专利名称：银基合金层及银基合金层复合材料,制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及合金复合材料领域，尤其涉及一种银基合金层，以及一银基合金层状 复合材料，及它们的制备方法和应用。
背景技术：
微电机使用寿命的长短主要由换向器决定，而其中最关键的是换向器材料的性 能，传统的微电机换向器材料主要是AgCu4Nic^a5*基体的贵金属合金与TU复合的层状复 合材料，贵金属合金层Ag含量约95%，为提高贵金属合金层的强度、硬度及而磨性，人们通 常采用弥散强化的方法在合金中加入稀土形成稀土化合物及在合金中原位生成陶瓷相。以 上方法使合金的强度、硬度及耐磨性有了极大的提高，但贵金属层合金中Ag含量依然保持 在高于94%，电阻率2. 3-3. 5 μ Ω . cm。众所周知，弥散强化的材料一般加工性能差、熔炼难 度大，成品率较低，同时电阻率较基体合金有所提高。使其在实际的应用中受到一定的限 制。现有技术中(昭63-166939、CN100552069C、CN101217226A 和 CN1150861A)的银基 合金复合材料中Ag、Au或Pd含量都在90%以上。若大幅降低银基合金复合材料中Ag、Au 或Pd的含量，会导致材料综合性能大幅下降。综上所述，现有技术中尚未研究出能够大幅 节约贵金属材料且特别适用于微电机换向器的材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服了现有的用弥散强化法制得的适用于微电机 换向器的材料中Ag含量高，使得材料成本居高不下，且弥散强化型材料的加工性能差、熔 炼难度大、成品率较低等缺陷，提供了一种用固溶强化和时效强化的方法得到的银基合金 层状复合材料及其制备方法和应用，本发明的银基合金层状复合材料中Ag含量低，未使用 更为昂贵的贵金属材料Au、Pt和Pd，且在该材料的电学性能不显著下降的同时，使其强度、 硬度及耐磨性能大幅度提高，较大幅度地节约了昂贵的贵金属材料，使成本明显下降。本发明通过下述技术方案解决上述技术问题。本发明提供了一种银基合金层，其配方为含有铜27 29%;镍1. 1 1. 9%，较佳 的为1. 5 1. 75% ；以及银，银补足质量百分比至100% ；所述的百分比为相对于所述银基 合金层质量的百分比。在本发明一较佳的实施方式中，所述银基合金层的配方中还含有稀土元素铈 (Ce)、镧(La)和钐(Sm)中的一种或多种。所述的稀土元素的含量较佳的为所述银基合金 层质量的0. 05 0. 10%。所述的稀土元素能够进一步提高银基合金层的抗电蚀能力和耐 磨性。在本发明另一较佳的实施方式中，所述的银基合金层由铜、镍、银和稀土元素组 成，所述的稀土元素为铈、镧和钐中的一种或多种；所述铜的含量为27 29%;镍的含量为 1. 1 1. 9%，较佳的为1. 5 1. 75%;所述的稀土元素的含量为0. 05 0. 10%;银补足质量百分比至100% ；所述百分比为相对于所述银基合金层质量的百分比。本发明的银基合金层较佳地采用下述方法制得按上述配方，将金属原材料进行 真空熔炼后浇铸，在真空状态下于720 750°C固溶热处理2. 5 3小时，出炉后快速水冷， 表面处理，冷轧开坯，在真空或还原气氛下于720 750°C退火，出炉后快速水冷，轧制，表 面处理后得到银基合金层。较佳的，所述的银、铜、镍、铈、镧和钐可先用本领域中常规使用的金属原材料， 其纯度分别较佳地为Ag 彡 99. 99 %, Cu ^ 99. 99 %, Ni ^ 99. 99 %, Ce ^ 99. 95 %， La彡99. 95%，Sm彡99. 95%。上述所有金属元素中的杂质含量均必须严格控制在如下范 围内Fe 彡 0. 003%, Pb 彡 0. 002%, Sb 彡 0. 002%, Bi 彡 0. 002%。其中，所述的真空熔炼、浇铸、表面处理、冷轧开坯和轧制工艺均可根据本领域常 规方法进行。所述的冷轧开坯较佳的为使两次退火间的银基合金层的总变形量不超过 50%。所述的表面处理主要采用钢丝刷或砂纸等去除材料表面氧化点、黑点或杂物等缺陷。 所述的快速水冷较佳地为用冷水冷却，更佳地为用冰水冷却。所述固溶热处理后的快速水 冷能够形成过饱和固溶体，以避免固溶的镍在该阶段过早析出。所述退火的保温时间较佳 的为1. 5 2小时。所述的还原气氛可为本领域常用的还原气氛，较佳的为纯氢或氨分解 气。本发明还提供了一种银基合金层的制备方法，其包括下述步骤按前述配方，将金 属原材料进行真空熔炼后浇铸，在真空状态下于720 750°C固溶热处理2. 5 3小时，出 炉后快速水冷，表面处理，冷轧开坯，在真空或还原气氛下于720 750°C退火，出炉后快速 水冷，轧制，表面处理后得到银基合金层。其中，所述的银、铜、镍、铈、镧和钐等金属原材料 的选择，所述的真空熔炼、浇铸、快速水冷、表面处理、冷轧开坯、退火和轧制工艺等同前述。本发明还提供了一种银基合金层状复合材料，其包括本发明所述的银基合金层以 及无氧铜层。其中，所述的无氧铜层由无氧铜(TU)制成，可为一号无氧铜或二号无氧铜。所述 的银基合金层与所述的无氧铜层的厚度比例可根据需要进行选择，为满足换向器的需求， 本发明特别优选银基合金层与无氧铜层的厚度比为1 8 1 15。所述的银基合金层状复合材料较佳地由下述方法制得将本发明的银基合金层与 无氧铜一起进行冷轧复合，扩散退火，冷却，精轧，在还原气氛下进行低温时效处理，自然冷 却即可；所述的低温时效处理为于280 320°C进行连续退火，退火保温时间为8 10分 钟。其中，所述的无氧铜可选用本领域中常规使用的无氧铜，如一号无氧铜或二号无 氧铜，其纯度较佳地为> 99. 99%，氧含量不大于50ppm。所述的冷轧复合、精轧等工艺均可 根据本领域常规方法进行。其中，所述的冷轧复合较佳的为道次变形量大于75%的冷轧复 合。所述的扩散退火较佳地在还原气氛下于600 650°C进行连续退火，退火的保温时间较 佳的为8 10分钟。在扩散退火后的冷却较佳地为用温度不高于25°C的氮气和氢气快速 冷却。所述的还原气氛可为本领域常用的还原气氛，较佳的为纯氢或氨分解气。本发明还提供了所述银基合金层状复合材料的制备方法，其包括下述步骤将本 发明的银基合金层与无氧铜一起进行冷轧复合，扩散退火，冷却，精轧，在还原气氛下进行 低温时效处理，自然冷却即可；所述的低温时效处理为于280 320°C进行连续退火，退火保温时间为8 10分钟。其中，所述的无氧铜的选择，所述的冷轧复合、扩散退火、冷却、精 轧等工艺同前述。本发明还提供了所述的银基合金层或所述的银基合金层状复合材料在作为微型 直流电动机用的换向器材料中的应用。其中，所述的微型直流电动机主要应用于CD、DVD、 汽车电器及高档玩具，因此对电机寿命有非常高的要求，因而对换向器材料的要求也是非 常苛刻的。本发明中使用的试剂、原料和设备均市售可得。本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各 较佳实例。本发明积极进步效果在于1、本发明的银基合金层状复合材料采用固溶强化、时效处理的方法，合金通过高 温固溶处理后速冷，使合金保持高温时的固溶状态，在后续的热处理过程中通过时效处理， 使过饱合的镍析出，同时使铜镍发生相变，从而提高银基合金层的强度、硬度及耐磨性，其 较常用的换向器材料节约20%以上的贵金属，最高含银量仅为70.0%，而且未使用更为昂 贵的贵金属材料Au、？仏？(1，电阻率达3-4 4 Q.cm。在本发明一较佳的实施方式中，所述的 银基合金层以及银基合金层状复合材料中还含有稀土元素，其能够进一步提高银基合金层 的抗电蚀能力和耐磨性。2、本发明的银基合金层和银基合金层状复合材料能够满足微型直流电动用的换 向器的需求，克服了现有的合金材料难以同时达到高电学性能、高强度、高硬度和高耐磨性 能及低成本的缺陷，综合性能良好。3、本发明的银基合金层状复合材料的银基合金层和无氧铜层的厚度可根据实际 应用进行调节，从而满足不同的需求，使用范围广泛。4、本发明的银基合金层和银基合金层状复合材料的制备方法可使用现有的合金 复合材料加工设备，仅需对个别工艺参数进行调整后就能投入生产，适应性好。并且该方法 能制造出不同厚度规格和宽度规格的换向器用复合材料。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明并不受其限制。下述实施例中各百分比除另有说明的以外皆为质量百分比。本发明使用的原材料纯度为Ag彡99. 99 %, Cu彡99. 99 %, Ni彡99. 99 %, Ce 彡 99. 95%, La 彡 99. 95%, Sm 彡 99. 95%。本发明允许的杂质含量(质量百分比)Fe彡0. 003 %，Pb彡0. 002 %， Sb 彡 0. 002%, Bi 彡 0. 002%。表 1
6 实施例1银基合金层状复合材料的制备方法步骤(1)将28%、1. 的镍和70. 9%的银真空熔炼，浇铸(铸模采用钢模)， 于720°C固溶处理2. 5小时，出炉后用冷水快速冷却，表面处理，冷轧开坯，在氨分解气下于 720°C退火1. 5小时，水冷，轧制，表面处理得银基合金层。步骤(2)将银基合金层与无氧铜(TU)基体进行变形量不小于75%的冷轧复合， 于620°C在氮气和氢气保护下连续退火，保温9分钟，退火后用温度不高于25°C的氮气和氢 气快速冷却，精轧，于300°C进行时效热处理，保温8分钟，冷却。得到AgCuNi/TU银基合金 层状复合材料。其中银基合金层的配比、银基合金层与无氧铜层的厚度及银基合金层状复 合材料的物理性能见表1。实施例2银基合金层状复合材料的制备方法步骤(1)将28%的铜、1.9%的镍和70. 的银真空熔炼，浇铸(铸模采用钢 模)，于720°C固溶处理3小时，出炉后用冰水快速冷却，表面处理，冷轧开坯，在真空条件下 于720°C退火1. 5小时，水冷，轧制得银基合金层。步骤⑵同实施例1。得到AgCuNi/TU银基合金层状复合材料。其中银基合金层 的配比、银基合金层与无氧铜层的厚度及银基合金层状复合材料的物理性能见表1。实施例3银基合金层状复合材料的制备方法步骤(1)将28%的铜、1. 的镍、0.075%的铈和70. 825%的银真空熔炼、浇铸 (铸模采用高纯石墨模)，于750°C固溶处理2. 5小时，出炉后用冰水快速冷却，表面处理，冷 轧开坯，在氨分解气下于750°C退火2小时，水冷，轧制得银基合金层。步骤(2)同实施例1。得到AgCuNiCe/TU银基合金层状复合材料。其中银基合金 层的配比、银基合金层与无氧铜层的厚度及银基合金层状复合材料的物理性能见表1。
实施例4银基合金层状复合材料的制备方法步骤(1)将28%的铜、1. 的镍、0.075%的镧和70. 825%的银真空熔炼、浇铸 (铸模采用高纯石墨模)，于720V固溶处理2. 5小时，出炉后用冰水快速冷却，表面处理，冷 轧开坯，在氨分解气下于于720°C退火2小时，水冷，轧制得银基合金层。步骤(2)同实施例1。得到AgCuNiLa/TU银基合金层状复合材料。其中银基合金 层的配比、银基合金层与无氧铜层的厚度及银基合金层状复合材料的物理性能见表1。实施例5银基合金层状复合材料的制备方法步骤(1)将28%的铜、1. 的镍、0. 075%的钐和70. 825 %的银真空熔炼、浇铸 (铸模采用高纯石墨模)，于720V固溶处理2. 5小时，出炉后用冰水快速冷却，表面处理，冷 轧开坯，在氨分解气下于720°C退火2小时，水冷，轧制得银基合金层。步骤(2)同实施例1。得到AgCuNiSm/TU银基合金层状复合材料。其中银基合金 层的配比、银基合金层与无氧铜层的厚度及银基合金层状复合材料的物理性能见表1。实施例6银基合金层状复合材料的制备方法步骤(1)将28%的铜、1. 的镍、0.04%的铈、0.04%的镧和70. 82%的银真空 熔炼、浇铸(铸模采用高纯石墨模)，于7201固溶处理2.5小时，出炉后用冰水快速冷却， 表面处理，冷轧开坯，在氨分解气下于720°C退火2小时，水冷，轧制得银基合金层。步骤(2)同实施例1。得到AgCuNiCeLa/TU银基合金层状复合材料。其中银基合 金层的配比、银基合金层与无氧铜层的厚度及银基合金层状复合材料的物理性能见表1。实施例7银基合金层状复合材料的制备方法步骤(1)将28%的铜、1. 的镍、0.04%的铈、0.04%钐和70. 82%的银真空熔 炼、浇铸(铸模采用高纯石墨模)，于720°C固溶处理2. 5小时，出炉后用冰水快速冷却，表 面处理，冷轧开坯，在氨分解气下于720°C退火2小时，水冷，轧制得银基合金层。步骤(2)同实施例1。得到AgCuNiCeSm/TU银基合金层状复合材料。其中银基合 金层的配比、银基合金层与无氧铜层的厚度及银基合金层状复合材料的物理性能见表1。实施例8银基合金层状复合材料的制备方法步骤(1)将28%的铜、1.1%的镍、0.04%的镧、0.04%钐和70. 82%的银真空熔 炼、浇铸(铸模采用高纯石墨模)，于720°C固溶处理2. 5小时，出炉后用冰水快速冷却，表 面处理，冷轧开坯，在氨分解气下于720°C退火2小时，水冷，轧制得银基合金层。步骤(2)同实施例1。得到AgCuNiLaSm/TU银基合金层状复合材料。其中银基合 金层的配比、银基合金层与无氧铜层的厚度及银基合金层状复合材料的物理性能见表1。实施例9银基合金层状复合材料的制备方法步骤(1)将28%的铜、1.6%的镍、0.05%的镧和70.35%的银真空熔炼、浇铸 (铸模采用高纯石墨模)，于720°C固溶处理2. 5小时，出炉后用冰水快速冷却，表面处理，冷 轧开坯，在氨分解气下于720°C退火2小时，水冷，轧制得银基合金层。步骤(2)同实施例1。得到AgCuNiLa/TU银基合金层状复合材料。其中银基合金 层的配比、银基合金层与无氧铜层的厚度及银基合金层状复合材料的物理性能见表1。效果实施例银基合金层状复合材料的制备方法银基合金层的原料为28%的铜、1. 的镍、0.04%的铈、0.04%的镧和70.82%
8的银。银基合金层状复合材料的制备方法除表2中所列的条件外，其他皆同实施例6，所 得银基合金层状复合材料的装机快速寿命试验的效果数据见表2，行业标准为达到1000小 时。表 2 由表2可见，采用本发明的固溶处理和时效热处理能使银基合金层状复合材料的 使用寿命大幅提高，满足并且超出了微型直流电动机用的换向器材料的行业标准，具有广 泛的使用价值和经济利益。
权利要求
一种银基合金层，其特征在于其配方为含有铜27～29％；镍1.1～1.9％，较佳的为1.5～1.75％；以及银，银补足质量百分比至100％；所述百分比为相对于所述银基合金层质量的百分比。
2.如权利要求1所述的银基合金层，其特征在于所述的银基合金层中还含有稀土元 素铈、镧和钐中的一种或多种；所述的稀土元素的含量为所述银基合金层质量的0. 05 0. 10%。
3.如权利要求1或2所述的银基合金层，其特征在于所述的银基合金层由铜、镍、 银和稀土元素组成，所述的稀土元素为铈、镧和钐中的一种或多种；所述铜的含量为27 29% ；镍的含量为1. 1 1. 9%，较佳的为1. 5 1. 75% ；稀土元素的含量为0. 05 0. 10% ； 银补足质量百分比至100% ；所述百分比为相对于所述银基合金层质量的百分比。
4.如权利要求1 3任一项所述的银基合金层，其特征在于所述的银基合金层由下 述方法制得按所述的配方，将金属原材料进行真空熔炼后浇铸，在真空状态下于720 750°C固溶热处理2. 5 3小时，出炉后快速水冷，表面处理，冷轧开坯，在真空或还原气氛 下于720 750°C退火，出炉后快速水冷，轧制，表面处理后得到所述银基合金层。
5.如权利要求4所述的银基合金层，其特征在于所述的冷轧开坯为使银基合金层的 总变形量不超过50%;所述的快速水冷为用冷水冷却，较佳地为用冰水冷却；所述退火的保 温时间为1. 5 2小时；所述的还原气氛为纯氢或氨分解气。
6.一种如权利要求1 5任一项所述的银基合金层的制备方法，其特征在于其包 括下述步骤按所述的配方，将金属原材料进行真空熔炼后浇铸，在真空状态下于720 750°C固溶热处理2. 5 3小时，出炉后快速水冷，表面处理，冷轧开坯，在真空或还原气氛 下于720 750°C退火，出炉后快速水冷，轧制，表面处理后得到所述银基合金层。
7.如权利要求6所述的银基合金层的制备方法，其特征在于所述的冷轧开坯为使银 基合金层的总变形量不超过50%;所述的快速水冷为用冷水冷却，较佳地为用冰水冷却；所 述退火的保温时间为2. 5 3小时；所述的还原气氛为纯氢或氨分解气。
8.一种银基合金层状复合材料，其特征在于其包括如权利要求1 5任一项所述的 银基合金层以及无氧铜层。
9.如权利要求8所述的银基合金层状复合材料，其特征在于所述的银基合金层与所 述的无氧铜层的厚度比为1 8 1 15。
10.如权利要求8或9所述的银基合金层状复合材料，其特征在于所述的银基合金 层状复合材料由下述方法制得将所述的银基合金层与无氧铜一起进行冷轧复合，扩散退 火，冷却，精轧，在还原气氛下进行低温时效处理，自然冷却即可；所述的低温时效处理为于 280 320°C进行连续退火，退火保温时间为8 10分钟。
11.如权利要求10所述的银基合金层状复合材料，其特征在于所述的冷轧复合为道 次变形量大于75%的冷轧复合；所述的扩散退火为在还原气氛下于600 650°C进行连续 退火，退火的保温时间为8 10分钟；在所述扩散退火后的冷却为用温度不高于25°C的氮 气和氢气快速冷却；所述的还原气氛较佳的为纯氢或氨分解气。
12.—种如权利要求8 11中任一项所述的银基合金层状复合材料的制备方法，其 特征在于其包括下述步骤将所述的银基合金层与无氧铜一起进行冷轧复合，扩散退火， 冷却，精轧，在还原气氛下进行低温时效处理，自然冷却即可；所述的低温时效处理为于280 320°C进行连续退火，退火保温时间为8 10分钟。
13.如权利要求12所述的银基合金层状复合材料的制备方法，其特征在于所述的 冷轧复合为道次变形量大于75%的冷轧复合；所述的扩散退火为在还原气氛下于600 650°C进行连续退火，退火的保温时间为8 10分钟；在所述扩散退火后的冷却为用温度不 高于25°C的氮气和氢气快速冷却；所述的还原气氛较佳的为纯氢或氨分解气。
14.如权利要求1 5中任一项所述的银基合金层或如权利要求8 11中任一项所述 的银基合金层状复合材料在作为微型直流电动机用的换向器材料中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种银基合金层，其含有铜27～29％；镍1.1～1.9％，较佳的为1.5～1.75％；以及银，银补足质量百分比至100％。本发明还涉及一种银基合金层状复合材料，及它们的制备方法和应用。本发明通过固溶处理和低温时效处理的方法制得的银基合金层和银基合金层状复合材料克服了现有的微电机换向器的材料中Ag含量高，且材料加工性能差、熔炼难度大、成品率低等缺陷，本发明的材料中的Ag含量低，且该材料的电学性能没有显著下降，同时强度、硬度及耐磨性能却能够大幅度提高，较大幅度地节约了昂贵的贵金属材料，使成本明显下降。本发明的银基合金层和银基合金层状复合材料较佳地还含有稀土元素，进一步提高了材料的抗电蚀性能和耐磨性，更有利于在微电机中的应用。
文档编号H01B13/00GK101892399SQ201010176040
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者于磊, 杨乾乾, 王新建, 王耀东, 阮文魁 申请人:上海集强金属工业有限公司