专利名称：：含稀土的滑动电接触材料和电接触金属复合材料的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种滑动电接触材料，特别涉及一种含稀土的滑动电接触材料和电接触金属复合材料。
背景技术：
：滑动式电接触材料工作过程中所受到的负荷十分复杂。特别是在微电机换向器和电刷片组件的工作条件下，其主要载荷是载电条件下的滑动磨损，但是在电流换向的瞬间，换向器和电刷片会断开，因此存在着"闭合-开断"的变换，随着电机转速的升高，这一变换频率提高，由此产生的电弧作用不容忽视。电接触材料也因此而承受滑动磨损和电弧侵蚀的双重作用。同时，电接触过程中由于机械摩擦和电流作用所产生的高温会使加工硬化态的材料产生再结晶，降低其硬度和耐磨性；环境中存在的有机蒸汽、硫、氯等腐蚀性介质造成材料表面腐蚀，增大接触电阻，进一步加大接触面温升和磨损速率。直流电动机换向器的主要磨损形式是粘着磨损和磨粒磨损。粘着磨损是换向器表面材料与电刷片表面粘附并被撕裂而转移到电刷片表面，这些转移过去的材料在继续摩擦过程中发生加工硬化而成为磨料，又对换向器表面新露出的表面造成磨粒磨损。在磨损过程中，还有一部分从换向器表面脱落下来的颗粒没有转移到电刷片表面，而是游离与换向器和电刷片的间隙中，这些颗粒也会造成换向器的磨粒磨损。另外，在磨损过程中脱落下来的颗粒还会随着换向器与电刷片的相对旋转而移动到换向器极片间的沟槽部位，当大量颗粒聚集在沟槽时，就会造成极片的短路，使微电机死机，如果有因磨损而产生针状颗粒，这种现象就会更加严重。电弧对换向器材料的损伤主要集中在沟槽附近的极片边缘。它一方面使材料温度急剧升高而发生软化甚至熔化，极大地加速磨损过程，造成极片边缘材料很快损耗；另一方面使聚集在沟槽中的磨屑颗粒表面熔化而相互焊接，或者造成磨屑颗粒的烧结，从而使小颗粒固结成大颗粒，并与换向器极片边缘形成冶金连接，造成极片早期短路，致使微电机死机。针对上述微电机换向器材料的磨损特点，目前已经开发出AgCu、AgCuNi等系列合金应用于微电机的换向器等领域。在此1^出上，中国专利96190113.6发明了一种AgPdCuNi合金，其成分为(重量％):0.1-1.5Pd、3-10Cu、O.l-lNi、余量为Ag。以进一步提高合金的耐磨性，同时保持抗硫化和电接触等性能不变。但是，使用中仍然发现这种材料在高温、负载条件下的使用寿命难以满足要求，采用这类材料制作的换向器装配的微电机，在寿命试验中转速和电流严重波动、电机早期死^/L等现象时有发生。在纯Ag和AgCuNi、AuCuNi等合金中添加稀土以改善其组织性能，用于电接触领域的技术已经见诸报道。通过添加稀土，这些电接触材料的晶粒得到了细化，成分更加纯净、均匀，硬度、强度和耐磨性均有所提高，抗电弧能力和耐腐蚀能力增强。但是，在AgPdCuNi合金中添加稀土以提高材料在高温、负载条件下的使用寿命尚未见报道。
发明内容本发明的目的是提[种含稀土的滑动电接触材料，采用所述材料复合的电接触金属复合材料，制备直流电动机换向器的工作面或中间过渡层，在高温、负载条件下具有高耐磨性、抗电弧性能好，使用寿命长的优点。本发明的技术方案是含稀土的滑动电接触材料，由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag组成，各组分质量百分含量为PdO.5-1.5%;Cu3.0-9.0%;Ni0.2-0.9%;稀土元素0.02~0.50%;余量为Ag。本发明较好的技术方案有以下三组第一组Pd、Cu、Ni、稀土和Ag各组分质量百分含量为PdO.7-1.4%;Cu3.5-4.5%;NiO.3-0.5%;稀土元素0.02~0.50%;余量为Ag。第二组Pd、Cu、Ni、稀土和Ag各组分质量百分含量为PdO.7-1.4%;Cu5.5-6.5%;NiO.3-0.6%;稀土元素0.02~0.50%;余量为Ag。第三組Pd、Cu、Ni、稀土和Ag各组分质量百分含量为PdO.7-1.4%;Cu7.5-8.5%;NiO.4-0.7°/。；稀土元素0.02~0.50%;余量为Ag。所述稀土元素为Y、La、Ce、Sm、Eu中的一种或几种。本发明的含稀土的滑动电接触材料制备工艺为1)采用真空感应炉熔炼制备上述合金，其中稀土元素可以中间合金形式加入，也可以纯稀土形式加入。2)将制备的含稀土的滑动电接触材##^^开坯、轧制后，采用热轧复合技术,与铜或铜M复合制成两层复合带材，含稀土的滑动电接触材料为工作层，铜或铜*为基层。3)将制备的含稀土的滑动电接触材料铸锭经开坯、轧制后，采用热牝复合技术,与含金M复合以后，再采用热轧复合技术，与铜或铜*复^寸成三层复合带材。这种复合带材中，含金^^层为工作层，本发明的含稀土的滑动电接触材料为中间过〉狄，铜或铜娃为絲。由于稀土元素性质活泼，在熔炼过程中能够与合金中的杂质反应形成高熔点化合物，在熔体中上浮或下沉，从而易于去除，达到净化合金的目的；另夕卜，稀土元素可以提高合金的再结晶温度，抑制其在高温条件下的软化，从而提高耐磨性；并且稀土元素还可以细化晶粒、提高合金的高温抗氧化性和抗电弧能力。因此，本发明所述的材料中添加稀土可以显著改善合金的耐磨性和电接触性能，多种稀土同时使用，可以产生优势互补作用，能够更为有效地改善合金性能。但是，过多的稀土容易导致合金中的化合物和析出相增加，引起夹杂物含量偏高和合金脆化，会增大接触电阻以及造成加工困难，所以将稀土的总含本发明的优点为1)采用本发明的含稀土的滑动电接触材料制作微电机换向器，具有更好的耐磨性、高温抗氧化性和抗电弧能力，适合于高温(65-"。C)、负载(力矩为10-15g.cm)^f牛下工作的微电机中^J^。2)本发明的含稀土的滑动电接触材料可以采用"fit真空熔炼工艺制造，设备和工艺技术不需要特殊的丈造，生产中易于实施。3)利用本发明的含稀土的滑动电接触材料制作两层或三层复合材料时，可以采用普遏的银*/铜*电接触(两种^r之间的杀+线"/"表示两者间的界面，下同。)复合带材，以及金*/银*/铜#电接触复合带材的工艺和设备进行生产，技术易于掌握和实施。4)由于添加的稀土元素很少，工艺和设备均无特殊要求，所以本发明的含稀土的滑动电接触材料在提高性能的同时，不会增加生产成本。M实施方式在真空感应炉中，按照下表的配方取各组分物料，用常规的冶炼电接触材料的方法熔炼制备本发明所述含稀土的滑动电接触材料。表l:滑动电接触材料的成分单位重量百分比(wt°/)序号PdCuNiCeSmEuAg10.94.20.350.11——一94.4420.94.20.35-0.12——94.4330.94.20.350.070.06——95.3241.24.50.350.050.06一93.8451.06.30.41—0.13-一92.1661.16.50.450.050.08-—91.8271.16.50.45-0.07-0.0891.807<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>备注制^^r时按照每炉5Kg@e4+，各金属的重量配比按照表1所示计#^#。取按照1-9号配方得到的含稀土的滑动电接触材料，分别与铜复合成层状复合材料，并轧制成层厚0.03mm,总厚0.25mm的带材，得到1-9号带材。所述带材分别用于制作成微电机三极换向器，将该换向器装配在微电机中，其对应的电刷片材料牌号为AgPd50/BZn18-26。在如下测试条件测试测试温度7(TC测试负荷15gcm测试电压4V测试时间300h运转方式断续(开ls、停ls)测试电初4丈量10台测试过程中，通过^r测电才M链和电流的变化来判定电机的工作状态，出现4链或电流超标或无法启动时均判定为寿命终止。测试结果々口下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>釆用1号含稀土的滑动电接触材料作为复合带材的中间层，在该^^表面再复合O.0015mm的牌号为AuAg40合^^故工作层。用上述测试条件，测试检测电积4鍵和电流的变化，其中将测试的时间延长为450h。测试结果显示，10台电机均达到寿命要求，450h内各项指标均在合格范围内。结论上述测试结果表明，本发明的含稀土电接触合金具有良好的耐磨性、抗电弧性和电接触性能，用该合金制作的微电机换向器在高温、负载、断续工作条件下，显示出良好的使用效果，完全满足寿命要求。权利要求1.含稀土的滑动电接触材料，其特征在于所述材料由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag组成，各组分质量百分含量为Pd0.5-1.5％；Cu3.0-9.0％；Ni0.2-0.9％；稀土元素0.02～0.50％；余量为Ag。2.根据权利要求1所述的含稀土的滑动电接触材料，其特征在于所述材料由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag组成，各组分质量百分含量为Pd0.7-L4%;Cu3.5-4.5%;Ni0.3-0.5%;稀土元素0.02~0.50%;余量为Ag。3.根据权利要求1所述的含稀土的滑动电接触材料，其特征在于所述材料由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag组成，各组分质量百分含量为Pd0.7-1.4%;Cu5.5-6.5%;Ni0.3-0.6%;稀土元素0.02~0.50%;余量为Ag。4.根据权利要求1所述的含稀土的滑动电接触材料，其特征在于所述材料由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag组成，各组分质量百分含量为Pd0.7-1.4%;Cu7.5-8.5%;Ni0.4-0.7%;稀土元素0.02~0.50%;余量为Ag。5.根据权利要求1—4任一项所述的含稀土的滑动电接触材料，其特征在于所述稀土元素为Y、La、Ce、Sm、Eu中的一种或几种。6.电接触金属复合材料，它由在铜或铜合金的基层上复合权利要求l一4中的任一项所述的含稀土的滑动电接触材料组成，其中含稀土的滑动电接触材料为工作层。7.电接触金属复合材料，用权利要求l一4中的任一项所述的含稀土的滑动电接触材料与金或金合金复合得到复合材料，所述复合材料再与铜或铜合金复合，其中铜或铜合金为基层基层，含稀土的滑动电接触材料为中间层，金或金合金为工作层。8.—种直流电动机，用权利要求6或7所述的复合材料制备换向器。全文摘要本发明涉及一种含稀土的滑动电接触材料，所述材料由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag组成，各组分质量百分含量为Pd0.5-1.5％；Cu3.0-9.0％；Ni0.2-0.9％；稀土元素0.02～0.50％；余量为Ag。本发明所述材料具有良好的耐磨性和抗电弧能力，是优良的滑动电接触材料，适合于制作直流电动机的换向器。文档编号H01H1/021GK101676422SQ20081007032公开日2010年3月24日申请日期2008年9月18日优先权日2008年9月18日发明者徐永红,杨贤军,勇王,秦秀方,应章申请人:重庆川仪自动化股份有限公司