一种陶瓷状鈮铜硬质特种铜基合金电触头及其制备方法
【专利摘要】一种陶瓷状鈮铜硬质特种铜基合金电触头，通过添加一定比例的铌元素提高产品的可塑性，并改善产品的废料的产生，添加一定比例的铍粉材料提高产品的弹性、耐磨、耐疲劳、抗腐蚀性及弹性滞后，进一步改善产品的硬度和导电性，添加一定比例的金刚石粉末提高产品的硬度，并综合铌元素即有高硬度又不易产生废料，添加一定比例的铝粉提高产品的导电性和传热性，由于铝粉太软而加入了金刚石粉末来改善硬度，添加一定比例的镧粉提高产品的抗氧化性能，改善对材料的氧化失重有抑制效应，添加一定比例的稀土合金提高产品的熔点和粘性，并改善产品的表面光滑度和烧损度，生产出来的电触头具有电导率高、高抗熔焊性、高耐磨性、温升低、耐烧损、成本低等优点。
【专利说明】一种陶瓷状鈮铜硬质特种铜基合金电触头及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电触头的制造工艺，尤其是一种陶瓷状鈮铜硬质特种铜基合金电触头及其制备方法。
【背景技术】
[0002]我国现有的电触头产品主要以银氧化镉为主要材料，由于银氧化镉材料在制造和使用过程中会产生“镉”毒，不符合欧盟二指令的要求(2003年2月欧盟委员会发布了《在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》(R0HS指令)和《废旧电子电气设备指令》(WEEE指令)，规定欧盟市场禁止销售含有铅、汞、镉、六价铬、聚溴二苯和聚溴联苯6种有害物质的电子电气设备)，给电子、电器设备的出口带来了巨大的影响。同时，银是贵重金属之一，世界上银的产量和资源非常有限，我国更是一个银资源缺乏的国家，每年都要花费大量外汇从国际市场购买。随着经济的高速发展，配电系统市场容量日益扩大，电器开关对电触头的低价位、小型化、高可靠化、长寿命等均提出新的要求，然而由于世界上的白银含量非常有限，随着白银用量的增加，必将导致白银价格飞涨，近几年国内的电器制造商就因原材料价格上涨，特别是银价的上涨导致企业利润急剧下降。因此电器制造商对在保证产品质量的前提下，要求合金企业采用贱金属代替贵金属银来降低产品的呼声越来越高。
[0003]综上所述，环保、低银或无银的电触头是当今合金行业发展的方向所在，近年来在欧盟环保指令的推动下国内也研究出了一些环保型铜基合金材料，但由于工艺、配方、技术等原因，这些铜基触头普遍存在着:1)铜基材料容易被氧化；2)触头在电弧作用下会熔化，而熔化的液体没有一定的黏度，很容易被电磁力拉出；高温强度低，产品在电弧作用下烧损严重、寿命短、烧损后触头表面粗糙、温升高等缺陷；3)采用传统工艺生产的触头密实程度不够，造成触头寿命短、可靠性和持久性差不能满足电器的使用要求，而无法实现产业化，限制了其大面积推广的价值。
[0004]在欧盟环保指令的推动下，国内也研究出了一些铜基材料触头，但这些铜基材料触头制备工艺存在生产成本高、抗熔焊性低、耐磨性不佳、导电性能差等问题。因此研发一种高抗熔焊性、高耐磨性、温升低、导电性能优越的新型制备工艺陶瓷状铌铜质特种铜基合金电触头产品，市场前景广阔。
【发明内容】
[0005]为了研究新的配方及加工工艺，克服传统制造工艺存在的各种问题，开发出一种制造工艺环保、加工工艺简单和加工成本低，后续加工容易，且具有配方、工艺合理，生产出来的电触头具有电导率高、高抗熔焊性、高耐磨性、温升低、耐烧损、成本低等优点的陶瓷状铌铜硬质铜基合金电触头代替传统不符合ROHS指令的银氧化镉材料，实现节银和环保的目的。
[0006]本发明采用的技术解决方案是:一种陶瓷状鈮铜硬质特种铜基合金电触头，由以下组分组成，且各组分的重量百分比如下:铌:5%-10%、铍粉:0.5%-1%、金刚石粉末:0.5%-2%、铝粉:0.5%-5%、镧粉:0.5%-4%、稀土合金:0.1%_1%、余量为铜。
[0007]所述的陶瓷状鈮铜硬质特种铜基合金电触头，所述的稀土合金为Sm203。
[0008]一种陶瓷状鈮铜硬质特种铜基合金电触头的制备方法，包括以下步骤:
(1)将重量百分比为5%-10%鈮，0.5%-1%铍粉，金刚石粉末0.5%-2%，铝粉0.5%_5%，镧粉0.5%-4%，0.1%-1%稀土合金，余量为铜，各种粉末进行充分混合搅拌；
(2)将混合均匀的粉末放入液压机，挤压成圆柱状，压强为600-950MPa；
(3)将压制好的材料烧结，烧结温度为800°C_950°C，烧结时间为3-4小时；
(4)将烧结成型的材料再次复压，再次烧结，复压压强为600-950MPa，烧结温度为8000C _950°C，烧结时间为3-4小时；
(5)将二次复压烧结后的材料放入冷水冷却后用轧钢机轧成所需板材状，再用冲床冲压成触头形状。
[0009]本发明的有益效果是:本发明提供了一种陶瓷状鈮铜硬质特种铜基合金电触头，通过添加一定比例的铌元素提高产品的可塑性，并改善产品的废料的产生，添加一定比例的铍粉材料提高产品的弹性、耐磨、耐疲劳、抗腐蚀性及弹性滞后，并进一步改善产品的硬度和导电性，添加一定比例的金刚石粉末提高产品的硬度，并综合铌元素即有高硬度又不易产生废料，添加一定比例的铝粉提高产品的导电性和传热性，由于铝粉太软而加入了金刚石粉末来改善硬度，添加一定比例的镧粉提高产品的抗氧化性能，并改善对材料的氧化失重有抑制效应，添加一定比例的稀土合金提高产品的熔点和粘性，并改善产品的表面光滑度和烧损度，生产出来的电触头具有电导率高、高抗熔焊性、高耐磨性、温升低、耐烧损、成本低等优点。
[0010]【具体实施方式】:
实施例一
将重量百分比为5%鈮，0.5%铍粉，金刚石粉末0.5%，铝粉0.5%，镧粉0.5%，0.1%稀土合金(Sm2O3),余量为铜，各种粉末进行充分混合搅拌，将混合均匀的粉末放入液压机，挤压成圆柱状，压强为600MPa，将压制好的材料烧结，烧结温度为800°C，烧结时间为3小时，将烧结成型的材料再次复压，复压压强为600MPa，再次烧结，烧结温度为800°C，烧结时间为3小时，将二次复压烧结后的材料放入冷水冷却后用轧钢机轧成所需板材状，再用冲床冲压成触头形状。
[0011]化学成份:
铌:5%
铍粉:0.5%
金刚石粉末:0.5%
铝粉:0.5%
镧粉:0.5% ；
稀土合金(Sm2O3):0.1%
铜余量。
[0012]实施例二
将重量百分比为7%鈮，0.7%铍粉，金刚石粉末1.2%，铝粉3%，镧粉2%，0.6%稀土合金(Sm2O3),余量为铜，各种粉末进行充分混合搅拌，将混合均匀的粉末放入液压机，挤压成圆柱状，压强为750MPa，将压制好的材料烧结，烧结温度为900°C，烧结时间为4小时，将烧结成型的材料再次复压，复压压强为750MPa，再次烧结，烧结温度为900°C，烧结时间为4小时，将二次复压烧结后的材料放入冷水冷却后用轧钢机轧成所需板材状，再用冲床冲压成触头形状。
[0013]化学成份:
铌:7% ；
铍粉:0.7%
金刚石粉末:1.2% ；
铝粉:3% ；
镧粉:2% ；
稀土合金(Sm2O3):0.6%；
铜余量。
[0014]实施例三
将重量百分比为10%鈮，1%铍粉，金刚石粉末2%，铝粉5%，镧粉4%，1%稀土合金(Sm2O3),余量为铜，各种粉末进行充分混合搅拌，将混合均匀的粉末放入液压机，挤压成圆柱状，压强为950MPa，将压制好的材料烧结，烧结温度为950°C，烧结时间为4小时，将烧结成型的材料再次复压，复压压强为950MPa，再次烧结，烧结温度为950°C，烧结时间为4小时，将二次复压烧结后的材料放入冷水冷却后用轧钢机轧成所需板材状，再用冲床冲压成触头形状。
[0015]化学成份:
银:10% ；
铍粉:1%
金刚石粉末:2% ；
铝粉:5%；
镧粉:4% ；
稀土合金(Sm2O3): 1%;
铜余量。
[0016]主要技术指标测试:
物理与机械性能:
1)电阻率:0.021 Ω.mm2/m ；
2)密度:8.49g/cm3；
3)硬度:100HV1U02HVU99HV1ο
[0017]4)金相:组织为Cu相+均匀分布Sm2O3颗粒；
本发明的改进效果
I)通过添加一定比例的铌与金刚石粉末综合改善废料的产生现有的统计触头材料的硬度都不佳，因而本产品添加了金刚石粉末来增加硬度，由于金刚石硬度太高，在压制和定型过程中易变性或断裂而生成废料。因此在材料中添加一定比例的铌与金刚石粉末混合，使产品即有高硬度又不易产生废料，从而节约了材料成本。
[0018]2)通过添加一定比例的铍粉形成铍青铜在铜基合金材料里加入铍元素，称为铍青铜，是铜合金中的“弹性之王”，经固溶时效热处理后，可获得高强度、高导电性能的产品。高强度铸造铍青铜合金，经热处理后不仅具有高强度，很高的硬度而且具有耐磨、耐蚀的优点，优良的铸造性能。高导电铸造铍铜合金，经热处理后具有较高的导电率和导热率，铍铜合金适用于制造开关零件，强接触和类似的载流元件。
[0019]3)通过添加一定比例的镧粉提高产品的抗氧化性能
铜是很容易被氧化的，它所产生氧化物的阶段主要是在长期放置、刚接通不稳定时和分断后降温时，本项目通过添加La元素来解决这个问题。添加了 La元素，可与材料中的杂质元素形成稀土化合物，净化了晶界，同时会对材料的氧化失重有抑制效应，即在高温下极活泼的稀土化合物会在材料表面首先形成一层薄而致密的氧化膜，阻止了继续深层次氧化的通道，从而有效的保护了材料，可有效改善产品的抗氧化性能。
4)通过添加一定比例的稀土合金(包括Sm2O3)提高产品的熔点和粘性现有产品在电弧作用下会熔化，而熔化的液体没有一定的戮度，很容易被电磁力拉出；在电弧的作用下存在烧损严重、寿命短、烧损后触头表面粗糙、温升高等缺陷，不能满足电器大电流工作要求。
[0020]针对上述情况，本项目产品通过在铜基材料中加入一定比例的Sm2O3,由于其熔点较高，不容易在高温下分解，弥散分布的Sm2O3不仅增加了材料的熔点，而且在电弧烧损时，由于其密度与熔融铜液的密度相近，能增加其粘性，不易被电磁力拉出，从而使触头表面光滑，烧损小，解决铜基触头抗烧损能力差、使用寿命短等缺陷。
在传统压制、烧结的基础上，增加二次压制、二次烧结工艺，提高成品强度和密实程度，促进合金化。经上述工艺生产的铜基触头高效密实程度可以达到理论最高密度，其可靠性和持久性完全可以满足实际应用的要求。
【权利要求】
1.一种陶瓷状鈮铜硬质特种铜基合金电触头，其特征在于，由以下组分组成，且各组分的重量百分比如下:银:5%-10%、铍粉:0.5%-1%、金刚石粉末:0.5%-2%、铝粉:0.5%_5%、镧粉:0.5%-4%、稀土合金:0.1%_1%、余量为铜。
2.根据权利要求1所述的陶瓷状鈮铜硬质特种铜基合金电触头，其特征在于:所述的稀土合金为Sm203。
3.—种陶瓷状鈮铜硬质特种铜基合金电触头的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)将重量百分比为5%-10%鈮，0.5%-1%铍粉，金刚石粉末0.5%-2%，铝粉0.5%_5%，镧粉0.5%-4%，0.1%-1%稀土合金，余量为铜，各种粉末进行充分混合搅拌； (2)将混合均匀的粉末放入液压机，挤压成圆柱状，压强为600-950MPa； (3)将压制好的材料烧结，烧结温度为800°C_950°C，烧结时间为3-4小时； (4)将烧结成型的材料再次复压，再次烧结，复压压强为600-950MPa，烧结温度为8000C _950°C，烧结时间为3-4小时； (5)将二次复压烧结后的材料放入冷水冷却后用轧钢机轧成所需板材状，再用冲床冲压成触头形状。
【文档编号】H01B13/00GK104505136SQ201410801769
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】周勇, 郑益鑫 申请人:乐清市长虹电工合金材料有限公司