用于高压大电流的银基换向器材料及制备方法和用图
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种用于高压大电流的银基换向器材料及制 备方法和用途。
【背景技术】
[0002] 直流微电机是将电能转化为机械能、带动机器零件运行的关键电气元件。目前广 泛使用的微电机可分为有刷和无刷两大类，其中有刷电机因成本低、可靠性高等优点，用量 远远超过无刷电机。有刷电机依靠换向器和电刷片的相对滑动来实现电流传输、保持机器 运转。因此，换向器和电刷之间不可避免地存在滑动摩擦磨损，而且有电弧产生，对材料造 成损伤;提高耐磨和抗电弧等性能相应地成为新型换向器和电刷材料开发的主要方向。
[0003] 银是导电性最好的单质材料，而且其具有优良的化学稳定性，因而是换向器材料 中最常见、用量最大的金属。但是单质银金属的耐磨损和抗电弧性能明显不足，无法满足微 电机换向器的使用要求，因此必须对其进行合金化改性。目前，开发了一系列的银基换向器 材料，使用了多种合金元素和氧化物、碳化物、硫化物、氮化物等化合物对银进行合金化和 复合化以提高其性能，这些材料在诸如手机振动电机、剃须刀电机、车载音响电机等领域得 到广泛应用。目前，随着无人机产业的发展，一种能够适用于小型无人机，在高电压、大电流 和高转速条件下稳定工作的微电机已经形成较大的市场需求，但现有的换向器材料在上述 工作状态下均表现出很高的损伤速度，导致微电机的使用寿命达不到要求，在很到程度上 影响了这一潜在市场的拓展。因此，针对这一新的发展趋势，开发新型高性能换向器材料是 滑动式电接触材料行业近期的重点研发方向。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术的不足，提供一种用于高压大电流的银基换向器材料及制备 方法和用途。该材料具有较好的耐磨性和抗电弧能力，灭弧和自润滑性能好，在高电压、大 电流和高转速条件下具有优良性能，可以改善接触稳定性、延长微电机的使用寿命，适用于 用于小型无人机用直流微电机。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 用于高压大电流的银基换向器材料的各组份的重量百分含量为：
[0007] 10~25%Cu;l ~5%Ni;0.5~5% 石墨；0.5~5%Ζη;0·05~1%RE，余量为 Ag，其中 石墨以游离单质形式在材料的基体中。
[0008] 所述RE为Ce、Sm或Gd中的一种。
[0009] 用于高压大电流的银基换向器材料的制备方法，有以下步骤：
[0010] 1)按上述配比取48、〇1、附、211、1^原料，采用水雾化法制备48(：11附2111^合金粉末， 合金粉末颗粒的最大等效直径< 80μηι，石墨以铜包覆石墨形成加入，其中Cu的含量包括铜 包覆石墨的铜含量；
[0011] 2)步骤1)所述的合金粉末与铜包覆石墨粉末混合均勾，压力为80~200MPa冷等静 压制成形，得到坯料；
[0012] 3)步骤2)所述的坯料置于氨分解或纯氢气氛中，750~900°C烧结；
[0013] 4)烧结好的坯料以挤压比2 20挤压；
[0014] 5)将挤压的坯料通过室温乳制、再结晶退火、冷拉等工艺，制备成带材或丝材。
[0015] 将上述用于高压大电流的银基换向器材料覆盖在基层的表面，得到用于微电机换 向器的复合材料，其中铜为基层。用于高压大电流的银基换向器材料部分或全部覆盖在基 层的表面。其中，部分采用将用于高压大电流的银基换向器材料镶嵌在基层的表面，全部覆 盖是在基层的顶面和地面全部覆盖用于高压大电流的银基换向器材料。
[0016] 所述的复合材料可以用于微电机换向器，该微电机换向器可用于直流微电机。
[0017] 用于高压大电流的银基换向器材料可以用于微电机换向器，该微电机换向器可用 于直流微电机。
[0018] 本发明所述材料中各元素的作用：
[0019] 铜在高温下可以大量固溶于银中，随着温度下降，溶解度迅速降低，因此是一种良 好的沉淀硬化元素，可以有效提高合金的硬度和耐磨性，而且对银的导电性影响不大，是电 接触银合金中最重要的一种强化元素。目前常用的滑动式电接触银合金中，铜的典型含量 为4%左右，然而在本发明的用途中，若铜含量低于10%，则仍然无法有效提高材料性能;但 是，若铜含量高于25%，则由于过于接近共晶成分而导致材料液相线温度严重下降，工作时 容易因温度升高而迅速软化，反而缩短使用寿命。
[0020] 镍是一种高熔点元素，在电弧作用导致的高温下不容易熔化，即使银基体有一定 的恪化，由于镍的存在，也能够有效抑制液态银的流失，因而改善了材料的抗电弧性能。无 论液态还是固态，镍在银中的溶解度都极低，采用熔炼方式在银中加入超过1 %的镍就无法 保证均匀性，但镍与铜在液态和固态均可以无限互溶，所以在添加了大量铜的前提下，加 入较多的镍也可以得到均匀的合金。为了满足本发明所述的高电压、大电流、高转速的使用 条件，镍的添加量不能低于1% ;但如果其含量超过5%，则会使导电性降低过多。
[0021] 锌的熔点和沸点都比较低，可以作为材料的灭弧剂。在换向器使用过程中，当电弧 作用导致材料温度升高时，锌容易挥发，从而消耗电弧热量促使其熄灭，同时也减少了材料 的温升，抑制换向器软化。为了起到有效的灭弧作用，锌的添加量不能低于0.5%，但如果其 含量超过5%，则会使导电性显著下降。
[0022]稀土 (RE)元素具有较高的化学活性，在银基电接触材料中可以与Ag、Cu、Ni等元素 形成金属间化合物，产生较强的弥散强化作用；此外，RE还具有抗电弧和净化合金的作用。 稀土添加量如低于0.05%，其作用不能有效发挥;若高于1 %，则容易在表面形成稀土氧化 物膜，显著增大接触电阻。
[0023]石墨是一种良好的固体润滑剂，在滑动式电接触材料中具有自润滑作用，而且熔 点很高，具有优良的抗电弧和灭弧作用;为了发挥上述作用，石墨必须以游离的单质形式存 在。本发明以铜包覆石墨粉末和雾化法制备的银合金粉末为原料，采用粉末冶金的方式在 材料中加入石墨，可以保证石墨以游离单质形式存在；同时，采用这种方式添加石墨，也避 免了因石墨与银合金密度差异过大而造成的偏聚现象，保证材料的成分均匀性。若石墨加 入量低于〇. 5%，则自润滑和灭弧作用不足;若石墨加入量超过5 %，则会使材料强韧性明显 下降，降低使用寿命。
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