新型Ag基锡酸镧复合电接触材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电接触材料的制备技术，特别是一种新型Ag基锡酸镧复合电接触材 料的制备及其产业化应用，该材料应用于低压电器如交流接触器、继电器、空气开关等设备 中。
【背景技术】
[0002] 电接触材料及元件作为电器工业的核心基础，担负着接通与分断电流的任务，其 性能直接关系到整机设备的通断容量、使用寿命和运行可靠性。AgCdO电接触材料因其接 触电阻低、抗熔焊、耐电弧侵蚀等优良性能曾经得到广泛应用，享有"万能触点"的美誉。然 而，AgCdO触点材料在使用过程中会释放有毒性的Cd蒸汽，同时欧盟颁布的RoSH指令限制 了 AgCdO触点材料的使用，需寻找相应的替代品。AgSnO2因其具备高热稳定性、抗电弧侵 蚀以及环境友好型等特点，而成为替代AgCdO的常用触点材料。但是在美国和中国，Ag/Sn0 2 在服役过程中依然会出现高的电弧侵蚀率，发生熔焊现象，制约Ag/Sn02电接触材料的进一 步使用。
[0003] 结合当前在Ag/Sn02触点材料的表面电弧侵蚀行为及其失效机制方面文献报道及 实验研宄结果表明：添加稀土元素或其复合物与311〇 2表面改性将成为改善电弧侵蚀，减小 熔焊力，提高电寿命的有效途径之一。相关研宄指出烧绿石结构的La2Sn 2O7粉体与SnOdffi 有相似的理化性质及较高的氧离子空位导电特性，同时La2Sn2O7粉体作为第二增强相在Ag 基电接触材料中发挥的良好的力学性能和抗熔焊特性已获得本课题组的实验证实。实验合 成的AgLa2Sn 2O7电接触材料具有最低的电阻率2. 2 μ Ω · cm)，经金属材料拉伸试验结 果表明：退火态断后延伸率达至24%，抗拉强度为230MPa。相比于AgSnO 2,AgLa2Sn2O7电接 触材料表现出更小的熔焊力。
[0004] 但现有的技术存在的不足是：Ag/Sn02触点材料在热挤压丝材工艺时由于硬度过 大，延伸率较低，导致丝材加工过程发生断裂，剥离等严重缺陷，此外在实际服役过程中出 现高接触电阻，高熔焊力，降低了 Ag/Sn02触点材料的使用寿命。而本发明的AgLa 2Sn207触 点材料在力学性能和熔焊特性上的服役效果表现得更佳。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中Ag/Sn02电接触材料的高侵蚀率和 熔焊等缺陷，提供一种新型Ag基锡酸镧复合电接触材料的制备方法。该方法制得的产品能 够用于改善电接触材料抗熔焊性能，且反应合成条件简易、成本低廉。
[0006] 为解决技术问题，本发明的解决方案是：
[0007] 提供一种新型Ag基锡酸镧复合电接触材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008] (I)Ag-La2Sn2O7复合粉体的制备
[0009] 将Ag粉和锡酸镧纳米粉体按照质量比88 : 12进行称量，球磨混合4小时，得到 AgLa2Sn2O7复合粉体；
[0010] ⑵将AgLa2Sn2O7复合粉体进行热压烧结处理，获得AgLa 2Sn2O7还块；然后对 AgLa2Sn2O7还块进行热挤压处理，获得直径为1. 5~3. 5mm的AgLa 2Sn207线材；
[0011] 热压烧结时控制条件为：热压压力450MPa，模具温度500°C ;热挤压时控制条件 为：挤压吨位50T，挤压模具加热温度500°C。
[0012] 本发明中，还包括对AgLa2Sn2O7线材的进一步处理：通过旋锻处理和拉丝处理，得 到直径为1. 85~2. 8mm的AgLa2Sn2O7丝材。
[0013] 本发明中，还包括对AgLa2Sn2O7丝材的进一步处理：将AgLa 2Sn2O7丝材送入铆钉机 加工成预定尺寸规格的铆钉件，在N 2气氛下400°C加热6h，进行退火工艺处理。
[0014] 本发明中的锡酸镧纳米粉体系根据中国发明专利申请"一种高纯度锡酸镧纳米粉 体的制备方法"（申请号201410488560. 6)中所介绍的步骤制备获得。
[0015] 本发明中，获得AgLa2Sn2O7坯块后，可以针对其进行密度、维氏硬度及电阻率等性 能测试。获得AgLa 2Sn2O7线材后，还可以进行采用后加工处理，即通过多道旋锻处理和拉丝 处理得到AgLa 2Sn2O7丝材，并进行相应的性能测试。再利用AgLa2Sn 2O7丝材在铆钉机上加工 成不同规格的铆钉件并进行退火工艺处理，然后安装至电寿命试验机上进行电寿命测试。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0017] (I)AgLa2Sn2O7复合粉体的合成工艺简单化。相比于以往常用的高能球磨+机械混 合工艺而言，本实验仅只采用球磨工艺（球磨时间短，仅需4h)就能实现AgLa 2Sn2O7复合粉 体的合成，成本更低廉。
[0018] (2) AgLa2Sn2O7丝材的力学性能优异。相比于AgSnO 2而言，AgLa 2Sn207丝材表现出 更低的电阻率、更高的退火态断后延伸率及较佳的抗拉强度。
[0019] (3) AgLa2Sn2O7丝材的抗恪焊特性优异。相比于AgSnO 2而言，AgLa 2Sn207表现出更 好的抗熔焊特性。
【具体实施方式】
[0020] 下面通过【具体实施方式】对本发明的实现方式进行描述。
[0021] -、锡酸镧纳米粉体的制备
[0022] (1)前驱体溶液A的配制
[0023] 将二水合草酸添加至去离子水中，以磁力搅拌至完全溶解，然后移液至容量瓶中 定容，配制成浓度为0. 03~0. 6mol/L的无色透明溶液，即前驱体溶液A ;
[0024] (2)前驱体溶液B的配制
[0025] 将摩尔比为I : 1的硝酸镧和五水四氯化锡添加至去离子水中，以磁力搅拌至完 全溶解，然后移液至容量瓶中定容，配制成总浓度为〇. 2~I. 5mol/L(是两种溶质合计的浓 度）的无色透明溶液，即前驱体溶液B ;
[0026] (3)锡酸镧纳米粉体的制备
[0027] 将前驱体溶液B以滴加方式导入前驱体溶液A中，形成均匀透明溶液；然后加入聚 乙烯醇（PVA)和柠檬酸胶凝剂，以磁力搅拌均匀；混合溶液中的聚乙烯醇（PVA)和柠檬酸胶 凝剂的质量浓度分别为1~5wt%和2~IOwt% ;
[0028] 向混合溶液中滴加浓度为25%~28%的氨水溶液，调节pH至7~9,并于室温下 继续搅拌2h ;然后在室温下沉降24h，移去上清液，在80°C烘干得到粉体；
[0029] 将烘干后的粉体进行研磨，过200目筛后，在900~1100°C烧结2h~5h，最终获 得呈乳白色的锡酸镧纳米粉体。
[0030] 二、Ag基锡酸镧复合电接触材料的制备
[0031] (I)Ag-La2Sn2O7复合粉体的制备
[0032] 将Ag粉和锡酸镧纳米粉体按照质量比88:12进行称量，球磨混合4小时，得到 AgLa2Sn2O7复合粉体；
[0033] (2)将AgLa2Sn2O7复合粉体进行热压烧结处理，获得AgLa 2Sn2O7还块；然后对 AgLa2Sn2O7还块进行热挤压处理，获得平均直径为1. 5~3. 5mm的AgLa 2Sn207线材；
[0034] 热压烧结时控制条件为：热压压力500MPa，模具温度500°C ;热挤压时控制条件 为：挤压吨位50T，挤压模具加热温度500°C。
[0035] (3)对AgLa2Sn2O7线材进行多道旋锻处理和拉丝处理，得到直径为1. 85~2. 8mm 的 AgLa2Sn2O7丝材。
[0036] (4)将AgLa2Sn2O7丝材送入铆钉机加工成预定规格的铆钉件，在N 2气氛下400°C加 热6h，进行退火工艺处理。
[0037] 将制备的AgLa2Sn2O7铆钉件安装至电寿命试验机上进行电寿命测试，试验次数为 20k次。试验结果表明AgLa 2Sn2O7表现出更佳的抗熔焊特性。
[0038] 相比于现有技术的AgSnO2材料，本发明中AgLa 2Sn207材料在力学性能及熔焊特性 方面的优势如下表1所示。
[0039] 表1本发明中AgLa2Sn2O7材料与现有技术的AgSnO 2材料之间的差异性
[0040]
【主权项】
1. 新型Ag基锡酸镧复合电接触材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) Ag-La2Sn2O7复合粉体的制备 将Ag粉和锡酸镧纳米粉体按照质量比88 : 12进行称量，球磨混合4小时，得到AgLa2Sn2O7复合粉体； (2) 将AgLa2Sn2O7复合粉体进行热压烧结处理，获得AgLa2Sn2O7还块；然后对AgLa2Sn2O7 还块进行热挤压处理，获得直径为1. 5~3. 5mm的AgLa2Sn2O7线材； 热压烧结时控制条件为：热压压力450MPa，模具温度500°C;热挤压时控制条件为：挤 压吨位50T，挤压模具加热温度500°C。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对AgLa2Sn2O7线材的进一步处理： 通过旋锻处理和拉丝处理，得到直径为1. 85~2. 8mm的AgLa2Sn2O7丝材。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对AgLa2Sn2O7丝材的进一步处理： 将AgLa2Sn2O7丝材送入铆钉机加工成预定规格的铆钉件，在N2气氛下400°C加热6h，进行退 火工艺处理。
【专利摘要】本发明涉及电接触材料的制备，旨在提供一种新型Ag基锡酸镧复合电接触材料的制备方法。该方法包括：将Ag粉和锡酸镧纳米粉体球磨混合得到AgLa2Sn2O7复合粉体，然后进行热压烧结处理，获得AgLa2Sn2O7坯块；再进行热挤压处理，即得到AgLa2Sn2O7线材。本发明中，AgLa2Sn2O7复合粉体的合成工艺简单化，仅只采用球磨工艺就能实现合成，成本更低廉。相比于AgSnO2而言，制成丝材后表现出更低的电阻率、更高的退火态断后延伸率及较佳的抗拉强度，力学性能优异，且具有更好的抗熔焊特性。
【IPC分类】C22C5/06, C22C1/05, C22C32/00
【公开号】CN104894421
【申请号】CN201510222665
【发明人】张玲洁, 杨辉, 沈涛, 樊先平, 申乾宏, 陈乐生, 张继
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月4日