一种含添加剂雾化银氧化锌电触头材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种含添加剂雾化银氧化锌电触头材料的制备方法，包括以下步骤：1)按照需要制备的银氧化锌电触头的材料配比计算所需的纯银块、纯锌块和含添加元素的盐类化合物的用量，称取备用；2)取纯银块和纯锌块雾化制成银锌合金粉；3)取含添加元素的盐类化合物配制成水溶液或乙醇溶液，加入银锌合金粉后混料，得到含添加元素盐类化合物均匀分布的银锌合金粉浆料；4)所得浆料干燥，粉碎，得到含添加元素盐类化合物均匀分布的银锌合金粉；5)所得合金粉进行预氧化处理、等静压成型、烧结、挤压工序，即得。本发明所述方法较好地改善了传统雾化及混粉工艺导致的添加剂偏析现象，提高了材料的致密化程度、加工性能、成材率及电性能。
【专利说明】一种含添加剂雾化银氧化锌电触头材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属基复合材料领域，具体涉及一种含添加剂雾化银氧化锌电触头材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]银氧化镉(AgCdO)作为触头材料，具有良好的综合性能，应用范围很广，已有几十年的应用历史。但Cd蒸气有毒，对环境造成污染。近年来，许多国家都开展了代Cd材料的研究。银氧化锌(AgZnO)是近年发展较快的一种新型无毒电触头材料，AgZnO触头材料热稳定性比CdO高，熔点为1795°C，因此AgZnO具有优良的抗熔焊性、好的耐电弧腐蚀性、低而稳定的接触电阻、易焊接等特点。同时AgZnO触头材料电性能接近AgCdO，是3000A-5000A低压电器环保触头材料的首选。但是AgZnO触头材料的接触电阻比较大、温升高，严重影响电气使用性能，限制其材料的应用。
[0003]经研究发现，加入添加剂的AgZnO电触头材料具有良好的抗熔焊性，目前添加剂的种类主要有103、8丨203、(:110、111203、1?氧化物、6602等物质，添加剂主要加入方式有三种工艺:混粉法、内氧化法、化学法。其中混粉法是把Ag粉、ZnO以及添加剂粉体粉充分混合，然后材料挤压或模压成AgZnO触头材料，其中添加剂以粉末互混方式加入，这种方法由于制备方法简单、加工周期短等特点，被生产厂家所普遍采用，但制备出来的产品电气使用性不高，容易出现添加剂偏析等问题，只能适用于一些要求不高的低端电器。内氧化法是指Ag、Zn、添加剂熔化后制备 成合金丝材或者板材，然后通过内氧化工艺制备成含添加剂的AgZnO触头材料，但现有的内氧化法工艺容易出现“贫氧化物区”，影响所得触头材料的电寿命。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种含添加剂雾化银氧化锌电触头材料的制备方法。该方法将雾化所得的银锌合金粉加入到含添加元素的盐类化合物的水溶液或乙醇溶液中，经湿混、干燥后进行预氧化处理，在预氧化处理过程中含添加元素的盐类化合物分解成相应的金属氧化物，且分解得到的金属氧化物均匀地附着在银氧化锌颗粒的表面，改善了传统雾化工艺不能添加高熔点添加剂，以及添加剂偏析等问题。
[0005]本发明所述的含添加剂雾化银氧化锌电触头材料的制备方法，包括以下步骤:
[0006]I)按照需要制备的银氧化锌电触头的材料配比计算所需的纯银块、纯锌块和含添加元素的盐类化合物的用量，称取备用；其中，所述的含添加元素的盐类化合物为钥酸铵、偏钨酸铵、硝酸铜、硝酸锗、硝酸锂以及镧系稀土硝酸盐中的一种或两种以上的组合；
[0007]2)取纯银块和纯锌块置于中频熔炼炉内熔炼成均匀的合金熔液，经雾化制成银锌合金粉；
[0008]3)取含添加元素的盐类化合物用水或无水乙醇溶解配成水溶液或乙醇溶液，加入银锌合金粉，进行混料处理，得到含添加元素盐类化合物均匀分布的银锌合金粉浆料；
[0009]4)将含添加元素盐类化合物均匀分布的银锌合金粉浆料干燥，粉碎，得到含添加元素盐类化合物均匀分布的银锌合金粉；
[0010]5)将含添加元素盐类化合物均匀分布的银锌合金粉进行预氧化处理，然后经等静压成型、烧结、挤压工序，即得到银氧化锌电触头材料。
[0011]上述制备方法中，
[0012]步骤I)中，需要制备的银氧化锌电触头材料中，氧化锌含量为8?20wt%，添加剂以含添加元素的氧化物计其总含量为0.5?5wt%，余量为银。所述的含添加元素的盐类化合物会在后序的烧结工序中分别分解为含添加元素的氧化物，具体的:钥酸铵分解为氧化钥、偏钨酸铵分解为氧化钨、硝酸铜分解为氧化铜、硝酸锗分解为氧化锗、硝酸锂分解为氧化锂，而所述的镧系稀土硝酸盐可以是硝酸铒、硝酸镧、硝酸铈等，它们在烧结过程中分别被分解为镧系稀土金属氧化物如氧化铒、氧化镧、氧化铈等。上述镧系稀土硝酸盐优选用无水乙醇溶解配成乙醇溶液，除镧系稀土硝酸盐之外的其它含添加元素的盐类化合物通常用水溶解配成水溶液。在最后所得的银氧化锌电触头材料中，应控制上述各种含添加元素的氧化物或它们中任意两种以上的组合的总量占银氧化锌电触头材料的0.5?5wt%。
[0013]步骤I)中，可以用仲钨酸铵代替偏钨酸铵。
[0014]步骤2)中，合金熔液经雾化得到银锌合金粉末浆料，该浆料经干燥、过筛后得到银锌合金粉末，通常是将干燥后的物料过100目筛,优选是过200?300目筛后,取筛下物供下道工序使用。
[0015]步骤3)中，将含添加元素的盐类化合物加水或乙醇配成水溶液或乙醇溶液时，水或乙醇的用量没有太大的讲究，通常水或乙醇的用量能将含添加元素的盐类化合物溶解即可。优选是在配成水溶液或乙醇溶液后，将银锌合金粉末加入其中时，水溶液或乙醇溶液应没过银锌合金粉末。该步骤中，通常采用低速搅拌机进行混料处理，混料的时间为0.25?3h，转数为 20 ?40r/min。
[0016]步骤4)中，所述的干燥通常在80?200°C条件下进行，直至将含添加元素盐类化合物均匀分布的银锌合金粉浆料烘干即可，通常需要5?IOh的时间。通常是将干燥后的物料粉碎后，至少过100目筛，取筛下物进入下一道工序。
[0017]步骤5)中，所述的预氧化处理在600?800°C条件下进行，时间为5?10h。该步骤中所述的等静压成型、烧结、热挤压操作与现有常规工艺相同，具体地，等静压成形压力通常为100?300Mpa ;烧结的温度通常为730?950°C，烧结的时间为5?IOh ;热挤压的温度通常为800?900°C，挤压比为200?250。该步骤中，在挤压得到银氧化锌线材或带材之后，将线材按常规拉拔工艺进行拉拔、退火加工至所需尺寸即可用铆钉机加工成含添加剂的银氧化锌整体或复合铆钉触头；将所得带材轧制到需要的尺寸后，冲压成型得到相应规格的银氧化锌片状触头材料；或与铜带材热轧复合、退火并轧制到所需尺寸后即可冲压成型得覆铜的银氧化锌片状触头。
[0018]与现有技术相比，本发明的特点在于:
[0019]1、该方法将添加剂以特殊的方式加入到基体中，即将雾化所得的银锌合金粉加入到含添加元素的盐类化合物的水溶液或乙醇溶液中，经湿混、干燥后进行预氧化处理，在预氧化处理过程中含添加元素的盐类化合物分解成相应的金属氧化物，且分解得到的金属氧化物均匀地附着在银氧化锌颗粒的表面，改善了传统混粉工艺中形式添加剂以粉末形式加入造成的添加剂偏析现象。[0020]2、该方法工艺简单，成本低，加工周期短，不构成环境污染，适合大批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例3所制得的银氧化锌电触头材料的电镜扫描图；其中I表示区域1，2表示区域2,3表示区域3 ；
[0022]图2为本发明实施例4所制得的银氧化锌电触头材料的电镜扫描图；其中I表示区域1，2表示区域2,3表示区域3。
【具体实施方式】
[0023]下面以具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
[0024]以下各实施例中用到的纯银块和纯锌块的纯度均> 99.95%(质量百分比)
[0025]实施例1
[0026]I)按照制备IOkg的Ag-8Zn0-5Er203材料配比计算各原料用量,称取纯银块10kg、纯锌块0.736kg、硝酸铒1.16kg，备用；
[0027]2)取纯银块和纯锌块置于中频熔炼炉内熔炼成均匀的合金熔液，经高压水雾化设备进行雾化，将得到的粉末浆料烘干，过100目筛，得到银锌合金粉；
[0028]3)取硝酸铒用3L无水乙醇溶解，配成硝酸铒的乙醇溶液，加入9.34kg银锌合金粉，所得浆料用低速搅拌机进行混料处理(时间为2h，转数为30r/min)，得到硝酸铒均匀分布的银锌合金粉浆料；
[0029]4)将硝酸铒均匀分布的银锌合金粉浆料在80°C下干燥5h，通过破碎机进行破碎，对破碎粉末进行筛分(过160目筛)后，得到硝酸铒均匀分布的银锌合金粉；
[0030]5)将硝酸铒均匀分布的银锌合金粉在空气中于600°C预氧化预氧化8h (在此过程中硝酸铒分解成氧化铒)，得到氧化铒均匀分布的银氧化锌混合粉；
[0031]6)将所得的银氧化锌混合粉在等静压压强为150MPa下压制成坯体，所得坯体在空气下于900°C烧结6h，在850°C挤压成线材，挤压比为200，线材再按常规拉拔工艺进行拉拔加工至所需尺寸。
[0032]实施例2
[0033]I)按照制备IOkg的Ag-lOZnO-1.5Cu0-1Mo203_0.5La203材料配比计算各原料用量，称取纯银块10kg、纯锌块0.92kg、硝酸铜0.454kg、钥酸铵0.136kg、硝酸镧0.133kg，备用；
[0034]2)取纯银块和纯锌块置于中频熔炼炉内熔炼成均匀的合金熔液，经高压水雾化设备进行雾化，将得到的粉末浆料烘干，过100目筛，得到银锌合金粉；
[0035]3)取硝酸铜、硝酸镧、钥酸铵用2L水溶解，配成硝酸铜、钥酸铵和硝酸镧的水溶液，加入9.5kg银锌合金粉，所得浆料用低速搅拌机进行混料处理(时间为2h，转数为30r/min)，得到硝酸铜、钥酸铵和硝酸镧均匀分布的银锌合金粉浆料；
[0036]4)将硝酸铜、钥酸铵和硝酸镧均匀分布的银锌合金粉浆料在110°C下干燥5h，通过破碎机进行破碎，对破碎粉末进行筛分(过100目筛)后，得到硝酸铜、钥酸铵和硝酸镧均匀分布的银锌合金粉；
[0037]5)将硝酸铜、钥酸铵和硝酸镧均匀分布的银锌合金粉在空气中于600°C预氧化预氧化7h (在此过程中硝酸铜、钥酸铵和硝酸镧分别分解成氧化铜、氧化钥和氧化镧)，得到氧化铜、氧化钥和氧化镧均匀分布的银氧化锌混合粉；
[0038]6)将所得的银氧化锌混合粉在等静压压强为200MPa下压制成坯体，所得坯体在空气下于800°C烧结5h，在880°C挤压成线材，挤压比为200，线材再按常规拉拔工艺进行拉拔加工至所需尺寸。
[0039]实施例3
[0040]I)按照制备IOkg的Ag-12Zn0-2W03-0.5Li203材料配比计算各原料用量，称取纯银块10kg、纯锌块1.12kg、偏钨酸铵0.209kg、硝酸锂0.23kg，备用；
[0041]2)取纯银块和纯锌块置于中频熔炼炉内熔炼成均匀的合金熔液，经高压水雾化设备进行雾化，将得到的粉末浆料烘干，过200目筛，得到银锌合金粉；
[0042]3)取偏钨酸铵和硝酸锂用3L水溶解，配成偏钨酸铵和硝酸锂的水溶液，加入
9.51kg银锌合金粉，所得浆料用低速搅拌机进行混料处理(时间为lh，转数为30r/min)，得到偏钨酸铵和硝酸锂均匀分布的银锌合金粉浆料；
[0043]4)将偏钨酸铵和硝酸锂均匀分布的银锌合金粉浆料在110°C下干燥10h，通过破碎机进行破碎，对破碎粉末进行筛分(过100目筛)后，得到偏钨酸铵和硝酸锂均匀分布的银锌合金粉；
[0044]5)将偏钨酸铵和硝酸锂均匀分布的银锌合金粉在空气中于700°C预氧化预氧化IOh (在此过程中偏鹤酸铵和硝酸锂分别分解成氧化鹤和氧化锂),得到含氧化鹤和氧化锂均匀分布的银氧化锌混合粉 ；
[0045]6)将所得的银氧化锌混合粉在等静压压强为150MPa下压制成坯体，所得坯体在空气下于750°C烧结10h，在850°C挤压成线材，挤压比为200，线材再按常规拉拔工艺进行拉拔加工成Φ 1.40mm的丝材。。
[0046]为验证添加的氧化钨和氧化锂的分布均匀性，对所得的Ag-12Zn0-2W03_0.5Li203丝材进行区域扫描电镜能谱分析，具体如图1所示。在图1中任取三个区域(区域1、区域2和区域3)进行元素成分分析，结果如下述表1所示。
[0047]表1三个区域的扫描电镜能谱分析(重量百分比)
[0048]
【权利要求】
1.一种含添加剂雾化银氧化锌电触头材料的制备方法，包括以下步骤: 1)按照需要制备的银氧化锌电触头的材料配比计算所需的纯银块、纯锌块和含添加元素的盐类化合物的用量，称取备用；其中，所述的含添加元素的盐类化合物为钥酸铵、偏钨酸铵、硝酸铜、硝酸锗、硝酸锂以及镧系稀土硝酸盐中的一种或两种以上的组合； 2)取纯银块和纯锌块置于中频熔炼炉内熔炼成均匀的合金熔液，经雾化制成银锌合金粉； 3)取含添加元素的盐类化合物用水或无水乙醇溶解配成水溶液或乙醇溶液，加入银锌合金粉，进行混料处理，得到含添加元素盐类化合物均匀分布的银锌合金粉浆料； 4)将含添加元素盐类化合物均匀分布的银锌合金粉浆料干燥，粉碎，得含添加元素盐类化合物均匀分布的银锌合金粉； 5)将含添加元素盐类化合物均匀分布的银锌合金粉进行预氧化处理，然后经等静压成型、烧结、挤压工序，即得到银氧化锌电触头材料。
2.根据权利要求1所述的含添加剂雾化银氧化锌电触头材料的制备方法，其特征在于:步骤I)中，需要制备的银氧化锌电触头材料中，氧化锌含量为8?20wt%，添加剂以含添加元素的氧化物计其总含量为0.5?5wt%,余量为银。
3.根据权利要求1所述的含添加剂雾化银氧化锌电触头材料的制备方法，其特征在于:步骤5)中，在预氧化处理过程中，含添加元素的盐类化合物发生热分解生成相应的氧化物，最终得到含添加元素的氧化物添加剂的雾化银氧化锌电触头材料。
4.根据权利要求1所述的含添加剂雾化银氧化锌电触头材料的制备方法，其特征在于:步骤5)中，所述的预氧化处理在600?800°C条件下进行，时间为5?10h。
5.根据权利要求1?4中任一项所述的含添加剂雾化银氧化锌电触头材料的制备方法，其特征在于:步骤I)中，用仲钨酸铵代替偏钨酸铵。
【文档编号】B22F3/16GK103706795SQ201310743059
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】王振宇, 黄锡文, 叶凡, 张天锦, 肖光, 刘晗 申请人:桂林电器科学研究院有限公司