一种钼铜电触头材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种钼铜电触头材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 电触头是仪器仪表、电器开关中非常重要的接触元件。高压输变电向大容量超高 压发展，低压配电系统与控制系统对自动化水平、灵敏程度要求的提高以及电子工业产品 的更新换代，都对触头材料提出了新的要求。理想的电触头材料必须具备良好的物理性能、 力学性能、电接触性能、化学性能和加工性能。
[0003] 早期的触头材料多采用纯钨、纯钼、纯铜及贵金属银，这些材料的导电性、硬度及 高温性能往往难以兼顾，不能全面满足航空、航天、微电子、电力、交通运输等领域的高速发 展对触头材料的要求。钼铜复合材料在电触头方面的应用起源于20世纪80年代后期，国 外首先将该材料使用于真空开关管及高压电器开关的接触材料，弥补了当时真空用钨铜材 料的一些不足。钼铜复合材料综合了钼与铜的本征物理性能，具备良好的抗熔焊、耐烧蚀和 高温强度、高导电导热等性能。与电触头常用元素钨相比，钼的电子逸出功较小、截流值较 小，更利于提高材料的抗电弧烧蚀性，同时，钼的导电率较钨高、加工性较钨好，因而其有助 于该领域材料性能的进一步提高。
[0004] 钼铜复合材料的致密度是影响其热性能及强度的重要因素之一，由于W的密度为 19. 32g/cm3,钼的密度较小（10. 22g/cm3)，钼铜作为假合金，用常规粉末冶金工艺难以得到 高钼含量高致密度的材料。减少材料内部孔隙数量、制备接近全致密（多98%)的钼铜复 合材料是研究人员努力的方向之一。
[0005] 董应虎等（钼铜复合材料致密度的影响因素研究，材料热处理技术，2009年3 月），通过粉末冶金液相烧结法制备了高致密钼铜复合材料，在无活化烧结过程因素存在条 件下，Mo/30Cu复合材料的液相烧结温度宜在1350°C左右；添加微量元素Fe、Co、Ni或NH 4C1 能改善钼铜之间的润湿性，实现活化烧结过程，从而提高烧结制品的致密度。该复合材料在 较高温度下工作时，容易出现晶粒的再结晶和长大现象，从而出现较大的富铜区，在经受电 弧烧蚀时，容易出现氧化、熔焊和桥接而发生破坏；同时，Mo-Cu两相由于既不互溶又不形 成金属间化合物，导致Mo-Cu两相界面薄弱，粘附强度不高，导致钼铜电触头材料的导电率 和硬度难以得到进一步的提高。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种钼铜电触头材料，从而解决现有钼铜电触头材料中 Mo-Cu两相界面薄弱，粘附强度不高的技术问题，赋予材料更高的导电率和硬度。
[0007] 本发明的第二个目的是提供上述钼铜电触头材料的制备方法。
[0008] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
[0009] 一种钼铜电触头材料，由以下重量百分比的组分组成：钼（Mo) 35. 0~90. 0%，碳 化钨（WC) 1.0 ~5.0%，镍（Ni) 0.05 ~1.0%，氯化镧（LaCl3) 0.05 ~1.0%，余量为铜。
[0010] 本发明提供的钼铜电触头材料中，WC弥散均匀分布到Mo-Cu基体中，一方面，WC具 有良好的高温稳定性，在高温条件下工作时，既不会分解，也不会与钼、铜发生化学反应；另 一方面，WC作为弥散强化相可以钉扎在晶粒晶界处，从而抑制了材料再结晶和晶粒长大，保 持晶粒的稳定性，从而有助于保持高温环境下材料的导电率和硬度；Ni作为润湿活化剂， 可以提高Mo-Cu的润湿能力，LaCl 3则在Ni的作用下，起到连接Mo-Cu两相的作用，从而增强 Mo-Cu两相界面，提高Mo-Cu的粘附强度；通过Mo-Cu组成比例的改变，以及WC、Ni、LaCl 3， 三种组分的协同作用，可以依据不用的应用环境调整钼铜电触头材料的导电率和硬度，扩 大材料的应用范围。
[0011] 在要求较高硬度或较高导电率的场合，上述的钼铜电触头材料，作为优选方案，由 以下重量百分比的组分组成：钨35. 0~51. 0%，碳化钨3. 0~5. 0%，镍0. 75~1. 0%，氯 化镧0. 75~1. 0%，余量为铜。
[0012] 上述的钼铜电触头材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013] 1)取配方量的钼粉，碳化钨粉，镍粉，氯化镧粉，铜粉，混合均勾，得到混合料；
[0014] 2)将步骤1)所得混合料压制成型，得到毛坯；
[0015] 3)将步骤2)所得毛坯在保护气氛下进行烧结，即得。
[0016] 本发明提供的钼铜电触头材料的制备方法采用粉末冶金液相烧结法，Mo粉末在液 相烧结中形成Mo骨架；WC粉末弥散到Mo-Cu基体中提高材料的抗黏结性和高温稳定性；Ni 粉起到提高润湿性和流体流动性的作用，1^(：1 3可起到烧结熔剂的作用，在提高两相粘附强 度的同时，降低局部熔体的粘度，提高熔体的流动性，从而起到降低烧结温度的作用。
[0017] 本发明提供的钼铜电触头材料的制备方法可避免传统固相烧结带来的致密度偏 低的问题；避免采用熔渗法容易出现的Mo聚集或Cu聚集而造成金相组织不合格的问题； 采用该制备方法得到的钼铜电触头材料致密度多98. 0 %，导电率为26~65 % IACS，硬度为 105 ~265HBS。
[0018] 步骤1)的原料粉末满足粉末冶金的需要即可，为提高液相烧结的效率和获 得更高致密度的钼铜电触头材料，作为优选方案，钼粉的粒径为38. 0~75. 0 ym，纯度 彡99. 9wt %。碳化钨粉的粒径为38. 0~75. 0 y m，纯度多99. 9wt %。镍粉的粒径为38. 0~ 45. 0 y m，纯度彡99. 9wt%。氯化镧粉的粒径为2. 0~38. 0 y m，纯度彡99. 9wt%。铜粉的 粒径为5. 0~45. 0 y m，纯度彡99. 5wt %。
[0019] 步骤2)压制成型的压力为200~300MPa。
[0020] 步骤3)所述保护气氛为Ar气。
[0021] 步骤3)所述烧结的温度为1250~1400°C，保温时间为2~6h。在此温度范围下， Cu粉为液相，可以促进烧结的致密化，得到高密度的材料。
[0022] 步骤3)所得电触头材料可依据需要进行后处理，可以是按照要求进行机械加工， 并经检验合格，得到电触头材料成品。
[0023] 本发明提供的电触头材料的制备方法具有烧结温度低、成本低、效率高的优点，制 得的电触头材料具有高硬度、高致密度和高导电性、高抗熔焊性，可满足微电子行业和电子 信息行业对高性能电触头铜合金的要求，可用于电阻焊电极、替代银基触头材料、电气开关 触桥、焊炬喷嘴、高压开关电器触头等领域，在机械工业、电力、国防工业和电子信息产业具 有广泛的应用前景。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0025] 实施例1
[0026] 本实施例提供的钼铜电触头材料，由以下重量百分比的组分组成：钼35. 0%，碳 化钨5.0%，镍1.0%，氯化镧1.0%，余量为铜。
[0027] 本实施例提供的上述钼铜电触头材料的制备方法，包括以下步骤：
[0028] 1)取配方量的钼粉，碳化钨粉，镍粉，氯化镧粉，铜粉，采用SZ-100型Y型混粉机将 原料充分混合3小时，得到混合料；
[0029] 2)将步骤1)所得混合料置于GCrl5钢制模具内，在Y-630T液压机上压制成型，压 制压力控制在200MPa，得到直径30mm的毛坯；
[0030] 3)将步骤2)所得毛坯放入石墨模具中，通入Ar气作保护气，在JR-50-160型高温 烧结炉中，以1250°C的烧结温度进行烧结，保温4h，得到粗品；按要求进行机械加工，经检 验合格，即得。
[0031] 所述Mo粉，粒径为60. 0~75. 0 y m，纯度彡99. 9wt%;所述WC粉，粒径为60. 0~ 75. 0 y m，纯度多99. 9wt %