一种新型银稀土氧化物合金及其制备方法与流程

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种制备新型银稀土氧化物电接触材料的方法。

背景技术：
任何一个电系统都是将承载着信号或者能量的电流从一个导体通过导体与导体的接触处传向另一个导体。此导体与导体的接触处称为电接触,带有电接触的各类装置是电信号或电能传送的关键元件。它质量的好坏、可靠性的高低直接影响到电器、电子等传导系统工作的整体可靠性、稳定性与精确性。一种理想的电接触材料,为了保证其长时间稳定且可靠地工作,必须实现:①电接触在长期通过额定电流时,温升不超过规定数值,而且温升能够长期保持稳定；②电接触在短时间通过短路电流或脉冲电流时,接触处不发生熔焊或松弛；③在电路开断过程中,触头材料损失应尽量小；④在闭合过程中,接触处不应发生不能断开的熔焊,且接触表面不应有严重损伤或者变形。总结起来也就是电接触材料应主要考虑接触电阻、温升、熔焊和磨损等几个重要参量。银具有优异的导热性、导电性、耐腐蚀性等，银和银合金广泛应用于各类电接触材料。用纯银制作的电接触材料虽然有一系列优点，但是也有它的缺点如纯银的强度低，易腐烛，耐热性能差，电寿命低，运行中不可靠，容易产生熔焊等问题。银稀土氧化物(Ag/REO)的研究在最近几年取得了很大的进展。稀土氧化物是很好的弥散剂,由于稀土氧化物具有较高的熔点和较好的稳定性,因而与时效强化机制不同,弥散强化中异质颗粒(弥散剂)的作用可以保持到较高的温度,这有利于提高合金的稳定性。加入少量的稀土氧化物基本不影响Ag的化学稳定性，均匀镶嵌在基体中的稀土氧化物却能显著提高材料的力学性能和高温强度。Ag/REO触点材料具有优良的抗电弧侵蚀、抗熔焊性能，接触电阻低，寿命长，有可能满足大功率继电器苛刻的电气性能要求，因此研究和开发新型Ag/REO触头材料受到了广泛的重视。CN103233136“液相法制备低压电器用银稀土氧化物电接触材料的工艺”是采用化学还原法和均相沉淀法相结合制备纳米银与稀土氧化物粉体，该方法工艺简单，易工业化生产，但均相沉淀法制备的稀土氧化物粉体粒度较难控制。CN102683051“一种低压开关电器用银稀土氧化物触头材料及其制备方法”是采用溶胶-凝胶法制备低压开关电器用银稀土氧化物触头材料，制备得到的各种氧化物颗粒细小，且均匀分布，但制备工艺较繁琐。CN1019841115“一种制备银稀土氧化物电接触材料的方法”是采用喷射共沉积法制备复合材料，然后对复合材料进行原位化学处理，原位化学反应处理时可能造成晶粒长大，对后续加工造成一定影响，还有待改进。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种工艺过程易控制、少污染、生产成本低、可大批量生产的制备银稀土氧化物电接触材料的方法，该方法采用化学还原法和高能球磨法相结合制备纳米银与稀土氧化物混合粉体，并采用粉末冶金工艺制备银稀土氧化物触头材料，使得该触头材料具有较高的硬度、密度和电导率。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种制备新型银稀土氧化物电接触材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)稀土氧化物粉体的制备按照化学组成(质量％)为：稀土氧化物和金属银；其中各稀土氧化物的质量百分比为：氧化钇为3.0～8.0％，氧化镧为2.0～8.0％，余量为Ag，氧化钇和氧化镧按照1.0～1.5的比例配制稀土氧化物原料，球料比为5:1，经过10-15小时球磨混粉制得粒径为500nm-1um且均匀分散的稀土氧化物粉体；(2)银氨溶液和还原溶液的制备称取硝酸银，溶于去离子水中，配成浓度为0.2-0.4mol/L的硝酸银溶液，然后往配制好的硝酸银溶液中加入浓度为10-12％的氨水溶液，产生咖啡色沉淀后继续滴加氨水搅拌至沉淀消失，沉淀消失后再加入2-4滴氨水溶液，搅拌均匀得到银氨溶液；将抗坏血酸加入另一容器中加去离子水溶解，配制得到抗坏血酸溶液，其中抗坏血酸的浓度是硝酸银浓度的1.2倍，抗坏血酸溶液与硝酸银溶液的体积比为1:1，搅拌至得到透明澄清的溶液；(3)银稀土氧化物混合粉体的制备根据权利要求1所述的化学组成，按照氧化钇为3.0～8.0％，氧化镧为2.0～8.0％的比例称取稀土氧化物混合粉末，溶于去离子水中，稀土氧化物溶液与抗坏血酸溶液的体积比为1:2.5，将稀土氧化物混合溶液超声分散30分钟，然后加入搅拌器，边搅拌边超声分散；将配制好的抗坏血酸溶液和银氨溶液在3-6分钟内匀速一起滴加入边搅拌边超声的稀土氧化物溶液中；滴加完成后，再继续超声分散加高速搅拌30分钟，即得到银包覆稀土氧化物混合溶液；将制备的银包覆稀土氧化物混合溶液静置沉淀3-4小时，沉淀分别用无水乙醇和去离子水洗涤2-3次，然后抽滤干燥得到混合均匀的银稀土氧化物混合粉末；(4)银稀土氧化物电接触材料的制备采用粉末冶金工艺，将混合好的银稀土氧化物粉体经过20-24吨冷压，保压0.5-1小时；500℃-700℃烧结，保温1-2小时；36-48吨复压，保压0.5-1小时；700℃-900℃复烧，保温2-4小时；800-900℃热挤压，最后冷拉拔成丝材。本发明与现有技术相比具有以下优点：1、制备纳米银与稀土氧化物粉体时使用的原料和方法易得且成本低。用化学还原法和高能球磨法相结合制备纳米银与稀土氧化物混合粉体是一种工艺简单，易工业化生产，绿色环保的方法。2、本发明所提供的触头材料具有优良的机械性能，即具有较高的硬度、密度和电导率。因为稀土氧化物在银基体中弥散分布，不仅保持了银基体材料优良的导电性和导热性，稀土元素对基体还具有明显的强化作用，加入稀土元素的银合金硬化效果更明显，可将材料的硬度提高10-20％。3、本发明所提供的触头材料具有优良的电性能，从而提高了电器产品的工作性能、提高我国电器产品的市场竞争力。因为稀土氧化物具有较高的分解温度(>2000℃)。稀土氧化物悬浮在银熔池中增大其粘度，减少银的侵蚀和迁移，改善了材料的抗熔焊性、抗粘结性及耐电弧侵蚀性，使材料的电导率可提高20-30％。4、采用添加稀土氧化物生产银稀土氧化物合金可节约银10-30％，是一种新型节银电接触材料。附图说明图1为实施例1中纳米银粉末的SEM照片，图2为实施例1中氧化钇与氧化镧混合粉末的SEM照片，图3为实施例1中AgY2O3La2O3复合材料的EDS能谱图。具体实施方式实施例1(1)分别称取粒度为3-5μm的氧化钇和氧化镧各20g，不锈钢磨球200g，装入球磨筒中球磨15个小时，得到粒径为500nm左右的氧化钇和氧化镧混合粉末；(2)称取硝酸银15g，溶于去离子水500ml中，配成浓度为0.2mol/L的硝酸银溶液，然后往配制好的硝酸银溶液中加入浓度为10-12％的氨水溶液，产生咖啡色沉淀后继续滴加氨水搅拌至沉淀消失，沉淀消失后再加入2-4滴氨水溶液，搅拌均匀得到银氨溶液；称取抗坏血酸18g加入另一容器中加去离子水500ml溶解，配制得到抗坏血酸溶液。(3)称取氧化钇氧化镧混合粉末1.1g，溶于200ml去离子水中，将稀土氧化物混合溶液超声分散30分钟，然后加入搅拌器，边搅拌边超声分散；将配制好的抗坏血酸溶液和银氨溶液在5分钟内匀速一起滴加入边搅拌边超声的稀土氧化物溶液中；滴加完成后，再继续超声分散加高速搅拌30分钟，即得到银包覆稀土氧化物混合溶液；将制备的银包覆稀土氧化物混合溶液静置沉淀4小时，沉淀分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，然后抽滤干燥得到混合均匀的银稀土氧化物混合粉末；(4)采用粉末冶金工艺，按质量比Ag：稀土氧化物＝90:10的比例将混合好的银稀土氧化物粉体经过20吨冷压，保压1小时；600℃烧结，保温2小时；36吨复压，保压1小时；900℃复烧，保温4小时；900℃热挤压，最后冷拉拔成Φ1.36mm的丝材，并打成铆钉。采用密度仪、导电仪、万能试验机和硬度仪对材料的密度、导电率、抗拉强度和硬度等物理性能进行测试。合金的性能指标：电阻率为2.31μΩ.cm抗拉强度350.2MPa硬度为883MPa实施例2不同之处在于按Ag:La2O3/Y2O3＝85:15(质量比)的比例将银和稀土氧化物的混合粉体经过22吨冷压，保压1小时；650℃烧结，保温2小时；40吨复压，保压1小时；900℃复烧，保温4小时；900℃热挤压，最后冷拉拔成Φ1.36mm的丝材，并打成铆钉。合金的性能指标：电阻率为2.23μΩ.cm抗拉强度287.6MPa硬度为1058MPa实施例3不同之处在于按Ag:La2O3/Y2O3＝95:5(质量比)的比例将银和稀土氧化物的混合粉体经过18吨冷压，保压1小时；550℃烧结，保温1小时；36吨复压，保压0.5小时；850℃复烧，保温3小时；900℃热挤压，最后冷拉拔成Φ1.36mm的丝材，并打成铆钉。合金的性能指标：电阻率为2.42μΩ.cm抗拉强度399.3MPa硬度为759MPa通过实施例1-3对新型银稀土氧化物复合材料制备过程中初压压力、烧结温度、时间和复压压力等工艺参数的研究，确定出了该工艺过程的最佳工艺参数为初压压力20t，烧结温度600℃，复压压力36t，复烧温度900℃。本发明所提供的触头材料具有优良的机械性能和电性能。