专利名称：含Pt的滑动接点材料及层状复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滑动电接触材料，尤其涉及一种具有优良的灭弧、自润滑、耐磨及耐腐蚀的含Pt的滑动接点材料，以及用这种材料镶嵌铜或铜合金表面，滑动电接点材料作为工作层、铜或铜合金作为基层的层状复合材料。
背景技术：
电刷是直流微电机的核心元件之一，它与换向器相互接触并相对滑动，实现电能 传输、推动电机运行。电刷在工作过程中承受滑动磨损和电弧侵蚀的双重作用，同时受到环境气氛中各种腐蚀性介质的影响，并且摩擦和电流造成的温升加剧了磨损和腐蚀的作用。因此，电刷材料在要求良好接触导电性的同时，还需要具有良好的耐磨损、抗电弧、抗熔焊和耐腐蚀性能；同时，电刷在与换向器配对工作过程中，其工作区域只局限在很小的一段，虽然在工作过程中有加工硬化的作用，但在磨损和电弧严重的场合仍然难以保证足够的寿命和稳定性，尤其在微电机换向器普遍使用含稀土的银合金以后，电刷的性能逐渐成为制约微电机寿命的关键因素。目前，通过在现有的AgPd合金中添加Cu、RE制作的电刷材料，其使用性能较传统的AgPd50合金有了一定的提高，并且将价格昂贵的元素Pd的含量(重量百分比，下同)由50%降低到40 48%，使其成本也有了明显的下降。但是，在电流运转较大(如IA以上)、电压较大(如IOV以上)、转速较高(如8000rpm以上)等条件下AgPd合金电刷片则仍然存在灭弧效果差、自润滑不良等缺点，导致微电机寿命和稳定性不足。
发明内容
针对现有银钯系电刷材料存在的问题，本发明提供一种成分均匀性具有优良的灭弧、自润滑、耐磨及耐腐蚀的含Pt的滑动接点材料，以及用其作为电刷的工作面，镶嵌铜合金基体上构成层状复合材料。所述材料可以充分发挥贵金属电接触材料的优良性能，具有提高直流微电机的稳定性和使用寿命的优点。本发明的技术方案是本发明所述的滑动接点材料，包括Pd、Cu、Zn、RE、Pt和Ag，其各组分的重量百分含量为Pd 15 45%;Cu 0.5 8%;Zn 0. 5 5% ;RE 0.05 0.5%;Pt 0. I 2% ;余量为Ag。上述滑动接点材料中所述的RE最优可为La、Ce、Eu中的一种或几种。本发明所述的层状复合材料，采用上述的滑动接点材料镶嵌在铜或铜合金的表面，其中铜或铜合金为基层，滑动接点材料为工作层。本发明涉及的一种微电机，它使用上述层状复合材料作电刷。本发明所述的材料中，Ag是导电性最好 的金属元素，并且具有良好的耐腐蚀性能，是电刷材料导电和耐腐蚀的基本保证，但纯Ag的力学性能不足、抗硫化性能差，易受电弧侵蚀和熔焊，因此必须进行合金化。Pd是改善Ag抗硫化性能的主要元素，并且可进一步提高耐腐蚀性，还通过固溶强化提高材料的硬度和耐磨性，其熔点较高，可以改善材料的抗电弧性能；如果Pd的含量低于15%，则其对电刷材料性能的改善作用不能充分发挥，如果其含量高于45%，则材料电阻增大，同时成本提高。Cu主要起固溶强化和沉淀强化作用，提高材料的耐磨性；如果含量低于0. 5%，则其强化作用不能充分发挥，如果含量高于8%，则增大接触电阻，降低耐腐蚀性。Zn 一方面起固溶强化作用，提高材料的耐磨性；并且其沸点较低(约907°C )，电刷使用过程中出现电弧时，Zn可以通过挥发吸热，使电弧尽快熄灭；同时，材料中的Zn还可以发生选择性氧化，在电刷表面形成极薄的ZnO薄膜，在不明显提高接触电阻的条件下产生自润滑作用，减小电刷的磨损。如果Zn的加入量小于I %，则其作用不能充分发挥，如果Zn的加入量大于5%，则材料电阻增大，电接触性能下降。稀土元素RE可以去除杂质、净化合金，改善合金的成分均匀性、细化组织，从而提高合金的导电性与力学性能；同时，稀土元素还可以与Ag、Pd、Cu形成多种金属间化合物，并以微细颗粒形式从基体中弥散、均匀地析出，产生沉淀强化作用，改善合金的耐磨性，并提高其高温稳定性，抑制电刷在工作过程中由于温度升高而发生软化的现象，从而延长电刷的使用寿命。如果稀土添加量少于0.05%，则不能充分发挥其有益作用；如果稀土添加量大于0.5%，则析出相增多、尺寸变大，接触电阻升高，并且对换向器的损伤增大，不利于直流微电机性能和寿命的改善。Pt是一种耐蚀性优良的贵金属元素，它可以进一步提高电刷材料的耐腐蚀性，从而改善接触电阻的稳定性；同时，Pt还对材料产生固溶强化作用，提高耐磨性；Pt还提高电刷材料的抗电弧侵蚀性能。如果Pt含量低于0. I %，则其有益作用不能充分发挥；如果Pt含量高于2%，则材料电阻增大，同时成本提高。本发明的合金成分配方合理，各元素在液态下的互溶性好，高温熔炼过程中均没有严重的烧损，成分容易保证；并且凝固过程中也不会发生严重的成分偏析，热处理工艺性能好，成分的均匀性容易得到保证。因此生产的电刷材料成分、组织和性能的均匀性和一致性容易控制，适合大规模批量生产。将上述银合金作为工作层复合在具有优良力学性能的铜合金表面，用于制作微电机电刷，不仅可以节约贵金属，而且可以改善电刷整体的力学性能，保证其工作期间接触压力的稳定性，从而保证微电机使用性能的稳定性。本发明的优点为I)采用本发明所述的材料制作微电机电刷，具有优良的自灭弧、自润滑、耐磨损、抗电弧和耐腐蚀等性能，从而提高直流微电机的稳定性和使用寿命。2)本发明的电刷合金可以采用普通真空熔炼工艺制造，设备和工艺技术不需要特殊的改造，生产中易于实施。
3)采用本发明所述的滑动接点材料制作层状复合材料时，可以采用现有的钯银合金/铜合金电接触复合带材的工艺和设备进行生产，技术易于掌握和实施，也不会增加生产成本。4)本发明所述的滑动接点材料中，各元素在熔炼过程中烧损较少，凝固过程中成分偏析不严重，因而其成分和成分均匀性容易保证，适合于大规模生产。
图I为层状复合材料横截面结构的示意图。
具体实施例方式实施例I至9的合金成分见表I。表I实施例1-9合金成分(重量百分数) 实施例 PdCuZn La Ce Eu Pt_Ag
J__154I 0.05____0.5 余量
2__154I___005___0.5 余量
_3__154I____0.05 0.5 余量
42023 0.10.8 余量---------
_5__2023___O1I___0.8余量
^__2023___0.1 0.8余量
_7__2563 0.2____I余量
_8_ 2563__^2___I余量
^_ 2563____0.2 I余量按表I中的取各组分熔炼，浇铸成锭，经开坯、轧制、退火等工序制成滑动接点材料带材，然后将滑动接点材料I镶嵌在铜合金2的表面(参见图I)，采用热轧复合工艺将滑动接点材料与MX96铜合金复合得到层状复合材料，然后继续经多次轧制成银合金层厚0. Olmm,总厚0. 15mm的层状复合带材,具体的制备工艺为I)采用真空感应炉熔炼制备合金，其中各元素可以以中间合金形式加入，也可以以纯金属形式加入；如果稀土元素以纯金属形式添加，则必须以银箔包裹等方式进行保护，以免其在空气中氧化；另外，还可以利用生产过程中废弃的、成分合格的边角料作为制备滑动接点材料的原料。2)将制备的滑动接点材料铸锭经开坯、轧制、中间退火、拉拔等工艺，制备成带材或丝材。3)采用热轧、温轧或冷轧复合技术，将上述带材或丝材状的滑动接点材料镶嵌在铜合金表面，制作成层状复合材料。其中滑动接点材料为工作层，铜合金为基层。比较例I合金成分为30% Pd、余量为Ag，采用与上述相同工艺制成AgPd30合金层厚0. 013mm,总厚0. 15mm的Pd-Ag复合带材。将实施例1-9的材料制备成层状复合材料以及比较例I的复合带材制作成直流电动机刷片装配在直流电动机中，进行寿命试验。实施例1-9的材料制备成层状复合材料的换向器材料为AgCu4NiO. 5RE/Cu，其中，银合金层厚度为0. 03mm，材料总厚度0. 25mm。测试条件为测试温度80°C测试载荷10g*cm测试电压12V转速8000rpm 运行方式连续每组测试电机数量10台测试过程中，通过检测电机转速和电流的变化来判定电机的工作状态，出现转速或电流超标或无法启动时均判定为寿命终止，各组试验电机的寿命值均取其10台电机平均值计算。测试结果见表2。表2实施例1-9及比较例I寿命测试结果
权利要求
1.一种含Pt的滑动接点材料，其特征在于，滑动接点材料包括Pd、Cu、Zn、RE、Pt和Ag，其各组分的重量百分含量为 Pd 15 45% ； Cu 0. 5 8% ; Zn 0. 5 5% ;RE 0. 05 0. 5% ; Pt 0. I 2% ; 余量为Ag。
2.根据权利要求I所述的含Pt的滑动接点材料，其特征在于，RE为La、Ce、Eu中的一种或几种。
3.—种层状复合材料，其特征在于权利要求I 2中任一项所述的滑动接点材料镶嵌在铜或铜合金的表面，其中铜或铜合金为基层，滑动接点材料为工作层。
4.一种微电机，其特征在于它使用权利要求3的所述的层状复合材料作电刷。
全文摘要
本发明涉及了一种含Pt的滑动接点材料及层状复合材料，所述的接点材料各组分的重量百分含量为Pd 15～45％；Cu 0.5～8％；Zn 0.5～5％；RE 0.05～0.5％；Pt 0.1～2％；余量为Ag；所述的滑动接点材料可以镶嵌在铜及铜合金表面形成层状复合材料。所述的滑动接点材料具有良好的自润滑、抗电弧、耐磨损、耐腐蚀等性能，适合用作高转速、腐蚀环境下工作的微电机电刷的工作层。
文档编号H01R39/22GK102747247SQ20111033564
公开日2012年10月24日 申请日期2011年10月29日 优先权日2011年10月29日
发明者徐永红, 秦秀芳, 章应 申请人:重庆川仪自动化股份有限公司