专利名称：电力机车用电触头材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电力机车用电器材料及制备方法，该电器材料为银基合金材料特别是银铜、银锡、银锌合金材料。
背景技术：
作为电力机车用电器材料，良好的电学性能(低电阻，高电导)以及相适应物理机械性能是保证电力机车正常的重要部件的构成材料，直接影响列车的安全、正点运行和运行效率。随着我国列车运行提速，无故障安全运行成为首先考虑的因素，电力机车中的电触头材料及其构成器件的电学性能要求和工作稳定性要求越来越高。传统方法制备的银基和铜基合金材料是很好的导电材料，电阻值低，作为触头材料用于电器开关很多年，但是这类材料最突出的缺点是，在大功率情况下温升快，力学性能不足，使用受到限制。现代电力机车电机功率大，传统银基和铜基不能满足使用要求。采用添加氧化镉解决电触头材料电弧烧损问题，但挥发进入空气中的氧化镉很有可能诱发癌症，国际上已禁止使用银氧化镉、铜氧化镉触头材料以及含有镉元素的触头材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力机车用电触头材料及其制备方法，该材料能满足电力机车大功率电器触头材料和接触器开关的性能要求，同时能较好的解决上述电学、力学和环境保护两方面的问题。
一种电力机车用电触头材料，以银为基础相，以氧化铜或氧化锌或氧化锡为添加相，银重量百分数为75％～99％，余量为添加相。
所用原料均为分析纯。
上述合金材料的制备方法，将基相银在高温炉中于1000-1250℃熔化，在熔化过程中加入添加相组成熔融合金，经气体雾化，制成合金粉末，过200目筛(174微米)，取筛下部分。合金粉于空气条件下500℃～550℃保温2小时，进行内氧化，使合金中的金属氧化形成氧化物，均匀地分布在合金粉末中，得到合金氧化粉末。上述粉末根据产品的形状，经刚模在压机中进行压制成形，成形压力大于200Mpa，获得压胚相对密度大于百分之八十。然后经高温500-1450℃保护气体中烧结2-4小时，获得相对密度大于百分之九十的烧结件，再经400Mpa压力进行复压，获得相对密度大于96％的触头材料产品。
上述合金材料的另一种制备方法，将基相银在高温炉中于1000-1250℃熔化，经气体雾化，制成粉末，过200目筛(174微米)，取筛下部分。在银粉末中加入添加相，经机械合金化得到合金粉末。上述粉末根据产品的形状，经刚模在压机中进行压制成形，成形压力大于200Mpa，获得压胚相对密度大于百分之八十。然后经高温500-1450℃保护气体中烧结2-8小时，获得相对密度大于百分之九十的烧结件，再经400Mpa压力进行复压，获得相对密度大于96％的触头材料产品。
本发明根据用户所需器件功能、尺寸和形状要求，本发明将上述各种烧结件用0.1-1毫米厚银焊片与中频感应炉中焊接在导电性很好的纯铜基座上，构成器件。
在合金中添加少量组元物质目的是改进材料物理性能和材料电学性能。本发明合金在银基中加入氧化锌(或氧化锡)可以防止触头材料烧蚀，起灭弧作用；加入铜是可以提高材料的导电性，降低电阻率。该合金材料是一种适合于用作电力机车电触头部件材料和(或)高温空气开关，电刷，低压开关，继电器开关，接触器等电元器件材料。本发明通过高温熔融合金雾化和内氧化工艺技术以及部分合金化技术结合粉末冶金工艺技术，制备含有不同合金组元的电力机车电触头材料，以不同添加物和添加量控制本触头材料的机械物理性能和电学性能。
本发明所制备的电触头材料和由本发明中的电触头材料组成的器件已被用于中国南方电力机车公司和中国北方电力机车公司韶3，韶4，韶5，韶7，韶9，韶8等电力机车，已取得很好使用效果，完全能够保证列车的电力机车的使用性能要求和安全运行。
图1内氧化法工艺流程图；图2高能球磨法工艺流程图。
具体实施例方式
实施例1制备Ag-ZnO 10按照Ag-ZnO10化学计量，将10公斤银与1公斤锌在中频感应坩埚炉中熔化，待两种金属完全熔化并在1050℃保温2小时，完全形成银锌合金，接下来将熔融的合金液体导入在1000℃已预热两小时的氧化锆坩埚，利用高压空气将由坩埚底部漏嘴流出的金属溶液流柱破碎雾化成粉末，金属溶液流柱尺寸用玛瑙漏嘴尺寸控制在4毫米。冷却后的合金粉末，过200目筛(174微米)，取筛下部分放置于氧化锆坩埚中，在550℃马佛炉中空气条件下保温2-6小时，使合金粉末内氧化，用内氧化过程在合金中形成均匀分布有氧化锌的Ag-ZnO10粉末。粉末在根据产品图纸要求加工成的刚模用240Mpa压力在100吨压机上成形。成形后压坯于680-880℃空气中烧结2-4小时，然后在精整模中用900Mpa压力160吨压机上整形，整形后产品相对密度大于百分之九十八。产品具有的物理机械性能如下密度≥9.4g/cm3电阻率≤2.70μΩcm硬度≥700Mpa产品可加工切削，可用于电力机车电器，接触器，汽车启动器，限制开关控制器、继电器，飞机核潜艇大、中、小负荷电器等。
实施例2制备Ag-ZnO 10将10公斤银在中频感应坩埚炉中熔化，待金属银完全熔化并在1000℃保温1小时，完全形成液态金属，接下来将熔融的合金液体导入在1000℃已预热两小时的氧化锆坩埚，利用高压空气将由坩埚底部漏嘴流出的金属溶液流柱破碎雾化成粉末，金属溶液流柱尺寸用玛瑙漏尺寸嘴控制在4毫米。冷却后的银金属粉末，过200目筛(174微米)，取筛下部分按照Ag-ZnO10化学计量，取9公斤银粉加入1公斤过200目筛(174微米)氧化锌于高能球磨机中合金化研磨4小时达到充分混合后的粉末从混料器中取出以备成形。银氧化锌混合粉末在根据产品图纸要求加工成的刚模用240Mpa压力在100吨压机上成形。成形后压坯于700℃空气中烧结6小时，然后在精整模中用480Mpa压力160吨压机上整形，整形后产品相对密度大于百分之九十八。产品具有的物理机械性能如下密度≥9.4g/cm3电阻率≤3.4μΩcm硬度≥700Mpa产品可加工切削，可用于电力机车电器，接触器，汽车启动器，限制开关控制器、继电器，飞机核潜艇大、中、小负荷电器等。
实施例3Ag-SnO 10整个过程与实施例1相似。按照Ag-SnO10化学计量，将10公斤银与1.2公斤锡在中频感应坩埚炉中熔化，待两种金属完全熔化并在1050℃保温2小时，完全形成银锡合金，接下来将熔融的合金液体导入在1000℃已预热两小时的氧化锆坩埚，利用高压空气将由坩埚底部漏嘴流出的金属溶液流柱破碎雾化成粉末，金属溶液流柱尺寸用玛瑙漏尺寸嘴控制在4毫米。冷却后的合金粉末，过200目筛(174微米)，取筛下部分放置于氧化锆坩埚中，在550℃马佛炉中空气条件下保温4小时，使合金粉末内氧化，用内氧化过程在合金中形成均匀分布有氧化锌的Ag-SnO10粉末。粉末在根据产品图纸要求加工成的刚模用240Mpa压力在100吨压机上成形。成形后压坯于640℃空气中烧结4小时，然后在精整模中用980Mpa压力160吨压机上整形，整形后产品相对密度大于百分之九十八。产品具有的物理机械性能如下密度≥9.6g/cm3电阻率≤2.70μΩcm硬度≥580Mpa产品可加工切削，用于电力机车电器，飞机和潜艇继电器，大、中、小负荷继电器、开关等实施例4制备Ag-CuO 10整个过程与实施例1相似。按照Ag-CuO10化学计量，将10公斤银与1.28公斤锡在中频感应坩埚炉中熔化，待两种金属完全熔化并在1250℃保温2小时，完全形成银铜合金，接下来将熔融的合金液体导入在1100℃已预热两小时的氧化锆坩埚，利用高压空气将由坩埚底部漏嘴流出的金属溶液流柱破碎雾化成粉末，金属溶液流柱尺寸用玛瑙漏尺寸嘴控制在4毫米。冷却后的合金粉末，过200目筛(174微米)，取筛下部分放置于氧化锆坩埚中，在650℃马佛炉中空气条件下保温4小时，使合金粉末内氧化，用内氧化过程在合金中形成均匀分布有氧化铜的Ag-CuO10粉末。粉末在根据产品图纸要求加工成的刚模用240Mpa压力在100吨压机上成形。成形后压坯于675℃空气中烧结5小时，然后在精整模中用480Mpa压力160吨压机上整形，整形后产品相对密度大于百分之九十八。产品具有的物理机械性能如下密度9.6≥g/cm3电阻率≤2.40μΩcm硬度≥1175Mpa产品可加工切削，用于接触器，机车和汽车启动器，继电器，限制开关继电器，机车电器等。
实施例5制备Ag-SnO 10将10公斤银在中频感应坩埚炉中熔化，待金属银完全熔化并在1000℃保温1小时，完全形成液态金属，接下来将熔融的合金液体导入在1000℃已预热两小时的氧化锆坩埚，利用高压空气将由坩埚底部漏嘴流出的金属溶液流柱破碎雾化成粉末，金属溶液流柱尺寸用玛瑙漏尺寸嘴控制在4毫米。冷却后的银金属粉末，过200目筛(174微米)，取筛下部分按照Ag-SnO 10化学计量，取9公斤银粉加入1公斤过200目筛(174微米)氧化锡于高能球磨机中合金化研磨4小时达到充分混合后的粉末从混料器中取出以备成形。银氧化锡混合粉末在根据产品图纸要求加工成的刚模用240Mpa压力在100吨压机上成形。成形后压坯于700℃空气中烧结4小时，然后在精整模中用480Mpa压力160吨压机上整形，整形后产品相对密度大于百分之九十八。产品具有的物理机械性能如下密度≥9.6g/cm3电阻率≤3.0μΩcm硬度≥700Mpa产品可加工切削，可用于电力机车电器，接触器，汽车启动器，限制开关控制器、继电器，飞机核潜艇大、中、小负荷电器等。
实施例2制备Ag-CuO 10将10公斤银在中频感应坩埚炉中熔化，待金属银完全熔化并在1000℃保温1小时，完全形成液态金属，接下来将熔融的合金液体导入在1000℃已预热两小时的氧化锆坩埚，利用高压空气将由坩埚底部漏嘴流出的金属溶液流柱破碎雾化成粉末，金属溶液流柱尺寸用玛瑙漏尺寸嘴控制在4毫米。冷却后的银金属粉末，过200目筛(174微米)，取筛下部分按照Ag-ZnO10化学计量，取9公斤银粉加入1公斤过200目筛(174微米)氧化铜于高能球磨机中合金化研磨8小时达到充分混合后的粉末从混料器中取出以备成形。银氧化铜混合粉末在根据产品图纸要求加工成的刚模用240Mpa压力在100吨压机上成形。成形后压坯于700℃空气中烧结6小时，然后在精整模中用480Mpa压力160吨压机上整形，整形后产品相对密度大于百分之九十八。产品具有的物理机械性能如下密度≥9.4g/cm3电阻率≤2.8μΩcm硬度≥1300Mpa产品可加工切削，可用于电力机车电器，接触器，汽车启动器，限制开关控制器、继电器，飞机核潜艇大、中、小负荷电器等。
权利要求
1.一种电力机车用电触头材料，其特征在于以银为基础相，以氧化铜或氧化锌或氧化锡为添加相，银重量百分数为75％～99％，余量为添加相。
2.一种权利要求1所述触头材料的制备方法，其特征在于将基相银在高温炉中于1000-1250℃熔化，在熔化过程中加入添加相组成熔融合金，经气体雾化，制成合金粉末，过200目即174微米筛，取筛下部分，合金粉于空气条件下500℃～550℃保温2小时，进行内氧化，得到合金氧化粉末，上述粉末经刚模在压机中进行压制成形，成形压力大于200Mpa，然后经高温500-1450℃保护气体中烧结2-4小时，再经400Mpa压力进行复压。
3.一种权利要求1所述触头材料的制备方法，其特征在于将基相银在高温炉中于1000-1250℃熔化，经气体雾化，制成粉末，过200目即174微米筛，取筛下部分，在银粉末中加入添加相，经机械合金化得到合金粉末，上述粉末经刚模在压机中进行压制成形，成形压力大于200Mpa，然后经高温500-1450℃保护气体中烧结2-8小时，再经400Mpa压力进行复压。
全文摘要
本发明涉及一种电力机车用电器材料及制备方法，该电器材料为银基合金材料特别是银铜、银锡、银锌合金材料。本发明采用内氧化法和高能球磨法制备合金材料。本发明合金在银基中加入氧化锌(或氧化锡)可以防止触头材料烧蚀，起灭弧作用；加入铜可以提高材料的导电性，降低电阻率。是一种适合于用作电力机车电触头部件材料和(或)高温空气开关，电刷，低压开关，继电器开关，接触器等电元器件材料。本发明通过高温熔融合金雾化和内氧化工艺技术以及部分合金化技术结合粉末冶金工艺技术，制备含有不同合金组元的电力机车电触头材料，以不同添加物和添加量控制触头材料的机械物理性能和电学性能。
文档编号C22C1/00GK1635582SQ20031012082
公开日2005年7月6日 申请日期2003年12月30日 优先权日2003年12月30日
发明者谢健全, 阮建明 申请人:中南大学