专利名称：原位生成弥散强化化合物的银基滑动电接触材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滑动电接触材料，，特别涉及一种原位生成弥散强化化合物的银基滑动电接触材料。
背景技术：
换向器和电刷片是小型直流电动机的核心部件，工作中其承受的主要载荷是载电条件下的滑动摩擦，滑动摩擦磨损和电弧侵蚀对材料造成的损伤是换向器和电刷失效，并最终导致微电机失效的主要原因；在磨损严重的情况下，磨屑由于电弧熔焊等作用在换向器沟槽中造成短路还造成微电机的早期死机。同时，电接触过程中由于机械摩擦和电流作用所产生的温升会使加工硬化的材料产生再结晶，降低其硬度和耐磨性，进一步加剧了材料的机械磨损。因此，通过各种强化手段来提高换向器用滑动式电接触合金的耐磨性是这类材料的主要发展方向。 银合金具有优良的导电性和耐腐蚀性能，因而是换向器中最常见、用量最大的滑动式电接触合金；其常用的合金化强化方式有合金元素的固溶强化、沉淀强化和弥散强化。Zn、Pd等是常用的固溶强化元素，但若固溶量太大，会导致导电性的大幅度下降，难以满足电学性能方面的要求。Cu在银合金中有很大的固溶度变化，可以通过热处理来获得不同数量、尺寸和分布的Cu基析出相，是最常用的沉淀强化元素。Ni在银中不固溶，也不形成化合物，常常作为弥散强化元素使用。稀土元素如La、Ce等与银可以形成不固溶于基体的多种金属间化合物，也能够发挥很好的弥散强化作用。上述这些元素在银基滑动式电接触材料中已经获得了成功的应用，作为换向器材料也表现出良好的服役性能。但是，用户对于微电机性能和寿命的要求是不断提高的，由此带来的换向器材料性能要求也在不断提高。因此，材料的改进是一个永恒的主题。然而，大量研究工作表明，通过增加现有合金化元素的添加量来改善性能的作用是十分有限的，而且这种方式常常给材料的电学性能和耐腐蚀性能等造成较为严重的损害。
发明内容
本发明的目的是提供一种原位生成弥散强化化合物的银基滑动电接触材料，该材料采用熔炼法制备，凝固过程中，Se或Sr与Ag发生原位反应，生成细小、弥散分布的Ag2Se或Ag5Sr,使该材料强化，该材料组织均匀、电学性能以及耐磨性和耐腐蚀性好，适合制作微电机的换向器，其微电机的使用寿命长。该材料可以单独使用，也可以作为工作层复合在铜或铜合金表面使用。本发明的技术方案是本发明的第一种银基滑动电接触材料中Cu为I 8%重量百分含量，Ni为O. I 1%重量百分含量，Se为O. 5 2%重量百分含量,RE为O. 05 O. 5%重量百分含量，余量为Ag。本发明的第二种银基滑动电接触材料中Cu为I 8%重量百分含量，Ni为O. I 1%重量百分含量，Sr为O. 5 2%重量百分含量,RE为O. 05 O. 5%重量百分含量，余量为Ag。本发明的第三种银基滑动电接触材料中Cu为I 8%重量百分含量，Ni为O. I 1%重量百分含量，Zn为O. 5 5%重量百分含量、Se为O. 5 2%重量百分含量，RE为O. 05 O. 5%重量百分含量,余量为Ag。本发明的第四种银基滑动电接触材料中Cu为I 8%重量百分含量，Ni为O. I 1%重量百分含量，Zn为O. 5 5%重量百分含量、Sr为O. 5 2%重量百分含量，RE为O. 05 O. 5%重量百分含量,余量为Ag。上述四种材料中所述RE为La或Ce。上述任一种银基滑动电接触材料作为工作层，铜或铜合金为基层，银基滑动电接触材料部分或全部覆盖在铜或铜合金的表面，制成两层复合材料。 由上述任一种复合材料制作的换向器和米用所述换向器制作的微电机。本发明中Se或Sr可溶解于液态的Ag中，因此在熔炼过程中，容易获得均匀的成分分布，凝固时，其在材料合金中与Ag发生原位反应,分别形成Ag2Se和Ag5Sr,这些化合物均不固溶于基体，从而对材料产生弥散强化作用，提高材料(合金)的耐磨性。如果Se或Sr的添加量低于O. 5%，则其弥散强化作用难以充分发挥；如果添加量高于2%，则生成的化合物过多，对导电性的不利影响太大。本发明所述材料成分配比合理，各元素在液态下的互溶性好，高温熔炼过程中均没有严重的烧损，成分容易保证；并且凝固过程中也不会发生严重的成分偏析，成分的均匀性容易得到保证。因此生产的换向器用电接触材料成分、组织和性能的均匀性和一致性容易控制，适合大规模批量生产。将上述银基滑动电接触材料作为工作层复合在铜基层表面，用于制作微电机换向器，可以节约贵金属，降低换向器和微电机的生产成本。本发明所述银基滑动电接触材料的制备方法如下I)采用真空感应炉熔炼制备合金，其中各元素可以以中间合金形式加入，也可以以纯金属形式加入；另外，还可以利用生产过程中废弃的、成分合格的边角料作为制备新合金的原料。2)将制备的合金铸锭经开坯、轧制、中间退火、拉拔等工艺，制备成带材或丝材。3)采用热轧、温轧或冷轧复合技术，将上述带材或丝材与铜进行复合，制作成层状复合材料。其中本发明所述的银基滑动电接触材料为工作层，铜或铜合金为基层。本发明的优点为I)采用本发明所述技术方案，综合利用了 Ni、RE和Se或者Ni、RE和Sr三种元素的弥散强化作用，其强化效果明显优于只有Ni和RE两种弥散强化元素的合金；从而避免了为了提高耐磨性而大幅度增加合金元素含量，以至于对换向器合金的导电性造成明显恶化的问题。采用熔炼法制备，凝固过程中，Se或Sr与Ag发生原位反应，生成细小、弥散分布的Ag2Se或Ag5Sr,使银基滑动电接触材料强化，该材料组织均匀、电学性能以及耐磨性和耐腐蚀性好。2)本发明所述银基滑动电接触材料可以采用普通真空熔炼工艺制造，设备和工艺技术不需要特殊的改造，生产中易于实施。
3)利用本发明所述银基滑动电接触材料制作层状复合材料时，可以采用现有的换向器用银合金/铜电接触复合带材的工艺和设备进行生产，制备工艺简单、技术易于掌握和实施,也不会增加生产成本。4)本发明所述银基滑动电接触材料中各元素在熔炼过程中烧损量容易控制，凝固过程中成分偏析不严重，因而其成分和成分均匀性容易保证，适合于大规模生产。本发明所述材料，适合制作微电机的换向器，其微电机的使用寿命长。本发明所述银基滑动电接触材料可以单独使用，也可以作为工作层复合在铜或铜合金表面使用。
具体实施例方式实施例I至32的银基滑动电接触材料各组分的配比见表I.表I各实施例化学成分(重量％)
权利要求
1.一种银基滑动电接触材料，其特征在于，该材料由Cu、Ni、Se、RE和Ag组成，各组分重量百分含量为Cu为1 8%重量百分含量，Ni为O. 1 1%重量百分含量，Se为O. 5 2%重量百分含量，RE为O. 05 O. 5%重量百分含量，余量为Ag。
2.根据权利要求I所述的材料，其特征在于所述RE为La或Ce。
3.一种银基滑动电接触材料，其特征在于，该材料由Cu、Ni、Sr、RE和Ag组成，各组分重量百分含量为Cu为1 8%重量百分含量，Ni为O.1 1%重量百分含量，Sr为O. 5 2%重量百分含量，RE为O. 05 O. 5%重量百分含量，余量为Ag。
4.根据权利要求3所述的材料，其特征在于所述RE为La或Ce。
5.一种银基滑动电接触材料，其特征在于，该材料由Cu、Ni、Zn、Se、RE和Ag组成，各组分重量百分含量为Cu为1 8%重量百分含量,Ni为O. 1 1%重量百分含量,Zn为O. 5 5%重量百分含量、Se为O. 5 2%重量百分含量,RE为O. 05 O. 5%重量百分含量,余量为Ag。
6.根据权利要求5所述的材料，其特征在于所述RE为La或Ce。
7.一种银基滑动电接触材料，其特征在于，该材料由Cu、Ni、Zn、Sr、RE和Ag组成，各组分重量百分含量为Cu为1 8%重量百分含量,Ni为O.1 1%重量百分含量,Zn为O. 5 5%重量百分含量、Sr为O. 5 2%重量百分含量,RE为O. 05 O. 5%重量百分含量,余量为Ag。
8.银基滑动电接触复合材料，其特征在于，用权利要求1-7任一所述的材料作为工作层，铜或铜合金为基层，银基滑动电接触材料部分或全部覆盖在铜或铜合金的表面。
9.一种微电机换向器，其特征在于，它使用权利要求8所述的任一复合材料。
10.一种微电机，其特征在于，它使用权利要求9所述的换向器。
全文摘要
本发明涉及一种原位生成弥散强化化合物的银基滑动电接触材料，该材料中Cu为1～8%重量百分含量，Ni为0.1～1%重量百分含量，Se为0.5～2%重量百分含量，RE为0.05～0.5%重量百分含量，余量为Ag。该材料采用熔炼法制备，凝固过程中，Se或Sr与Ag发生原位反应，生成细小、弥散分布的Ag2Se或Ag5Sr，使该材料强化，该材料组织均匀、电学性能以及耐磨性和耐腐蚀性好，适合制作微电机的换向器，其微电机的使用寿命长。该材料可以单独使用，也可以作为工作层复合在铜或铜合金表面使用。
文档编号H01B1/02GK102876912SQ20121033070
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者徐永红, 章应 申请人:重庆川仪自动化股份有限公司