专利名称：银氧化镉多元增强电触点材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电触点材料及其制备方法，具体地说，涉及的是一种银 氧化镉多元增强电触点材料及其制备方法。
技术背景随着电器产品向大容量、小体积的方向发展，对电触点材料的要求日益增高 —要求材料在极大电弧热和焦耳热的条件下不发生熔焊、机械及耐电磨损性能要 好；在分断过程中产生的金属飞溅少，燃弧时间短；在直流环境下，抗熔焊性好， 材料转移少，接触电阻低而稳定。目前广为使用的银氧化镉电触点材料虽然有极好的性能和较低的材料成本， 尤其是高氧化镉含量更是如此，制作工艺也很稳定成熟，如中国专利95111070 所述，但使用较多金属镉，产品中含有镉氧化物，以后在环境中会残留镉盐。由 于金属镉和镉盐对人体有很大的毒副作用，对环境有害。因此寻找能够完全替代Ag-CdO新型电触点材料成为目前国内外研究的焦 点。最有希望替代Ag-CdO材料的材料体系主要有Ag-Sn02、 Ag-ZnO等系列材料。具体如下(1) Ag-氧化物系电触点材料以及使用该材料的继电器、交流通用继电 器、汽车用继电器CN101208762A(2) 银-氧化物系电接触材料的制造方法及其制品CN1571856A(3) 银氧化锡氧化铜合金触点材料CN1441071A(4) 银氧化锡氧化铟电触点线材及其生产工艺CN1167835A(5) 新型银氧化锡丝材电触头材料制造方法CN101202169A(6) 银氧化锡氧化锌合金电触点及其生产工艺CN1443864A 综上所述，现在国内外关于替代AgCdO材料的研究主要集中于AgSn02、AgZnO材料的组分设计与制备方法，开发出来多个系列的AgSn02或Ag-ZnO的无镉复合材料。这些材料由于Sn02或ZnO颗粒热稳定性能较好，所以在使用过 程中材料的损耗较少，具有良好的节银效果。但是后续加工困难、使用过程中温 升过高、分断能力较弱等问题依旧没有得到很好的解决，以至于在很多大功率应 用场合依旧不能替代Ag-CdO材料。 发明内容本发明针对现有技术存在的以上不足，提供一种银氧化镉基多元增强电触点 材料及其制备方法，以CdO颗粒为主的多元增强复合材料，使其在保持Ag-CdO 材料特性-如分断能力强、抗熔焊性好、温升较低等优点的基础上，减少Cd用量、 降低材料在使用过程中的损耗，具有优良的综合性能，加工方便。为实现上述的目的，本发明采用的技术方案是本发明提供一种银氧化镉基多元增强电触点材料，其包含的组分及重量百分 含量为Cd0 5 12%,以及ZnO 1 5%、 Sn02 1 5%中的至少一种，余量为 Ag。本发明上述电触点材料还可以进一步包括以下微量添加剂中的至少三种CuO0.1 2%、 0.1 l%NiO、 0.1 0.5%In2O3、 0.1 0.5% Bi203，均为重量百分 比含量。所述CdO、 ZnO、 Sn02、 CuO、 NiO、 ln203、 81203颗粒平均粒度在0.3 10pm之间。本发明还提供上述银氧化镉基多元增强电触点材料的制备方法，包括以下步骤第一步，将银锭与所需合金元素金属块按比例置于熔炼炉中熔炼； 所述熔炼温度在950-130(TC之间。所述合金元素是指包括Cd金属元素及Zn、 Sn金属中的至少一种。 所述合金元素还可以包括Cu、 Ni、 In、 Bi金属中的至少三种。 第二步，对第一步得到的金属熔液进行雾化制粉；所述雾化制粉，是指利用高压气体或水流冲击熔融液态金属流，使其雾化成 金属小液滴，随后冷却获得粉末。所述雾化制粉，其中雾化气体压力在0.3MPa 10MPa之间。 第二步，将雾化获得的粉末氧化；所述氧化，其中气体压力在0.1 3MPa之间，温度在500。C 85(TC之间， 氧化时间在lh 10h之间；第三步，将氧化后粉末等静压制成坯体； 所述等静压压强在100 500MPa之间。 第四步，将等静压获得坯体在氧气气氛下烧结； 所述烧结温度在600 900°C ，烧结时间在2h 10h之间。 第五步，将烧结后坯体进行热压；所述热压，其中热压温度为400 900'C，热压压力为300 700MPa。 第六步，对热压后坯体进行复烧，复烧工艺同第四步； 所述复烧，其中烧结温度在600 90(TC，烧结时间在2h 10h之间。 第七步，将复烧后坯体进行热挤压获得线材或带材。所述坯体加热温度在600 900°C，挤压比在10 400之间，挤压速度为5 8cm/min,挤压模具预热温度100 500°C。本发明采用以氧化镉颗粒为主要增强相，混杂其它必要如ZnO、 Sn02等颗 粒多元增强。这样的材料设计不仅保持了氧化镉材料分断能力强、抗熔焊性优良 的特点，并且可以发挥ZnO、 Sn02颗粒耐电弧烧蚀能力强的优点，这样的设计 思想不仅减少了有毒镉元素的污染，而且可以进一步提高材料的性能。同时添加 诸如Cu、 Ni、 In、 Bi等元素，使Zn元素与Sn元素容易实现预氧化过程，縮短 氧化时间，同时能够增强氧化物颗粒与基体的润湿性，使材料在使用过程中温升 达到使用要求，并延长使用寿命。与现有电触点用片材相比，本发明由于在原材料中添加了以上必要的元素组 份,采用了粉末冶金与热挤压变形相结合的制备方法，从而达到良好的加工性能， 有毒镉含量减少，可以代替银氧化镉应用于大功率继电器。本发明的材料减少了 银氧化镉触点生产应用过程对环境的污染，并且具有更好的节银效果。.
图1为本发明的材料制备方法的流程图具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，以下描述只是用于理解 本发明，并不用于限定本发明的范围。如图1所示，本发明以下实施例中的制备方法按照图1中所示的流程进行实施。
实施例一
本实施例中，银氧化镉多元增强电触点材料包含的组分及重量百分含量为
5%CdO， 5%Sn02， 1%CuO， 0.5%NiO， 0.5%In2O3，余量为Ag
称取17.8Kg银锭，置于中频感应炉中熔化，随后依次加入1Kg Cd、0.8Kg Sn、 0.2kgCu、 O.lkgNi、 O.lkgln，经95(TC熔炼均匀化后，在10MPa氮气压力下雾 化制粉，然后将雾化制得粉末装入高压容器中加热至50(TC，氧化10h，氧气压 力为3MPa。将氧化好的粉末在等静压100MPa下压制成坯体，随后在氧气气氛 60(TC烧结10h。将烧结后的坯体在900。C， 300MPa压力下热压，然后将热压坯 体在氧气气氛850。C复烧5h。将复烧后坯体进行热挤压，热挤压温度600。C，模 具预热温度为100'C，挤压比为IO，挤压速度5cm/min。所获得的材料性能为 抗拉强度315MPa;电阻率2.2pXlcm;硬度95HV(退火态)；密度10.0g/cm3; 氧化物颗粒平均粒度为0.3,。
实施例二
本实施例中，银氧化镉多元增强电触点材料包含的组分及重量百分含量为
6%CdO， 2%ZnO， 0.3%Bi2O3， 0.1%NiO， 0.5%In2O3，余量为Ag
称取18Kg银锭,置于中频感应炉中熔化，随后依次加入1.2Kg Cd、0.4Kg Zn、 0.3kgCu、 0.02kgNi、 0.06kgBi、 O.lkgln,经1300。C熔炼均匀化后，在0.3MPa 氮气压力下，雾化制粉，然后将雾化制得粉末装入高压容器中加热至85(TC，氧 化lh，氧气压力为0.1MPa。将氧化好的粉末在等静压500MPa下压制成坯体， 随后在氧气气氛900'C烧结2h。将烧结后的坯体在400'C， 700MPa压力下热压， 然后将热压坯体在氧气气氛900。C复烧2h。将复烧后坯体进行热挤压，热挤压温 度900'C，模具预热温度为500°C，挤压比为400，挤压速度8cm/min。所获得 的材料性能为抗拉强度280MPa;电阻率2.0nQ.cm;硬度75HV (退火态)； 密度10.1g/cm3;氧化物颗粒平均粒度为0.5,
实施例三
7本实施例中，银氧化镉多元增强电触点材料包含的组分及重量百分含量为
7%CdO， 6%Sn02, 0.1%CuO， 0.5%NiO， 0.5%Bi2O3，余量为Ag
称取17Kg银锭，置于中频感应炉中熔化，随后依次加入1.4KgCd、 1.2KgZn、 0.02kgCu、 O.lkgNi、 O.lkgBi，经1150'C熔炼均匀化后，在5MPa氮气压力下， 雾化制粉，然后将雾化制得粉末装入高压容器中加热至65(TC，氧化8h，氧气压 力为lMPa。将氧化好的粉末在等静压250MPa下压制成坯体，随后在氧气气氛 75(TC烧结5h。将烧结后的坯体在750°C， 500MPa压力下热压，然后将热压坯 体在氧气气氛750。C复烧5h。将复烧后坯体进行热挤压，模具预热温度为350°C ， 热挤压温度700'C，挤压比为250，挤压速度7cm/min。所获得的材料性能为-抗拉强度330MPa;电阻率2.3nXIcm;硬度卯HV(退火态)；密度9.85g/cm3; 氧化物颗粒平均粒度为lfim。
实施例四
本实施例中，银氧化镉多元增强电触点材料包含的组分及重量百分含量为
10%CdO， 3%ZnO， 2%CuO， 0.2%NiO, 0.3%In2O3， 0.5Bi2O3，余量为Ag
称取16.8Kg银锭，置于中频感应炉中熔化，随后依次加入2.0KgCd、 0.6KgZn、 0.4kgCu、 0.04kgNi、 O.lkgBi、 0.06kgln，经均匀化后，在2MPa氮气 压力下，1050。C雾化制粉，然后将雾化制得粉末装入高压容器中加热至700。C， 氧化8h。将氧化好的粉末在等静压300MPa下压制成坯体，随后在氧气气氛85(TC 烧结5h。将烧结后的坯体在75(TC， 550MPa压力下热压，然后将热压坯体在氧 气气氛85(TC复烧5h。将复烧后坯体进行热挤压获得丝材，热挤压温度70(TC， 模具预热温度为400'C，挤压比为200，挤压速度6cm/min。所获得的材料性能 为抗拉强度350MPa;电阻率2.4MD.cm;硬度100HV (退火态)；密度 9.7g/cm3;氧化物颗粒平均粒度为2pm。
实施例五
本实施例中，银氧化镉多元增强电触点材料包含的组分及重量百分含量为-12%CdO， l%ZnO， l%Sn02, 0.1%NiO， 0.1In2O3， 0.2Bi2O3，余量为Ag
称取17.6Kg银锭，置于中频感应炉中熔化，随后依次加入2.4Kg Cd、0.16KgZn、 0.2kg Sn、 0.02kg Ni、 0.04kg Bi、 0.02kg In，经均匀化后，在lMPa 氮气压力下，125(TC雾化制粉，然后将雾化制得粉末装入高压容器中加热至 800°C，氧化3h。将氧化好的粉末在等静压300MPa下压制成坯体，随后在氧气 气氛850'C烧结5h。将烧结后的坯体在75(TC， 400MPa压力下热压然后将热压 坯体在氧气气氛85(TC复烧5h。将复烧后坯体进行热挤压获得丝材，热挤压温度 850°C，模具预热温度为45(TC，挤压比为350，挤压速度5cm/min。所获得的材
料性能为抗拉强度340MPa;电阻率2.3^X111;硬度105HV (退火态)；
密度9.8g/cm3;氧化物颗粒平均粒度为2nm。
实施六
本实施例中，银氧化镉多元增强电触点材料包含的组分及重量百分含量为
5%CdO， 5%ZnO， 5%Sn02， 0.2%NiO， 0.5%In2O3， 0.3%Bi2O3，余量Ag
称取16.8Kg银锭，置于中频感应炉中熔化，随后依次加入1.8KgCd、 0.4Kg Zn、 0.8kg Cu、 0.04kgNi、 0.06kg Bi、 0.1kg In，经均匀化后，在3MPa氮气压力 下，IIOO'C雾化制粉，然后将雾化制得粉末装入高压容器中加热至80(TC，氧化 10h。将氧化好的粉末在等静压450MPa下压制成坯体，随后在氧气气氛700°C 烧结10h。将烧结后的坯体在800°C, 400MPa压力下热压，然后将热压坯体在 氧气气氛700。C复烧10h。将复烧后坯体进行热挤压获得丝材，热挤压温度850°C ， 模具预热温度为45(TC，挤压比为400，挤压速度5cm/min。所获得的材料性能
为抗拉强度380MPa;电阻率2.45nQ.Cm;硬度100HV (退火态)；密度
9.78g/cm3;氧化物颗粒平均粒度为3拜。
权利要求
1、一种银氧化镉多元增强电触点材料，其特征在于包含的组分及重量百分含量为CdO 5～12％，以及ZnO 1～5％、SnO21～5％中的至少一种，余量为Ag。
2. 如权利要求1所述的银氧化镉多元增强电触点材料，其特征在于，进一步包括以下微量添加剂中的至少三种CuO 0.1 2%、 0.1 l%NiO、 0.1 0.5In2O3、 0.1 0.5%Bi2O3，此处均为重量百分含量。
3. 如权利要求2所述的银氧化镉多元增强电触点材料，其特征在于，所述CuO、 NiO、 ln203、 Bb03颗粒平均粒度在0.3 10prn之间。
4. 如权利要求1所述的银氧化镉多元增强电触点材料，其特征在于，所述CdO、 ZnO、 81102颗粒平均粒度在0.3 10拜之间。
5. —种如权利要求l所述的银氧化镉多元增强电触点材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤-第一步，将银锭与所需合金元素金属块按比例置于熔炼炉中熔炼；第二步，对第一步得到的金属熔液进行雾化制粉；第三步，将雾化获得的粉末进行氧化；第四步，将氧化后粉末等静压制成坯体；第五步，将等静压获得坯体在氧气气氛下烧结；第六步，将烧结后坯体进行热压；第七步，对热压后坯体进行复烧，复烧工艺同第四步；第八步，将复烧后坯体进行热挤压获得线材或带材。
6. 如权利要求5所述的银氧化镉多元增强电触点材料的制备方法，其特征在于，第一步中，所述熔炼，其中熔炼温度在950 1300'C之间。
7. 如权利要求5所述的银氧化镉多元增强电触点材料的制备方法，其特征在于，第一步中，所述合金元素，是指包括Cd金属元素及Zn、 Sn金属中的至少一种，还可以包括Cu、 Ni、 In、 Bi金属中的至少三种。
8. 如权利要求5所述的银氧化镉多元增强电触点材料的制备方法，其特征在于，第二步中，所述雾化，雾化气体压力在0.3MPa 10MPa之间。
9、 如权利要求5所述的银氧化镉多元增强电触点材料的制备方法，其特征在于，第三步中，所述氧化，其中气体压力在0.1 3MPa之间，温度在350。C 85(TC之间，氧化时间在lh 10h之间。
10、 如权利要求5所述的银氧化镉多元增强电触点材料的制备方法，其特征在于，第四步中，所述等静压压强在100 500MPa之间。
11、 如权利要求5所述的银氧化镉多元增强电触点材料的制备方法，其特征在于，第五步中，所述烧结温度在600 卯0'C，烧结时间在2h 10h之间。
12、 如权利要求5所述的银氧化镉多元增强电触点材料的制备方法，其特征在于，第六步中，所述热压，其中热压温度为400 卯(TC，热压压力为300 700MPa，热压时间为lmin 30min。
13、 如权利要求5所述的银氧化镉多元增强电触点材料的制备方法，其特征在于，第七步中，所述复烧，其中烧结温度在600 900。C，烧结时间在2h 10h之间。
14、 如权利要求5所述的银氧化镉多元增强电触点材料的制备方法，其特征在于，第八步中，所述坯体加热温度在600 90(TC，挤压比在10 400之间，挤压速度为5 8cm/min，挤压模具预热温度100 500°C。
全文摘要
本发明公开一种银氧化镉多元增强电触点材料及其制备方法，材料包含的组分及重量百分含量为CdO 5～12％，以及ZnO 1～5％、SnO<sub>2</sub> 1～5％中至少一种，余量为Ag。本发明由于在原材料中采用了多相增强，综合各增强相优点，从而使得该材料在保持Ag-CdO原有优良抗熔焊、分断能力强、温升低等优点外，减少了有毒镉的用量，并且具有更好的耐电弧烧蚀能力，具有明显的节银效果，可以代替银氧化镉应用于大功率继电器，减少了银氧化镉触点生产应用过程对环境的污染。
文档编号H01H1/0237GK101651051SQ20091005506
公开日2010年2月17日 申请日期2009年7月20日 优先权日2009年7月20日
发明者甘可可, 祁更新, 晓 陈, 陈乐生 申请人:温州宏丰电工合金有限公司