料，有望取代AgCdO触头。采用一定的热处理工艺后，它将是一种应用前景较好的电接触功能材料。
[0019]最佳实施例:用65%电解铜(纯度>99.7% )、镍钼中间合金、28的镍(纯度>99? 7% );银(1#银(纯度>99.99% )及铬分批加入，在1500°C熔炼25分钟，加入稀土，精炼8分钟，浇注。在1050°C均匀化处理52小时，热乳成8毫米，冷乳成2毫米，冲压落料成10X15的产品，在500°C时效处理3小时，检验包装。
【主权项】
1.一种铜基无银触头及其制备方法，其特征在于:铜基无银触头的配方按重量百分数配比如下，铜 65-85% M 10-35% ;钼 3-9% M 0.5-1.5% ;铬 0.2-0.5% ;稀土 0.05-0.1%。2.根据权利要求1所述的一种铜基无银触头及其制备方法，其特征在于:所述的铜的重量百分比为65%，所述的镍的重量百分比镍28% 根据权利要求1所述的一种铜基无银触头及其制备方法，其特征在于:本发明采用的铜基无银触头的其制备方法: 步骤1、将镍、钼熔炼成中间合金； 步骤2、将铜、银、铬与中间合金混合； 步骤3、将所述步骤2中的混合合金进行熔炼，熔炼温度1450 °C ~1650°C，熔炼处理20-30分钟； 步骤4、加入稀土，5分到10分钟后浇注； 步骤5、固溶软化处理，固溶温度980°C ~1080°C，固溶处理20~60小时； 步骤6、热处理； 步骤7、机械加工； 步骤8、时效处理，时效温度430°C ~580°C，时效处理2~8小时小时； 步骤9、检验包装。3.根据权利要求3所述的一种铜基无银触头及其制备方法，其特征在于:所述的步骤3中，采用石墨粉和玻璃的混合物作为熔炼覆盖剂。4.根据权利要求3所述的一种铜基无银触头及其制备方法，其特征在于:所述的步骤3中，熔炼温度1500°C，熔炼处理25分钟。5.根据权利要求3所述的一种铜基无银触头及其制备方法，其特征在于:所述的步骤5中，固溶温度1050°C，固溶处理52小时。6.根据权利要求3所述的一种铜基无银触头及其制备方法，其特征在于:所述步骤8中，时效温度500°C，时效处理3小时。
【专利摘要】一种铜基无银触头及其制备方法，铜基无银触头的配方按重量百分数配比如下：铜65~85%；镍10~35%；钼3~9%；银0.5~1.5%；铬0.2~0.5%；稀土0.05~0.1%，其制备方法？：有色金属及中间合金混合一熔炼一浇注一固溶软化处理一热轧一热处理一机械加工一冲压落料一时效处理—检验包装成品。本发明具有良好的导电性、导热性、耐电弧烧损、抗熔焊、同时制造成本低，无毒无污染。
【IPC分类】C22C1/03, C22C9/06
【公开号】CN105063417
【申请号】CN201510434364
【发明人】宋和明, 胡登伟
【申请人】靖江市海源有色金属材料有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月23日