银－镍电触头制造工艺的制作方法

专利名称：银－镍电触头制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电器控制元件的生产工艺领域。尤其涉及一种采用“球磨-共沉法”制备银镍电触头原材料粉末、同时在高速剪切乳化机辅助下添加微量的稀土元素以实现优良的灭弧效应的银-镍电触头制造工艺。
背景技术：
电触头是电器控制系统中的重要元件，它担负着接通与分断电流的任务，其性能直接影响控制系统及信号传导系统工作的可靠性、稳定性和精确性。
目前，在种类繁多的电触头材料中，银-氧化物(AgMeO)系列产品由于具有优异的性能而获得了广泛的应用。尤其是银氧化镉AgCdO材料，在低压电器中广泛使用；因其具有优越的抗熔焊和耐电弧侵蚀特性，成为最重要的电触头材料；目前电触头行业称其为“万能”触头材料。然而，由于其中的镉是一种有毒物质，不但会污染环境，还会对人体健康造成损害。因此欧盟在2002年就制定了指令，即《关于在电子电器设备中禁止使用某些有害物质指令》(ROHS)，要求在2006年7月1日以后投放欧盟市场的电气和电子产品不得含有铅、汞、镉、六价铬等6种有害物质。由于AgCdO触头在电子行业的应用十分广泛，因此这项指令对中国电子行业的出口造成严重影响。为此中国信息产业部也开始组织相关企业进行主要电子信息产品中这些有害物质的替代研究，以便到2006年7月1日前跨越欧盟的绿色环保壁垒，同时制定了《电子信息产品污染防治管理办法》，要求自2006年7月1日起，列入电子信息产品污染重点防治目录的电子信息产品中不得含有铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯(PBB)、聚合溴化联苯乙醚(PBDE)及其他有害物质。实际上欧洲自80年代初就已经开始在研究AgCdO触头材料的替代工作，在进行了大量的试验之后，发现在继电器领域银-镍(Ag-Ni)是最合适的材料。然而由于技术和成本上的原因，银-镍(Ag-Ni)一直未得到大规模应用。尤其是国内市场，仍是AgCdO处于主导地位。
此外，随着低压电器向小型化、高可靠性、长寿命方向的发展，AgCdO触头材料也暴露出抗熔焊性能差，电弧侵蚀严重等缺点。但是因为Ag-Ni粉体加工成丝材时加工性能比较差、且电性能很难突破，所以目前国内Ag-Ni替代AgCdO工作开展相当缓慢。

发明内容
本发明的目的就是针对现有技术中存在的问题，提供一种采用“球磨-共沉法”制备银镍电触头原材料粉末、同时在高速剪切乳化机辅助下添加微量的稀土元素从而提高产品综合电性能的银-镍电触头制造工艺。
本发明的目的是通过提供一种具有如下银-镍电触头制造工艺而实现的，它由所述的银-镍材料的粉体制备工程与所述的银-镍粉体烧结、拉丝、打铆钉工程组成。所述的银-镍材料的粉体制备工程包括备料、置换反应、粉末清洗与烘干过筛、废液处理、球磨粉碎及还原处理工序；所述的备料工序中添加有稀土元素；所述的添加稀土元素是铼或铈元素；所述的添加稀土元素的质量百分比为0.4～1％的铼或铈元素。
所述的银-镍粉体烧结、拉丝、打铆钉工程包括等静压机成型粉末锭、烧结、复压与挤压、热拉丝、打铆钉工序。
所述的备料工序是由纯度≥99.95％的纯银块铸成碎粒或切成碎屑，颗粒小于5mm；纯度≥99.5％的纯镍轧制成1mm厚薄片、切成5mm～10mm不等块；其数量为纯银8.92kg、纯镍1kg、铼粉0.04kg、铈粉0.04kg；银屑及镍块分别用加热至沸点的去离子水清洗干净；工业一级硝酸16L加入去离子水16L并将硝酸溶液加热到大约80℃后关掉电炉；先将镍块溶解；然后分批将纯银屑加入到酸液中，使其全部溶解；溶解后将溶液在搅拌机中搅拌半小时，使之均匀；另将10.5Kg分析纯碳酸纳，倒入盛有大约20L的去离子水的不锈钢桶中，加热到70~80℃，使碳酸纳完全溶解；将硝酸银、硝酸镍混合溶液用涤纶布过滤二次，然后加入30L去离子水将混合液稀释；分析纯碳酸纳溶液用15L左右去离子水稀释。
所述的置换反应工序是将所述的硝酸银、硝酸镍混合溶液及所述的碳酸钠溶液分别加热到40～60℃；将所述的硝酸银、所述的硝酸镍混合溶液在中频搅拌机中搅拌，所述的搅拌机转速为1000～1200转/分；再均匀地加入所述的铼、铈粉末；然后缓缓加入碳酸钠溶液，使其反应后共沉淀生成碳酸银和碳酸镍；待搅拌桶中溶液的PH值到7～8时即止；所述的反应结束后再继续通过所述的中频搅拌机搅拌0.5小时，使之均匀后进行二次过滤。
所述的碳酸钠溶液添加控制其流出量在0.5～0.8升/分钟，喷头面积达到0.07平方米以上。
所述的球磨粉碎工序是将所述的烘干好的银-镍粉末用球磨机进行球磨，所述的球磨机转速控制在200～250r/min，所述的球磨时间为2～3小时。
所述的还原处理工序是将球磨好的所述的银-镍粉在氢气炉中进行还原处理；还原温度为520℃；还原时间为12小时；所述的氢气炉中通氢压力为0.08～0.1兆帕。
所述的等静压机成型粉末锭工序是将过筛还原好的银-镍粉末装在密封的塑料套中放在200吨等静压机油中压成粉末锭，所述的油压控制为12～14兆帕。
所述的烧结工序是把压好的银镍锭在氮气保护炉中烧结，烧结温度控制在600～620℃，保温2～3小时；然后用630吨挤压机对煅烧好的银-镍锭进行复压，压力控制在12～13兆帕。
与现有技术相比，本发明的优点在于1.电触头的灭弧效应佳、抗熔焊性、耐电弧侵蚀性能优良，从而大大提高了产品的综合电性能；2.无毒、不会污染环境的环保型产品，且使用可靠性好、工作寿命较长；3.制造成本低，产品价格比国外进口的同类产品降低250～300元/公斤。


图1为本发明的工艺流程图；具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
图1示出本发明的银-镍电触头制造工艺的一个实施方式。
银-镍触头材料是近年发展起来的一种环保型材料，其抗熔焊性、耐电弧侵蚀性能均较好，可以满足电器运行中的高可靠性、长寿命的要求。随着人们环保意识的增强，在小功率温控器、继电器等领域银-镍电触头材料代替AgCdO电触头材料将是大势所趋。
银-镍电触头材料生产比较成熟的工艺主要有三种混粉、球磨、共沉法。其中混粉、球磨工艺生产的银-镍触头原材料不均匀，严重影响产品的加工性能与电性能；采用共沉法工艺生产的银-镍触头原材料主要是粉末太细，后续加工困难，难以清洗、拉丝。
本发明的银-镍电触头制造工艺开发过程中，主要研究了德固赛(DEGUSSA)公司的化学沉积法(专利DE10017282、EP1142661，2002年)及相关的美国专利(United StatesPatent 5,846,288，1998年)，并对国际、国内企业和研究单位的成果进行了总结和分析，在此基础上，结合自己的优势，联合继电器、开关行业的相关企业，经过近两年的开发，以“共沉-球磨法”制备的银-镍复合粉末采用特定的粉末冶金技术制得的产品具有较好的加工性能，能够进行拉丝(热拉——新工艺)、打铆钉(银-镍/铜复合铆钉表面无裂纹)，且电性能指标可以满足用户要求，即在直流电流20～80安培、开断1500次以上不发生熔焊。
本发明的银-镍电触头制造工艺是采用“共沉-球磨法”制备银-镍电触头原材料粉末生产工艺；控制微量的稀土元素(铼、铈)在银-镍材料中的分布状态及均匀性的方法，以达到加强银镍电触头产品的灭弧效应，使最终电触头具有更优良的电性能。
并将上述方法制备出来的电触头原材料粉末采用特定的粉末冶金方法制造性能优良的银镍丝材及各种形状的触头，具有良好的电性能。
本发明银-镍电触头制造工艺的作业流程是由①粉体制备工程与②烧结、拉丝、打铆钉工程两个部分组成；其中①粉体制备工程包含1-备料 2-置换反应 3-粉末清洗 4-烘干过筛 4A-废液处理 5-球磨粉碎 6-还原处理；②烧结、拉丝、打铆钉工程包含7-等静压机油中压成粉末锭 8-烧结 9-复压10-挤压 11-热拉丝打铆钉；上述工艺的作业流程如图1所示。
上述的作业流程的规范与具体要求是1-备料 纯银块纯度≥99.95％，铸成碎粒或切成碎屑，颗粒小于5mm。纯镍纯度≥99.5％，轧制成1mm厚薄片，切成5mm～10mm不等块。数量纯银8.92kg、纯镍1kg、铼粉0.04kg、铈粉0.04kg；银屑及镍块分别用去离子水(加热至沸点)清洗干净；工业一级硝酸16L，加入去离子水16L。将硝酸溶液加热到80℃左右，关掉电炉。先将镍块溶解；然后分批将纯银屑加入到酸液中，使其全部溶解；溶解后将溶液在搅拌机中搅拌半小时，使之均匀；溶解全过程均必须开启抽气系统排气；另将10.5Kg分析纯碳酸纳，倒入盛有20L左右去离子水的不锈钢桶中，加热到70～80℃，使碳酸纳完全溶解。将硝酸银、硝酸镍混合溶液用涤纶布过滤二次，然后加入30L去离子水将混合液稀释；分析纯碳酸纳溶液用15L左右去离子水稀释。
2-置换反应 将硝酸银、硝酸镍混合溶液及碳酸钠溶液分别加热到40～60℃；将硝酸银、硝酸镍混合溶液在中频搅拌机中搅拌，搅拌机转速为1000～1200转/分；再均匀地加入铼、铈粉末；然后缓缓加入碳酸钠溶液，使其反应后共沉淀生成碳酸银和碳酸镍；(碳酸钠应通过自制喷务器缓慢均匀地加入，并控制其流出量在0.5～0.8升/分钟)，待搅拌桶中溶液的PH值到7～8时即止；反应结束后再继续通过中频搅拌机搅拌0.5小时，使之均匀后进行二层过滤。
3-粉末清洗 在抽干缸中放入二层过滤布袋，将已过滤的共沉淀湿粉倒入布袋中，然后倒入70～80℃左右的去离子水清洗，用手工搅拌翻动(也可用不锈钢盆搅拌翻动，清洗后再倒入抽干缸中)；待水分沥去些后，即开启抽干泵，将水份抽干，如此反复多次清洗，使清洗液PH值达到6.5～7.5，电导率达到≤190μS/cm。
4-烘干过筛 将碳酸银和碳酸镍湿粉装入不锈钢盘中，装盘厚度≤40mm，在电热烘箱中以140～160℃烘干，保温30-40h；将烘干后的粉用手掰成约1cm左右小块，再入瓷盆中，放入空气炉中进行焙烧，温度为480～580℃，保温5～6h。待碳酸镍完全氧化成黑色后，用80目粉筛进行过筛；将黑粉在盆中进行去离子水搅拌清洗后倒入放有过滤布的抽干缸中进行抽干，如此反复多次，将黑粉清洗到电导率达到≤20μS/cm，PH值为6.5～7.5；再将清洗后的黑湿粉装入不锈钢盘中，厚度≤30mm，在电热烘箱中，以150℃烘干，保温30-40h。
4A-废液处理 将化学制粉反应及清洗后的硝酸铜、硫酸等废液倒入沉淀桶中，加入NaOH片碱，使之反应沉淀，NaOH的加入量以反应溶液的PH值达到9～10为止；反应沉淀的废渣用抽滤机进行抽干，废渣装袋后按环保规定进行处理。
5-球磨粉碎 将烘干好的银-镍粉末加入高性能行星式球磨机进行球磨，转速控制在200-250r/min，球磨时间在2-3小时。
6-还原处理 将球磨好的银-镍粉在氢气炉中进行还原处理；粉末的还原处理工艺参数按表1规定要求表1银-镍粉在氢气炉中还原处理工艺参数

银-镍粉还原后应呈银灰色，否则需重新还原；AgNi(10)粉还原后过80目筛；还原用料盘材料应采用不锈钢，必要时装料前先进行酸洗；炉胆工作有效尺寸为Φ400×450。AgNi(10)粉Ag≥89.0％，Ni±1％、杂质总量≤0.3％、过80目筛。
7-等静压机油中压成粉末锭 将过筛还原好的银-镍粉末在装在密封的塑料套中放在200吨等静压机油中压成粉末锭(油压控制在12～14兆帕)。
8-烧结 把压锭好的银镍锭在氮气保护炉中烧结，烧结温度控制在800～820℃，保温2～3小时；然后用630吨挤压机对煅烧好的银-镍锭进行复压，压力控制在12~13兆帕。
10-挤压、11-热拉丝打铆钉 将复压好的银-镍锭放在氮气保护炉中保温2～3小时(温度控制在900～920℃)之后用630吨挤压机挤压成Φ7.8mm丝材，然后在根据相应的电触头铆钉规格进行热拉丝、打铆钉。
本发明的银-镍电触头制造工艺的主要控制点是(1)添加0.4～1％稀土元素铼或铈元素，以提高电触头产品的使用寿命。
(2)在中频率剪切混合添加碳酸钠溶液时，使用自制特性喷务器进行添加，控制其流出量在0.5～0.8升/分钟，喷头面积达到0.07平方米以上，使反应均匀、一致。
(3)球磨粉碎时使用高性能行星式球磨机，转速控制在200～250r/min，以便增大银与镍之间的结合力及增大粉体的颗粒，便于后续热拉丝处理。
本发明的银-镍电触头制造工艺是应用“共沉-球磨法”制备银镍电触头原材料粉末生产工艺。通过“球磨-共沉法”制备银镍电触头原材料粉末，同时在高速剪切乳化机辅助下添加微量的稀土元素(铼、铈)及其他添加剂，提高电触头产品灭弧效应，从而提高产品的电性能。此外，利用高频球磨机将上述方法制备的粉末进行球磨处理，以进一步增大银与镍之间的结合力及增大粉体的颗粒，便于后续热拉丝处理。本发明的银-镍电触头可以替代进口同类高档的电触头产品，同时销售价格比国外进口产品低250-300元/公斤。
权利要求
1.一种银-镍电触头制造工艺，它由所述的银-镍材料的粉体制备工程与所述的银-镍粉体烧结、拉丝、打铆钉工程组成；其特征在于a.所述的银-镍材料的粉体制备工程包括备料、置换反应、粉末清洗与烘干过筛、废液处理、球磨粉碎及还原处理工序；b.所述的备料工序中添加有稀土元素；c.所述的银-镍粉体烧结、拉丝、打铆钉工程包括等静压机油中压成粉末锭、烧结、复压与挤压、热拉丝打铆钉烧结、拉丝、打铆钉工序。
2.根据权利要求1所述的一种银-镍电触头制造工艺，其特征在于所述的添加稀土元素是铼或铈元素。
3.根据权利要求2所述的一种银-镍电触头制造工艺，其特征在于所述的添加稀土元素的含量是添加质量百分比为0.4～1％的铼或铈元素。
4.根据权利要求1所述的一种银-镍电触头制造工艺，其特征在于所述的备料工序是由纯度≥99.95％的纯银块铸成碎粒或切成碎屑，颗粒小于5mm；纯度≥99.5％的纯镍轧制成1mm厚薄片、切成5mm～10mm不等块；其数量为纯银8.92kg、纯镍1kg、铼粉0.04kg、铈粉0.04kg；银屑及镍块分别用加热至沸点的去离子水清洗干净；工业一级硝酸16L加入去离子水16L并将硝酸溶液加热到大约80℃后关掉电炉；先将镍块溶解；然后分批将纯银屑加入到酸液中，使其全部溶解；溶解后将溶液在搅拌机中搅拌半小时，使之均匀；另将10.5Kg分析纯碳酸纳，倒入盛有大约20L的去离子水的不锈钢桶中，加热到70～80℃，使碳酸纳完全溶解；将硝酸银、硝酸镍混合溶液用涤纶布过滤二次，然后加入30L去离子水将混合液稀释；分析纯碳酸纳溶液用15L左右去离子水稀释。
5.根据权利要求1或4所述的一种银-镍电触头制造工艺，其特征在于所述的置换反应工序是将所述的硝酸银、硝酸镍混合溶液及所述的碳酸钠溶液分别加热到40～60℃；将所述的硝酸银、所述的硝酸镍混合溶液在中频搅拌机中搅拌，所述的搅拌机转速为1000～1200转/分；再均匀地加入所述的铼、铈粉末；然后缓缓加入碳酸钠溶液，使其反应后共沉淀生成碳酸银和碳酸镍；待搅拌桶中溶液的PH值到7～8时即止；所述的反应结束后再继续通过所述的中频搅拌机搅拌0.5小时，使之均匀后进行二次过滤。
6.根据权利要求4所述的一种银-镍电触头制造工艺，其特征在于；所述的碳酸钠溶液添加控制其流出量在0.5～0.8升/分钟，喷头面积达到0.07平方米以上。
7.根据权利要求1所述的一种银-镍电触头制造工艺，其特征在于所述的球磨粉碎工序是将所述的烘干好的银-镍粉末用球磨机进行球磨，所述的球磨机转速控制在200～250r/min，所述的球磨时间为2～3小时。
8.根据权利要求1所述的一种银-镍电触头制造工艺，其特征在于所述的还原处理工序是将球磨好的所述的银-镍粉在氢气炉中进行还原处理；还原温度为520℃；还原时间为12小时；所述的氢气炉中通氢压力为0.08～0.1兆帕。
9.根据权利要求1所述的一种银-镍电触头制造工艺，其特征在于所述的等静压机油中压成粉末锭工序是将过筛还原好的银-镍粉末装在密封的塑料套中放在200吨等静压机油中压成粉末锭，所述的油压控制为12～14兆帕。
10.根据权利要求1所述的一种银-镍电触头制造工艺，其特征在于所述的烧结工序是把压好的银镍锭在氮气保护炉中烧结，烧结温度控制在800～820℃，保温2～3小时；然后用630吨挤压机对煅烧好的银-镍锭进行复压，压力控制在12～13兆帕。
全文摘要
一种银－镍电触头制造工艺，它是应用“共沉－球磨法”制备银镍电触头原材料粉末，由银－镍材料的粉体制备工程与银－镍粉体烧结、拉丝、打铆钉工程组成；粉体制备工程包括备料、置换反应、粉末清洗与烘干过筛、废液处理、球磨粉碎及还原处理工序；备料工序中添加质量百分比为0.4～1％的铼或铈的稀土元素；球磨粉碎工序是将烘干好的银－镍粉末用球磨机进行球磨，球磨机转速为200～250r/min，球磨时间为2～3小时；银－镍粉体烧结、拉丝、打铆钉工程包括在等静压机油中压成粉末锭、烧结、复压与挤压、热拉丝打铆钉工序；本发明的优点是产品的灭弧效应佳、抗熔焊性、耐电弧侵蚀性能优良；产品的使用可靠性好、工作寿命较长、制造成本低；产品价格比国外进口的同类产品降低250～300元/公斤。
文档编号H01H11/04GK1848323SQ200610049919
公开日2006年10月18日 申请日期2006年3月17日 优先权日2006年3月17日
发明者乐百令 申请人:乐百令