新型电接触材料及制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了新型电接触材料Ag(W.Ti)C19C2/Ag(W.Ti)C 42Co3 RE0.1体系，用碳化钨碳化钛固溶体取代银碳化钨石墨材料的碳化钨和银钨材料中的钨成分，并采用化学镀技术在(W.Ti)C粉体的表面镀银制成Ag/(W.Ti)C复合粉末，经粉末冶金工艺制成新型复合电接触材料。本发明取代了AgWC12C3/AgW50体系电接触材料；改善了材料的抗电弧烧损能力，同时化学镀的方法改进了银与(W.Ti)C组元间的结合状况；降低了复合材料的密度，在同样体积情况下，所耗用材料降低，尤其是降低了贵金属银的用量；作为中强电流等级的触头材料具有优良的性能。
【专利说明】新型电接触材料及制备工艺
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属基复合材料【技术领域】，特别涉及一种新型电接触材料及制备工 艺。
【背景技术】
[0002] 在低压中强电流等级的电器开关中，作为触头材料，银基复合材料占据统治地位， 这主要是取决于银的良好导电导热性能和稳定的化学性质。但银是稀贵金属，据统计，口前 世界上每年用于触头材料的银占全部银用量的四分之一。因此在使银基复合材料的性能 进一步提高的情况下尽可能降低含银量，是材料工作者共同关注的一个很有现实意义的问 题。
[0003] 目前，我国在低压中强电流等级的电器开关中广泛使用机械工业部1983年推广 的AgWC12C3/AgW50体系电接触材料。
[0004] 银钨是以钨为骨架的含银烧结触头材料，其烧结材料将银的高导电率、导热率与 高熔点金属钨的高硬度、抗熔焊、材料转移小、高烧损性结合为一体，因而通断过程的机械 磨损也比其它材料小。但银钨触头材料接触电阻不稳定，在使用过程中有温升逐渐升高的 现象。大量研究表明，这是由于在分断过程中，触头表面材料中生成氧化钨或钨酸盐的原 因，因而很多国家提出用难熔化合物来替代钨。其中碳化钨是极好的一个选择。银炭化钨 材料硬度极高，极耐磨损，接触电阻略高于银钨，很稳定，由于电弧作用时游离碳起着还原 作用，防止氧化层形成，耐电弧作用好，因而烧损少，熔焊倾向小。但银碳化钨材料中碳化钨 容易发射热电子，在一定程度上了对材料的电流分断能力造成负面影响。
[0005] 为了解决这个问题，日本采用了加入部份碳化钒的方案，但相关资料很少，据公开 资料中介绍，日本采用了外加压力方式进行生产，这种生产方式，需要大型设备，生产效率 没有足够数据支持。美国的西屋电气公司研究用WC.TiC的固溶体代替碳化钨作为银基电 接触材料中的高熔点添加物，取得了美国专利，生产工艺未见报道，且未见批量生产的报 道，经研究发现：AgTiC混合物作为电触头材料，有较低的接触电阻，但是缺乏强度，且制造 相当困难，原因就是Ag与TiC润湿性差，生产出来的产品相对密度低，强度低，电阻率高。 [0006] 电触头的性能除取决于材料成份外，在很大程度上取决于其制造工艺及组织的控 制。对于AgWCC系触头材料，传统的制造工艺是机械混粉固相烧结复压，由于各相之问比重 相差悬殊（石墨的密度为2. 24g/cm3,碳化钨的密度是15. 5g/cm3,银的密度是10. 5g/cm3) 且相互之问浸润性差，经机械混合后，难免存在一定程度的成份偏析和颗粒聚集，从而影响 了触头的性能，AgWCC材料的烧结是在银的熔化温度下进行的，银和碳化钨及石墨等熔点悬 殊，并且相互之问既不固溶也不润湿，因此银与碳化钨及石墨之问不能允分烧结，碳化钨、 石墨与银之问可能存在微细缝隙，这样的微观组织不仅会使材料的电阻率上升而且组织疏 松，结构强度低下，在热电弧和气流作用下，烧蚀、飞溅、磨损都会增加。
[0007] Ag与（W.Ti)C润湿性差，采用日常工艺生产出的材料，气体含量高，材料的电性能 潜力无法得到有效的发挥。为了降低材料的含气量，采用了较大粒径的（WC.TiC)颗粒，会 造成材料抗电弧烧损能力的很大的分散性，限制了材料的性能潜力的发挥。
[0008] 在孙明《触头材料的电弧侵蚀特性及其数学模型研究》（博士学位论文西安交通 大学）；王可健《电触头材料的分断电弧侵蚀研究》（博士学位论文西安交通大学）；徐坚 《汽车继电器用AgMeO电触头材料抗熔焊行为的研究》（博士论文）中，分别谈到电弧与触 头相到作用过程及机理，并建立了硬质相粒度与相互间距对材料在电弧作用下的响应行为 之数学模型，根据这上数学模型，硬质相粒度间距在一定范围时，材料能表现出最好的综合 性能。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的要解决上述技术问题，提供一种抗电弧烧损能力好，能提高材料的 综合性能，降低贵金属银用量的新型电接触材料及制备工艺。
[0010] 为了实现上述的目的，本发明采取了如下的技术解决方案：新型电接触材料及制 备工艺，其特征在于：所述新型电接触材料包括作为动触头的Ag(W.Ti)C42C〇3RE0. 1和 作为静触头的Ag(W.Ti)C19C2。
[0011] 所述作为动触头的Ag(W.Ti)C42Co3RE0. 1，原料质量百分比为：银53?55%， (W.Ti)C41 ?45%，钴 2. 5 ?3. 5%，添加物 0· 05 ?0· 2%。
[0012] 所述添加物是钇、铈、镧中的一种或几种。
[0013] 所述作为动触头的Ag(W.Ti)C42C〇3RE0. 1制备工艺，步骤如下： A、 沉积金属钴，通过化学法在（W.Ti)C颗粒表面沉积一层金属钴，形成复合粉末，在 600?750度氢气保护下热处理； B、 化学镀，对上述复合粉末按如下流程处理：碱处理、敏化处理、活化处理、化学镀；在 化学镀过程中，形成以（W.Ti)C为核心，银包覆在（W.Ti)C粉表面的精细结构，银层厚度控 制在 0. 1 ?0. 2μπι; C、 热处理，化学镀后粉末立即进行480?650度氢气保护下的热处理，热处理后粒度在 2?4. 5μm之间，银与（W.Ti)C粒结在一起形成较大的颗粒；因两种成分的粘接在一起，保 证材料最终组织中（W.Ti)C之间的距离和均匀性； D、 合格粉末成型，控制尺寸参数，对成型后的坯体进行预烧处理，预烧处理采取电火花 烧结技术，温度短时达到l〇〇〇°C?1050°C的高温，并快速冷却；坯体经预烧后，银与保碳化 钨碳化钛固溶体颗粒已经处于良好的浸润状态下； E、 熔渗银加入微量稀土，将银重新熔炼，向其中加入0. 1%的Y稀土，将合格银材压力加 工，最后冲压成计算好重时的银片，与步骤D所述坯料熔渗，可在氢气或真空环境下熔渗， 熔渗后坯料进行压力加工，经检验合格即为成品。
[0014] 所述作为静触头的Ag(W.Ti)C19C2,原料质量百分比为：银78?81%，（W.Ti)C 17?20%，石墨1?3%，添加物0· 05?0· 15%。
[0015] 所述添加物是钴、镓、锂中的一种或几种。
[0016] 所述作为静触头的Ag(W.Ti)C19C2制备工艺如下： A、 采用化学镀工艺在（W.Ti)C表面全量镀银得复合粉末； B、 复合粉末热处理，温度为450°C?650°C; C、 成型及热处理； D、冷压复成品。
[0017] 所述（W.Ti)C粒度为0. 7?4μm;在最终材料间距为0. 1?0. 7μm。
[0018]本发明用Ag(W.Ti)C19C2/Ag(W.Ti)C42Co3REO. 1 体系取代了AgWC12C3/AgW50 体系电接触材料；用碳化钨碳化钛固溶体取代银碳化钨石墨材料的碳化钨和银钨材料中的 钨成分，并采用化学镀技术在（w.Ti)C粉体的表面镀银制成AgAw.Ti)C复合粉末，经粉末 冶金工艺制成新型复合电接触材料；改善了材料的抗电弧烧损能力，同时化学镀的方法改 进了银与（W.Ti)C组元间的结合状况；降低了复合材料的密度，在同样体积情况下，所耗用 材料降低，尤其是降低了贵金属银的用量；作为中强电流等级的触头材料具有优良的性能， 推广应用具有良好的经济和社会效益。
【具体实施方式】
[0019] 下面对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限制： 具体实施时，材料八8(1.11)(：1902/^8(1.11)〇42&)3 1?0.1作空气断路器的静/动触 头配对使用。
[0020] 实施例一、作为动触头的Ag(W.Ti)C42C〇3RE0. 1，原料质量百分比为：银53? 55%，（W.Ti)C41?45%，钴2. 5?3. 5%，添加物0. 05?0. 2% ;添加物是钇、铈、镧中的一种 或几种；(W.Ti)C粒度为0. 7?4μm;在最终材料间距为0. 1?0. 7μm。
[0021] 作为动触头的Ag(W.Ti)C42Co3REO. 1制备工艺，步骤如下： A、 沉积金属钴，通过化学法在（W.Ti)C颗粒表面沉积一层金属钴，形成复合粉末，在 600?750度氢气保护下热处理； B、 化学镀，对上述复合粉末按如下流程处理：碱处理，敏化处理，活化处理，化学镀；在 化学镀过程中，形成以（W.Ti)C为核心，银包覆在（W.Ti)C粉表面的精细结构，银层厚度控 制在 0. 1 ?0. 2μπι; C、 热处理，化学镀后粉末立即进行480?650度氢气保护下的热处理，热处理后粒度在 2?4. 5μm之间，银与（W.Ti)C粒结在一起形成较大的颗粒；因两种成分的粘接在一起，保 证材料最终组织中（W.Ti)C之间的距离和均匀性； D、 合格粉末成型，控制尺寸参数，对成型后的坯体进行预烧处理，预烧处理采取电火花 烧结技术，温度短时达到l〇〇〇°C?1050°C的高温，并快速冷却；坯体经预烧后，银与保碳化 钨碳化钛固溶体颗粒已经处于良好的浸润状态下； E、 熔渗银加入微量稀土，将1#银重新熔炼，向其中加入0. 1%的Y稀土，将合格银材压 力加工，最后冲压成计算好重时的银片，与步骤D所述坯料熔渗，可在氢气或真空环境下熔 渗，熔渗后坯料进行压力加工，经检验合格即为成品。
[0022] 具体参数如下表：
【权利要求】
1. 新型电接触材料及制备工艺，其特征在于：所述新型电接触材料包括作为动触头的 Ag(W. Ti)C 42Co3 REO. 1 和作为静触头的 Ag(W. Ti)C19C2。
2. 根据权利要求1所述的新型电接触材料及制备工艺，其特征在于：所述作为动触头 的 Ag (W. Ti) C 42Co3 REO. 1，原料质量百分比为：银 53 ?55%，（W. Ti) C 41 ?45%，钴 2. 5 ? 3. 5%，添加物 0? 05 ?0? 2%。
3. 根据权利要求2所述的新型电接触材料及制备工艺，其特征在于：所述添加物是钇、 铈、镧中的一种或几种。
4. 根据权利要求2所述的新型电接触材料及制备工艺，其特征在于：所述作为动触头 的Ag(W.Ti)C 42Co3 REO. 1制备工艺，步骤如下： A、 沉积金属钴，通过化学法在（W. Ti) C颗粒表面沉积一层金属钴，形成复合粉末，在 600?750度氢气保护下热处理； B、 化学镀，对上述复合粉末按如下流程处理：碱处理、敏化处理、活化处理、化学镀；在 化学镀过程中，形成以（W. Ti) C为核心，银包覆在（W. Ti) C粉表面的精细结构，银层厚度控 制在 0. 1 ?0. 2 ii m ; C、 热处理，化学镀后粉末立即进行480?650度氢气保护下的热处理，热处理后粒度在 2?4. 5 ii m之间，银与（W. Ti ) C粒结在一起形成较大的颗粒； D、 合格粉末成型，控制尺寸参数，从而控制最后成品的银含量，对成型后的坯体进行预 烧处理，预烧处理采取电火花烧结技术，温度短时达到l〇〇〇°C?1050°C的高温，并快速冷 却； E、 熔渗银加入微量稀土，将银重新熔炼，向其中加入0. 1%的Y稀土，将合格银材压力加 工，最后冲压成计算好重时的银片，与步骤D所述坯料熔渗，可在氢气或真空环境下熔渗， 熔渗后坯料进行压力加工，经检验合格即为成品。
5. 根据权利要求1所述的新型电接触材料及制备工艺，其特征在于：所述作为静触头 的Ag (W. Ti) C19C2,原料质量百分比为：银78?81%，（W. Ti)C 17?20%，石墨1?3%，添加 物 0? 05 ?0? 15%。
6. 根据权利要求5所述的新型电接触材料及制备工艺，其特征在于：所述添加物是钴、 镓、锂中的一种或几种。
7. 根据权利要求5所述的新型电接触材料及制备工艺，其特征在于：所述作为静触头 的Ag (W. Ti) C19C2制备工艺，步骤如下： 采用化学镀工艺在（W.Ti)C表面全量镀银得复合粉末； 复合粉末热处理，温度为450°C?650°C ; 成型及热处理； 冷压复成品。
8. 根据权利要求2或5所述的新型电接触材料及制备工艺，其特征在于：所述（W. Ti) C粒度为0. 7?4 ii m ;在最终材料间距为0. 1?0. 7 ii m。
【文档编号】H01H1/0237GK104493164SQ201410845872
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】宋和明, 胡登伟 申请人:靖江市海源有色金属材料有限公司