本发明涉及一种合金材料，更具体的说是涉及一种层状银铜钎三复合电触头材料及其制备方法。
背景技术：
继电器、接触器、断路器的核心元件为电触头(点)，它承担着接通分断电流的繁重任务，触头元件的优劣取决于电触头(点)材料的性能和科学有效的组合，它是电器安全的重要保证。
目前，市场上使用量最大的触头材料是银合金和铜合金两大类。铜合金触头材料部分应用在断路器及高压开关上，铜合金触头材料虽然价格低廉，但铜合金电触头抗氧化性能差，在装机后到商用的时间长短不一，电器搁置时间长、使用时电触头表面会形成氧化膜，另外在使用时分断会释放大量的热，也会造成表面受热氧化生成氧化膜，使接触电阻增大影响导电性和导热性，使电器的温升增加；开关温升的增高，会加速开关内所有元器件的失效，缩短其电寿命。因此出现恶性循环，使电器过热导致损坏及出现触点熔焊酿成安全事故。
现有银合金触头材料广泛应用在继电器、接触器、断路器上。其中，银钨和银碳化钨石墨是使用在断路器上的典型材料。
另外一般的小型断路器使用银氧化镉或银石墨合金(如AgC4)触头材料等。但其含银量都很高，银氧化镉触头材料的含银量均在85％以上，且是目前触头材料市场的主流产品，每年耗银量相当庞大。然而如今的白银资源非常有限，随着用量的增加，必将导致白银价格飞涨，从而使生产电触头材料的成本居高不下，企业经济效益下降，社会效益也大为削减。而且该类产品的另一金属元素镉对环境污染较大，不符合如今环保的发展趋势。因此，电器制造商对在保证质量的前提下，要求合金行业采用贱金属代替贵金属银来减低产品成本的呼声越来越高。为此，我们需要寻求一种能综合铜合金触头和银合金触头优良性能，且材料成本低、综合电气性能优良的节银、环保的电触头材料来替代传统的铜合金触头、银合金触头及银铜合金触头材料。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种材料成本低、综合电气 性能优良的节银、环保的电触头材料来替代传统的铜合金触头、银合金触头及银铜合金触头材料。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种层状银铜钎三复合电触头材料，依次包括
银合金层：含银量以质量百分比计为70～99.9％；
铜合金层：含铜量以质量百分比计为80～99.9％；
钎料层：银铜磷钎料、银铜锌钎料或非晶钎料；
作为本发明的进一步改进，
所述银合金层包括下列重量百分数组成：
银80～99.9％；
银层添加物0.1～20％：
金属、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种：0.04～10.3％、
金刚石微粉0.05～4％、
稀土元素总量0.01～5.7％；
所述铜合金层包括下列重量百分数组成：
铜80～99.9％；
铜层添加物0.1～20％：
金属、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种：0.04～10.3％、
金刚石微粉0.05～4％、
稀土元素总量0.01～5.7％。
作为本发明的进一步改进，
所述银层添加物为：包括金刚石微粉、石墨、硼、铝、硅、磷、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铌、钼、铟、锡、锑、碲、铪、钽、钨、铼、铋、钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥以及相对应的非金属化合物或金属氧化物中至少一种；
所述铜层添加物为：包括金刚石微粉、石墨、硼、铝、硅、磷、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铌、钼、铟、锡、锑、碲、铪、钽、钨、铼、铋、钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥以及相对应的非金属化合物或金属氧化物中至少一种。
作为本发明的进一步改进，
所述钎料层包括下列重量百分数组成：银0.1～15％、镍0.1～18％、锡0.1～20％、磷0.1～10％、锌0.1～50％、余量为铜。
作为本发明的进一步改进，
所述银层添加物和铜层添加物中的金属氧化物为SnO2、ZnO、CuO、Fe2O3、CdO、In2O3、Bi2O3、Al2O3、MoO3、ZrO2中的一种或多种氧化物，所述银层添加物和铜层添加物中的的稀土元素为钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥中的一种或多种组合。
一种层状银铜钎三复合电触头材料的制备方法：
步骤1：按所需制备材料的成分比例，制备银合金粉末与铜合金粉末；
步骤2：分别将银合金粉末、铜合金粉末和钎料制备成所要求厚度的带材；
步骤3：将银合金层带材、铜合金层带材、钎料带材依次叠加在一起进行热复合；
步骤4：将热复合后的带材经冷轧、冲制等工艺制备成三层复合触点；
所述钎料为银铜磷钎料、银铜锌钎料或非晶钎料。
作为本发明的进一步改进，
所述步骤1包括：
步骤1-1：银金属合金粉的制备，按照重量百分数比例，将银80～99.9％与添加物0.1～20％进行混合，制备银合金粉末。
银层添加物0.1～20％：
金属、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种：0.04～10.3％、
金刚石微粉0.05～4％、稀土元素总量0.01～5.7％。
步骤1-2：铜金属合金粉的制备，按照重量百分数比例，将铜80～99.9％与添加物0.1～20％进行混合，制备铜合金粉末。
铜层添加物0.1～20％：
金属、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种：0.04～10.3％、金刚石微粉0.05～4％、
稀土元素总量0.01～5.7％。
所述步骤2，将银合金粉末、铜合金粉末经过粉末压锭、烧结、挤压、冷轧得到银合金带材、铜合金带材，将钎料经过挤压、冷轧得到钎料带材，所述粉末压锭，初坯成型压强为90～450Mpa，控制密度为理论密度的75～88％，所述挤压温度在700～900℃；
所述步骤3，复合温度在500～900℃，热轧速度为0.1～10米/分；
所述步骤4，复合好的带材进行冷轧到所需的厚度，其每道次轧下量小于20％。作为本发明的进一步改进，
所述步骤1-1中银层添加物为：包括金刚石微粉、石墨、硼、铝、硅、磷、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铌、钼、铟、锡、锑、碲、铪、钽、钨、铼、铋、钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥以及相对应的非金属化合物或金属氧化物中至少一种；
所述步骤1-2中铜层添加物为：包括金刚石微粉、石墨、硼、铝、硅、磷、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铌、钼、铟、锡、锑、碲、铪、钽、钨、铼、铋、钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥以及相对应的非金属化合物或金属氧化物中至少一种。
作为本发明的进一步改进，
所述银层添加物和铜层添加物中的金属氧化物为SnO2、ZnO、CuO、Fe2O3、CdO、In2O3、Bi2O3、Al2O3、MoO3、ZrO2中的一种或多种氧化物，所述银层添加物和铜层添加物中的的稀土元素为钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥中的一种或多种组合。
作为本发明的进一步改进，
所述步骤2中，烧结温度为850～950℃，烧结时间为2～5小时，经过烧结后降温至50摄氏度以下出炉。
本发明的有益效果，
1.在银合金层和铜合金层中添加金刚石微粉和镍粉，占总量0.5～40％，以及石墨、硼、铝、硅、磷、钛、钒、铬、锰、铁、钴、锌、锆、铌、钼、银、铟、锡、锑、碲、钽、钨、铼、铋、钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥中的金属、非金属、金属氧化物或非金属化合物的一种或几种，对材料的组织结构进行了优化，提高了材料的抗熔焊性和耐电弧烧损性。
2.采用了三层复合材料，提高了铜合金材料的抗氧化性，降低了材料的接触电阻，提高了材料的导电率，降低了开关电器的温升。
3.采用大变形量热复合工艺制备的加入添加物的三层复合材料，其银合金层与铜合金层、铜合金层与钎料层之间结合牢固，并因复合效应而提升了产品的综合性能，提高了开关电器的使用寿命。由于采用了三层复合工艺，节银效果明显，节银量为70％左右，进一步降低了电触头材料的成本。
4.由于本发明配方和工艺等设计合理，生产的电触头材料具有导电率高，接触 电阻低，组织均匀致密，结合强度高，抗氧化性好，具有优良的抗熔焊性和耐电弧烧损性等特点。
具体实施方式
实施例一：
雾化粉制备银合金/铜合金/钎料三层复合电触头材料
步骤1.雾化制粉：包括制备银金属合金粉与铜金属合金粉。
制备银金属合金粉末或铜金属合金粉末时，在银或铜中添加铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铟、锡、锑、碲、铋的一种或两种及以上金属，或钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥中的一种或两种及以上稀土合金，进行高温熔炼，熔炼温度为1030～1450℃，待其充分合金化后用高压水使其雾化成银金属合金粉末或铜金属合金粉末，然后烘干并过50～500目筛，其中所用原料按质量百分比计为：银或铜的含量为(80～99.9)％，含其他材料比例(0.1～20)％。
步骤1-1制备银金属合金粉
制备银金属合金粉末时，将银和所添加金属元素以及稀土元素，进行高温熔炼，熔炼温度为1030～1400℃，合金化后用高压水使其雾化成银合金粉末，然后烘干并过200目筛，其中所用原料按质量百分比计为：银98.5％，稀土钇铈合金0.3％，铟1％、和镍0.2％。
步骤1-2制备铜金属合金粉
制备铜金属合金粉末时，将铜和所添加金属元素以及稀土元素，进行高温熔炼，熔炼温度为1030～1400℃，合金化后用高压水使其雾化成铜合金粉末，然后烘干并过200目筛，其中所用原料按质量百分比计为：铜(80～99.5)％，稀土镧、钇、铈合金0.6％，铋0.15％、和镍0.2％。
步骤2.将银金属合金粉经焙烧氧化处理得到银金属氧化物粉末，氧化温度为600℃，氧气压强为3Mpa，时间为10小时。
步骤3.将上步骤2所得的银金属合金粉末，在其中添加石墨、镍、碳化硅、钇、氧化镧、和金刚石微粉，按银金属合金88％，镍10％，金刚石1％，氧化镧0.2％，其他0.5％，在混粉球磨机内均匀混合，混粉时间为8小时，球料比为20∶1。
步骤4.将步骤3得到的混合物进行成型、烧结得到锭坯。其等静压初坯成型压强180Mpa，控制密度为理论密度的75～90％，初坯装入烧结炉后抽真空充入惰性气体进行保护，烧结温度为900℃，时间为3小时，而后随炉冷却至50℃以下出炉。
步骤5.将上述所得到锭坯，复压、挤压和轧制。将锭坯进行复压后，挤压成带材，然后再进行轧制获得含添加物或金属氧化物的银合金层电触头材料备用。挤压温度为880℃，挤压比为100。
步骤6.按上述步骤2、3、4、5步骤相同，制备好铜合金层带材，含金刚石微粉1％，镧钇铈0.9％，铋0.15％，镍0.2％，铜量为余量。
步骤7.钎料层采用银铜锌钎料，制造工艺采用熔炼法。通过挤压、轧制和退火工艺，制备成带材备用。
步骤8.将含有添加物的银合金、铜合金和钎料带材，分别将材料的复合面打磨干净，再将其分别或同时在热复合设备上进行复合，其复合温度为830℃，速度为4米/分。
步骤9.将热复合好后的带材经冷轧、冲制等制备成节银、环保型三层复合触点。在加工过程中，带材保温退火时需使用保护气体进行保护，温度为600℃，时间为2小时，冷轧时每道轧制量小于20％。
实施例二：
包覆粉制备银合金/铜合金/钎料三层复合电触头材料
步骤1.银合金粉采用包覆法获得，其方法是将一定比例的硝酸银，倒入装有添加根据权利要求1或2的要求的金属、非金属、非金属化合物或金属氧化物的一种或两种以上元素或物质，或加入稀土铜合金、金刚石微粉、锆、钇、镝合金的一种或两种以上元素的盛器中，加入氨水，调节PH值在9.5，搅拌均匀后，加入一定量的水合肼，使硝酸银完全沉淀，将沉淀过滤、清洗干净并烘干。
步骤2.铜合金粉采用机械混粉制备，其方法是将铜粉97.6％、金刚石微粉1.5％、钨粉0.2％、氧化镧粉0.5％、镍粉0.2％进行混粉，混粉在球磨机内混合均匀，混粉时间8小时，球料比20∶1，获得铜合金粉末。
步骤3.将银合金粉末和铜合金粉末，经焙烧处理得到金属、非金属或金属氧化物粉末，焙烧温度为700℃，时间为3小时。
步骤4.将步骤2、3得到的混合物进行成型、烧结得到锭坯。等静压初坯成型压强为180Mpa，控制密度为理论密度的90％，初坯装入烧结炉后抽真空充入惰性气体进行保护，烧结温度为930℃，时间为3小时，而后随炉冷却至60℃以下出炉。
步骤5.将上述所得到锭坯进行复压、挤压和轧制。将锭坯进行复压后，挤压成带材，然后再进行轧制获得含添加元素或金属氧化物的银合金带材备用。挤压温度为900℃，挤压比为100。
步骤6.按上述步骤5相同，制备好的铜合金带材备用。
步骤7.焊料层采用银铜磷焊料，制造工艺采用熔炼法，通过挤压和轧制工艺，制备成带材备用。
步骤8.将含有添加元素或金属氧化物的银合金、铜合金和焊接材料，分别将材料的复合面打磨并酸洗干净，再将其分别或同时在热复合设备上复合好， 其复合温度为850℃，速度为4米/分。
步骤9.将热复合后的带材经冷轧、冲制等工艺制备成节银、环保型三层复合触点。在加工过程中，带材退火需使用保护气体进行保护，温度为650℃，时间为2小时，冷轧时每次轧制量小于20％。
实施例三：
包套挤压制备银合金/铜合金/钎料三层复合电触头材料
步骤1.备料
步骤1-1制备银金属合金粉
制备银金属合金粉末时，将银和所添加金属元素以及稀土元素，进行高温熔炼，熔炼温度为1030～1400℃，合金化后使溶液温度在1100±30℃时，用高压水使其雾化成银合金粉末，然后烘干并过200目筛，其中所用原料按质量百分比计为：银99％，铈0.3％，钇0.5％、镍0.2％。
步骤1-2，制备铜金属合金粉
制备铜金属合金粉末时，将铜和所添加金属元素以及稀土元素，进行高温熔炼，熔炼温度为1030～1400℃，合金化后使溶液温度在1150±30℃时，用高压水使其雾化成铜合金粉末，然后烘干并过200目筛，其中所用原料按质量百分比计为：铜98.9％，稀土镧、钇、铈合金0.8％，铋0.1％，镍0.2％。
步骤1-3，钎料：将银、铜磷合金作为原料与铜按比例配方制备钎料，按(以质量百分比计)：银5％、磷7％、铜余量，进行熔炼、铸锭。
步骤2.合金粉球磨
步骤2-1，将上步骤1所得的银金属合金粉末中添加镍、金刚石微粉、氧化钇、氧化镧、石墨、碳化硅，按银金属合金88％，镍10％，金刚石微粉1％，镧、钇0.5％，其他0.5％，在混粉球磨机内均匀混合，混粉时间为8小时，球料比为20∶1。
步骤2-2，将上步骤1所得的铜金属合金粉末中添加镍、金刚石微粉、碳化硅，
按铜金属合金97％，镍1％，金刚石微粉1％，碳化硅1％，在混粉球磨机内均匀混合，混粉时间为8小时，球料比为20∶1。
步骤3.等静压
将步骤2中的合金粉在橡胶包套内，按产品的银合金层厚度要求，按比例做隔板，将制备好的银金属合金粉末和铜合金粉末，分别倒入橡胶包套隔板的两端，将其倒入的银合金粉末和铜合金粉末捣实，缓慢取出包套内隔板，锁紧包套盖子，放入等静压挤压缸内，挤压成锭。等静压初坯成型压强为180Mpa，控制密度为理论密度的90％，初坯装入烧结炉后抽真空充入惰性气体进行保护，烧结温度为930℃，时间为3小时，而后随炉冷却至60℃出炉。
步骤4.挤压轧制
步骤4-1将步骤3所得到锭坯进行复压、挤压和轧制。将锭坯进行复压后，挤压成板材，然后再进行轧制获得含添加物的银合金/铜合金料带备用。挤压温度为900℃，挤压比为100。
步骤4-2将步骤1中的钎料锭进行挤压成板材，再通过冷轧、退火等工艺制备成钎料带。
步骤5.热复合
将银合金/铜合金料带材和钎料带材的复合面打磨干净，再将其热复合设备上进行复合，其复合温度为850℃，速度为4米/分。
步骤6.轧制冲压
将复合好的三层复合材料，轧制到所需的厚度，再冲制成产品。在加工过程中，带材的退火需使用保护气氛进行保护，温度为650℃，时间为2小时，冷 轧时每道轧制量小于20％。
实施例四：
与实施例一的区别在于：
步骤3：将上步骤2所得的银金属合金粉末，在其中添加石墨、镍、碳化硅、钇、氧化镧、和金刚石微粉，按银金属合金92％，镍3.7％，金刚石1.8％，氧化镧1.5％，钇0.2％、氧化钪0.5％，ZrO2：0.1％，氧化铋0.2％，在混粉球磨机内均匀混合，混粉时间为8小时，球料比为20∶1。
步骤6.按上述步骤2、3、4、5步骤相同，制备好铜合金层带材，最终含量为：铜：88％，镍4.7％，金刚石1.8％，氧化镧0.5％，钇0.5％、氧化铈0.6％、氧化钪0.5％，ZrO2：1％，铁0.5％，氧化铋1％，镧钇铈合金0.9％。
实施例五
与实施例一的区别在于：
步骤3：将上步骤2所得的银金属合金粉末，在其中添加石墨、镍、碳化硅、钇、氧化镧、和金刚石微粉，按银金属合金96％，镍0.5％，金刚石1.5％，氧化镧2％，在混粉球磨机内均匀混合，混粉时间为8小时，球料比为20∶1。
步骤6.按上述步骤2、3、4、5步骤相同，制备好铜合金层带材，最终含量为：铜：90％，镍2％，钒1％，铁1％，锰0.5％，氧化锌1％，二氧化钛1％，金刚石0.5％，氧化镧1.5％，镧钇铈合金0.9％，钪0.1％，其他1％。
采用本发明制备的含有添加物的三层复合材料，其主要性能如下：
1.密度：≥8.3g/cm3；
2.硬度(HB)≥70；
3.电阻率：≤2.15μΩ.cm；
4.金相照片：添加物呈点状均匀分布于基体中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。