一种纳米碳化钨银触头材料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种新型纳米碳化鹤银触头材料及制备工艺，属于金属基复合材料技 术领域。
【背景技术】
[0002] 由于碳化鹤的烙点高，耐电腐蚀性强，而银具有优良的导电导热性能，碳化鹤银材 料兼具有良好的耐电腐蚀性及导电导热性，因而碳化鹤银触头材料被广泛地应用于断路 器、接触器等电器开关。电触头是电器开关的核屯、元件，起接通、承载和分段电流的作用，其 性能在很大程度上决定了电器开关的性能及其运行的可靠性。电器开关要求电触头材料具 有良好的导电导热性能、低而稳定的接触电阻、良好的耐腐蚀性、高的抗烙焊能力和长的机 械寿命等特点。对于碳化鹤银触头材料，要符合高性能电器开关的要求，应达到如下要求： 碳化鹤颗粒细小并均匀地分布于银基体上;触头致密度高;触头硬度高;触头电阻率低。
[0003] 目前，碳化鹤银触头材料制造工艺有烧结法和烙渗法。烙渗法的主要步骤是在银 烙点W上的溫度下将银液体渗入碳化鹤银压巧内，由于银对碳化鹤的润湿性较差，为了利 于银的渗入通常选用中粗颗粒的碳化鹤粉，因而导致触头晶粒粗大，金相组织不够均匀，致 密度不够高，难W满足高性能电器开关的要求。烧结法的工艺流程是:碳化鹤粉、银粉混合 ^压制^烧结^复压^复烧^，该方法工艺简单、生产成本低，但由于碳化鹤和银混合粉末 晶粒不够细小且混合不够均匀，所致得的触头碳化鹤颗粒分布不均匀，致密度低。纳米材料 由于其小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观隧道效应，使纳米材料具有传统材料所不具 备的新性质、新性能。采用纳米技术制备的新材料由于组成晶粒超细，大量原子位于晶界 上，因而在机械性能、物理性能和化学性能等方面都优于普通的粗晶材料。美国制备了 AgMeO类纳米晶触头，与采用常规的粉末冶金工艺制备的AgMeO粗晶触头相比，硬度高，密度 几乎等于其理论密度，电导率高。日本制备了 AgNilO纳米晶触头材料，该材料同常规机械混 粉粉末冶金的触头材料相比，Ni粒子在Ag基体中的分布情况要细小、均匀而且弥散得多，抗 烙焊性好。中国应用高能球磨方法制备的纳米AgC触头材料，相比于传统的机械混粉工艺制 备的触头材料，其烧结致密性增加，硬度明显提高，电导率进一步提高。然而，纳米碳化鹤银 触头材料的制备及研究，国内外尚未报道。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种致密度高、硬度高、电阻 率低、抗烙焊性好的新型纳米碳化鹤银触头材料及其制备工艺。
[0005] 本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述的一种纳米碳化鹤银触头材 料，它主要由碳化鹤粉、儀粉W及银粉和硬脂酸粉经球磨后制得纳米WC/Ag复合粉体，再经 还原、压制、烧结、复压、复烧处理得到纳米碳化鹤银电触头，碳化鹤和银的重量比为:40~ 80:20~60,其中碳化鹤相颗粒尺寸为50~500nm;所述儀粉的加入量为碳化鹤粉质量百分 比的0-2% ;所述硬脂酸粉的加入量为碳化鹤银儀混合粉末质量百分比的0.5-5%。
[0006] -种如上所述纳米碳化鹤银触头材料的制备方法，该制备方法是：按配比称取碳 化鹤粉和儀粉与硬质合金球和酒精置于行星式高能球磨机中球磨12~72h，取出混合粉末 经干燥后与特定比例的银粉和硬脂酸粉混合并置于行星式高能球磨机中再球磨6~2地，所 得球磨后的纳米WC/Ag复合粉体经还原、压制、烧结、复压、复烧处理，进而得到纳米碳化鹤 银电触头;其中：行星式高能球磨机的转速为100-50化/min;
[0007] 所述酒精的用量按每化g碳化鹤儀混合粉末加入120~220ml酒精计算；
[000引所述硬质合金球与混合粉末的重量比为4:1~10:1。
[0009] 所述的硬质合金球的直径为Φ 6~Φ 20mm。
[0010] 作为优选:所述碳化鹤粉的平均粒度为1~ΙΟμπι，所述银粉的粒度为-200~-300 目；所述儀粉的平均粒度为-100~-200目；所述硬脂酸粉的平均粒度为-50~-100目。
[0011] 所述的干燥是将混合粉末置于80°C~150°C条件下烘干2~地；
[0012] 所述的还原是将球磨后的复合粉体置于氨气或氨分解气气氛下、溫度为300~500 °(：的条件下，保溫1~化；
[0013] 所述的压制是将退火后的复合粉体置于硬质合金模中压制成压巧，成型压力为2 ~4T/cm2;或在压制过程中加入现有常用量的成型剂；
[0014] 所述的烧结是将压制好的压巧放在氨气或氨分解气气氛下、溫度1000~1250°C、 升溫速度为10~20°C/min条件下，保溫时间为:2~2.化；
[0015] 所述的复压是将烧结后的毛巧置于硬质合金模中复压，复压压力为10~15T/cm2; 或再复压过程中加入现有技术中常用量的润滑剂；
[0016] 所述的复烧是将复压好的压巧置于真空气氛、溫度900~1000°C、升溫速度为10~ 20°C /min条件下，保溫时间为：1.5~化。
[0017] 本发明将碳化鹤粉和少量儀粉与硬质合金球置于行星式高能球磨机中进行球磨， 通过球磨，碳化鹤粉和儀粉混合更为均匀，晶粒得到细化，所得纳米碳化鹤儀粉末与一定配 比的银粉和硬脂酸再置于高能球磨机中进行球磨，通过球磨，碳化鹤儀粉和银粉混合更为 均匀，晶粒进一步得到细化;少量儀的加入可W提高碳化鹤银触头材料的烧结性能，再结合 纳米碳化鹤粉的弥散强化作用，可W大大提高碳化鹤银触头材料的致密度、硬度、抗电弧烧 蚀性能和抗烙焊性能。
[0018] 本发明在碳化鹤粉和银粉的球磨过程中加入少量的硬脂酸，可抑制反应物组元间 的过分冷焊，降低粉末颗粒的团聚和粘球粘壁，明显提高出粉率，改善合金粉末的均匀性， 而且硬脂酸能降低粉末颗粒发生断裂所需要的能量，更有利于粒子的细化，制备的碳化鹤 银触头材料晶粒尺寸细小，组织均匀、致密度高、硬度高、导电性能好，满足高性能电器开关 的要求。
[0019] 与现有技术相比，本发明的特点在于:本发明将碳化鹤粉和少量儀粉与硬质合金 球置于行星式高能球磨机中进行球磨特定时间，通过球磨，碳化鹤粉和儀粉混合更为均匀， 晶粒得到细化，所得纳米碳化鹤儀粉末与一定配比的银粉再置于高能球磨机中进行球磨， 通过球磨，碳化鹤儀粉和银粉混合更为均匀，晶粒进一步得到细化。少量儀的加入可W提高 碳化鹤银触头的烧结性能，再结合纳米碳化鹤粉的弥散强化作用，可W大大提高碳化鹤银 触头材料的致密度、硬度、抗电弧烧蚀性能和抗烙焊性能；
[0020] 本发明硬脂酸的加入主要是抑制反应物组元间的过分冷焊，降低粉末颗粒的粘 结，明显提高出粉率，改善合金粉末的均匀性;而且硬脂酸能降低粉末颗粒发生断裂所需要 的能量，更有利于粒子的细化；
[0021] 与现有烧结相比，所得触头材料的晶粒更细小，金相组织更均匀，致密度和硬度更 高，抗电弧烧损能力也更高，且电阻率更低；
[0022] 与现有烙渗法相比，可W制备银和碳化鹤质量比更宽的触头材料，且所得的触头 材料晶粒更细小，金相组织更均匀，致密度和硬度更高，抗电弧烧损能力也更高，且电阻率 更低；
[0023] 与采用化学反应的方式制造碳化鹤银混合粉末结合烙渗制造碳化鹤银触头的方 法相比，整个制造过程不产生任何废水及其他废弃物，而且工艺更为简单。
【附图说明】
[0024] 图1为原始WC和Ag混合粉末的沈Μ图片。
[0025] 图2为球磨60h后，、纳米碳化鹤儀复合粉末的SEM图片。
[0026] 图3为本发明实例3制备得到的纳米碳化鹤银触头材料的金相组织图。
【具体实施方式】
[0027] 本发明所述的一种纳米碳化鹤银触头材料，它主要由碳化鹤粉、儀粉W及银粉和 硬脂酸粉经球磨后制得纳米WC/Ag复合粉体，再经还原、压制、烧结、复压、复烧处理得到纳 米碳化鹤银电触头，碳化鹤和银的重量比为:40~80:20~60，其中碳化鹤相颗粒尺寸为50 ~500nm;所述儀粉的加入量为碳化鹤粉质量百分比的0-2% ;所述硬脂酸粉的加入量为碳 化鹤银儀混合粉末质量百分比的0.5-5%。
[00%] -种如上所述纳米碳化鹤银触头材料的制备方法，该制备方法是：按配比称取碳 化鹤粉和儀粉与硬质合金球和酒精置于行星式高能球磨机中球磨12~72h，取出混合粉末 经干燥后与特定比例的银粉和硬脂酸粉混合并置于行星式高能球磨机中再球磨6~2地， 所得球磨后的纳米WC/Ag复合粉体经还原、压制、烧结、复压、复烧处理，进而得到纳米碳化 鹤银电触头;其中：行星式高能球磨机的转速为100-50化/min;
[0029] 所述酒精的用量按每化g碳化鹤儀混合粉末加入120~220ml酒精计算；
[0030] 所述硬质合金球与混合粉末的重量比为4:1~10:1。
[0031] 所述的硬质合金球的直径为Φ 6~Φ 20mm。
[0032] 本发明所述的碳化鹤粉的平均粒度为1~ΙΟμπι，所述银粉的粒度为-200~-300目； 所述儀粉的平均粒度为-100~-200目；所述硬脂酸粉的平均粒度为-50~-100目；
[0033] 所述的干燥是将混合粉末置于80°C~150°C条件下烘干2~地；
[0034] 所述的还原是将球磨后的复合粉体置于氨气或氨分解气气氛下、溫度为300~500 °(：的条件下，保溫1~化；
[0035] 所述的压制是将退火后的复合粉体置于硬质合金模中压制成压巧，成型压力为2 ~4T/cm2;或在压制过程中加入现有常用量的成型剂；
[0036] 所述的烧结是将压制好的