一种用于断路器的AgW50复Cu电接触材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种材料技术领域的电触头材料及其制备方法，具体地说，涉及的是一种用于断路器的AgW50复Cu电接触材料的制备方法以及由该方法制备的AgW50复Cu电接触材料。
【背景技术】
[0002]断路器广泛应用于配电系统各级枢纽控制端，承担设备的电源控制和用电终端管理任务。电接触材料是断路器的核心元件，用来实现电路的接通和分断，它的性能直接影响着断路器的可靠性和稳定性。目前国内外断路器用的电接触材料整体银含量较高，既造成了部分贵金属浪费，同时也使得电接触材料成本较高。近年来，人们采取各种措施，在不降低触头性能的条件下，降低触头材料中的银含量，同时开发贱金属材料来替代资源有限且价格昂贵的白银。
[0003]AgW50系电触头材料作为新一代触头材料，主要利用了 Ag的良好导电、导热性以及W的高熔点、高硬度和耐磨性好的特点，可经受强烈的电弧腐蚀，具有良好的抗熔焊性及耐磨蚀，广泛用于电力电子、中高压电器领域的阴极材料和电阻焊、电火花加工等离子体加热的电极材料以及其它领域。但AgW50中Ag的质量百分比达到50%，使得AgW50系电触头材料的原料成本较高。而铜具有与银相近的物理、化学、电学等性能，作为电接触材料，铜有导电导热好、热容大、触头温升低、加工成型性能优异、价格低廉等优势。因此，通过将AgW50与Cu或Cu合金制备AgW50复Cu复合材料来降低银含量，其中，Agff50为工作层，Cu或Cu合金为焊接层。
[0004]目前制备AgW50材料的方法主要有两种:⑴粉末冶金方法:即混粉、成型、烧结、复压，但是，这种方法制得的AgW50复合材料的相对密度很低，仅为理论密度的90%左右；
(2)熔渗法:将钨粉或掺入部分银粉的混合粉压制成坯块，然后在坯块上放置所需的银粉末，将银熔化，使银渗入到压坯中的孔隙中，形成AgW50复合材料，所制得的材料致密度高。
[0005]传统的复合方式是通过将AgW50粉与Cu粉两种组份材料直接压制成生坯并烧结的方法进行复合，这种方法制备出的材料的致密度较低，且AgW50层与Cu层结合处难以避免存在一定的缝隙，从而影响结合强度，降低电导率。如何在提高效率、不明显增加成本的前提下，制备电性能与组织性能优良的AgW50复Cu复合材料，成为研究的难点与热点。中国发明专利CN201410408623.2通过采用Ag-Cu_Zn焊料将AgW50与紫铜进行钎焊复合，从而增大接头强度且能承受振动载荷，然而由于焊料层的加入会导致材料整体的电阻率增大，温升提高，触头抗电弧烧损能力低。
【发明内容】
[0006]本发明针对上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种AgW50复Cu电接触材料及其制备方法，本发明方法制备的工作层AgW50致密度高，Agff50复Cu的复合界面结合强度高，烧结性能好，电寿命、耐电弧烧蚀性能及电导率均有较大的提高，并且加工性能十分优良。同时工艺简单，操作方便，成本低廉，对设备无特殊要求。
[0007]为实现上述的目的，本发明采用的技术方案是:
[0008]本发明提供一种用于断路器的AgW50复Cu电接触材料，所述电接触材料包括焊接层、覆于焊接层上方的工作层，所述工作层为AgW50层，所述焊接层为Cu层，且所述AgW50层厚度与所述Cu层厚度之比在1/3?1之间。
[0009]优选地，所述AgW50层与所述Cu层通过复合工艺形成AgW50复Cu电接触材料。
[0010]优选地，所述AgW50层，其与Cu层接触的一面为锯齿形或网纹或其它能够与Cu片接触面紧密结合的形状。
[0011]本发明提供一种用于断路器的AgW50复Cu电接触材料的制备方法，包括以下步骤:
[0012]S1，将W粉和Ag粉均匀混合，然后进行混粉得到AgW混合粉体，其中W粉含量不低于AgW混合粉体整体重量50 %，余量为Ag粉；
[0013]S2，将AgW混合粉体进行球磨和过筛，得到复合粉体；
[0014]S3，将过筛后的复合粉体进行造粒；
[0015]S4，将造粒后的粉体进行成型压制得到AgW生坯，其中AgW生坯的一面为能够与Cu片接触面紧密结合的形状；
[0016]S5，将AgW生坯与Ag通过熔渗烧结合成AgW50料块；
[0017]S6，将Cu片热处理后进行镀银；
[0018]S7，将AgW50料块与镀银后Cu片进行复合得到AgW50复Cu坯体；
[0019]S8，将AgW50复Cu坯体进行烧结，得到用于断路器的AgW50复Cu电接触材料。
[0020]本发明通过S7常温复合只是将AgW50与Cu坯体通过物理机械力初步结合，S8烧结在高温下原子扩散，Agff50与Cu坯体原子互相渗透，进一步加强结合强度。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0022]本发明一方面通过熔渗法制备出高致密度的AgW50材料；另一方面，通过对所制得的AgW50料块进行成型，使之呈现出能与Cu片紧密结合的形状结构，并对Cu片进行热处理，使之在后续的复合工艺中保持一定程度的软度，从而大大提高了复合后AgW50与Cu界面结合强度，再通过烧结，使得金属原子在高温下扩散，Agff50与Cu坯体中原子互相渗透，进一步加强AgW50复Cu坯体中AgW50层与Cu层的结合强度。此外本发明焊接层采用Cu或Cu合金，大大提高了电接触材料的电导率。本发明制备的AgW50复Cu电触头材料耐电弧烧蚀能力比传统方法制备的AgW50复Cu电触头材料提高10-20%，导电率提高5-15%，电寿命提高了 10-30 %，银含量降低47 %，并且具有优良的加工性能，成材率高，适于规模化生产。
【附图说明】
[0023]图1-图2是本发明制备AgW50复Cu材料的结构示意图，其中AgW50的一面为锯齿形；
[0024]图3-图4是本发明制备AgW50复Cu材料的结构示意图，其中AgW50的一面为网纹形；
[0025]图中:1为工作层，2为焊接层。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0027]如图1-图2所示，是本发明制备AgW50复Cu材料的结构示意图，所述电接触材料包括焊接层、覆于焊接层上方的工作层，所述工作层为AgW50层，所述焊接层为Cu层，且所述AgW50层厚度与所述Cu层厚度之比在1/3?1之间；其中AgW50的一面为锯齿形，该面为与Cu层紧密接触的一面。所述Cu层为纯Cu层或Cu合金层。
[0028]如图3-图4所示，是本发明制备AgW50复Cu材料的结构示意图，不同之处在于Agff50的一面为网纹形，该面为与Cu层紧密接触的一面。
[0029]进一步的，本发明提供一种用于断路器的AgW50复Cu电接触材料及其制备方法，具体的，制备方法可以采用以下步骤和具体参数进行实施:
[0030]第一步，首先将W粉和Ag粉均匀混合，然后置于混粉机中进行混粉。其中优选参数可以采用:W粉含量为60 %?70 %，Ag粉含量为30 %?40 %。混粉速度在20转/分钟-35转/分钟之间；混粉时间在2-5小时之间。
[0031]第二步，将第一步获得的混合粉体进行球磨造粒和过筛。其中优选参数可以采用:球磨转速在30转/分钟-150转/分钟之间；球磨时间在5-15小时；球料比(即球珠和粉体重量比例)在2-10之间；所过筛的目数在100目-300目之间。
[0032]第二步，将第二步获得的复合粉体进行造粒。其中造粒可以米用摔J3父造粒。所述拌胶造粒优选参数为:所用拌胶量为复合粉体重量的0.5% -1%。
[0033]第四步，将第三步造粒后的粉体进行成型压制得到AgW生坯。其中AgW生坯的一面(与Cu片接触的一面)为锯齿形、网纹等能够与Cu片接触面紧密结合的形状，锯齿及网纹的高度在0.lmm-0.5mm之间，AgW生坯厚度根据产品所需计算获得，成型压力在1?15MPa之间。
[0034]第五步，将AgW生还与Ag通过恪渗烧结合成AgW50。优选地，所述恪渗烧结是将Ag置于AgW生坯上，在高温烧结温度下液态的Ag在毛细管力作用下浸入AgW生坯中，获得致密烧结体AgW50复合材料。更佳的，所述熔渗烧结的条件可以包括在还原性气体中，其中，还原性气体可以为氢气等。更佳的，烧结温度在1000-1200°C之间，保温时间在0.5-10小时之间；Ag和AgW生坯的重量比可以为0.20-0.40: 1，此处所述的和AgW生坯一起进行熔渗烧结的Ag可以以块状、片状和粉末状等形式存在，优选为片状。
[0035]第六步，将Cu片进行热处理后镀银，优选地，热处理温度在450°C _700°C之间，热处理时间在0.5-3小时，电镀后银层3-8 μπι ;
[0036]第七步，将熔渗烧结获得的AgW50料块与镀银后的Cu片进行复合得到AgW50复Cu坯体。其中，复合工艺采用冷压复合，优选参数可以采用:冷压压力在4?20MPa，保压时间
0.3?5秒，Agff50复Cu还体中AgW50层厚度与Cu层厚度之比为0.20?1之间。
[0037]第八步，将复合后获得的AgW50复Cu坯体进行烧结，其中优选参数可以采用:烧结温度在750-850°C之间；烧结时间在0.5-2小时之间，烧结气氛为比或N2气。
[0038]第九步，将烧结后的AgW50复Cu坯体进行整形，其中优选参数可以采用:整形压力4?20MPa之间，保压时间0.3?1秒之间。
[0039]第十步，将整形后获得的AgW50复Cu坯体进行清洗。
[0040]以下通过具体应用