专利名称：微电机换向器用滑动电接触材料和复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种利用氧化物强化的换向器用银基滑动电接触材料；由这种电接触材料作工作层、铜作基层所组成的两层复合材料；以及使用该两层复合材料制作的换向器，和使用该换向器的直流微电机。
背景技术：
在直流微电机的工作过程中，换向器和电刷片相互接触并相对滑动，实现电流的传输，保持电机运转。因此，换向器和电刷之间不可避免地存在滑动摩擦磨损，而且还有电弧产生，对材料造成损伤。换向器和电刷片的摩擦磨损过程中产生的磨屑被挤压在两者之间，影响二者的接触性能，造成较大的接触电阻波动，导致输出波形不良和电噪声，严重时引起非换向期电弧，加快材料的损伤。换向时产生的电弧温度很高，常常造成银合金的熔化、飞溅，是换向器失效，进而引起微电机寿命终止的重要原因。而且，电接触过程中由于机械摩擦和电流作用所产生的温升会使材料表面硬度下降，降低其硬度和耐磨性，进一步加剧了材料的机械磨损。银合金具有优良的导电性和耐腐蚀性能，因而是换向器中最常见、用量最大的滑动式电接触合金。以氧化物增强的银基电接触材料在“开-闭”式电接触领域已经得到了广泛的应用，常见的有AgCuO、AgZnO, AgSnO2等。但是，由于氧化物增强的电接触材料加工性能较差，使得如何在滑动式电接触材料中采用氧化物增强的技术，提高换向器用电接触材料的耐磨性和抗电弧侵蚀能力是提高换向器使用性能和微电机使用寿命和稳定性，是本领域广大技术人员关注的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供微电机换向器用滑动电接触材料及复合材料，所述材料在现有的AgCuM换向器合金中引入氧化物质点，合理利用氧化物的高硬度和高熔点特性，提高合金的耐磨性和抗电弧侵蚀能力，所述复合材料用于制作直流微电机的换向器，以改善接触稳定性、降低电噪声、延长微电机的使用寿命。本发明微电机换向器用滑动电接触材料，由Cu、Ni、氧化物和Ag组成，其各组分的重量百分含量为Cu1 8%;Ni0.1 0.5%;氧化物 0.5 2%;余量为Ag ；其中，氧化物为Al203、&02、Ce02、Cr203中的任意一种。上述氧化物的粒度为0. 5 3 μ m。本发明涉及的微电机换向器用滑动电接触复合材料，它以微电机换向器用滑动电接触材料做为工作层，以铜为基层，其中，所述工作层覆盖在铜的表面。
所述工作层全部或部分覆盖在铜的表面。本发明涉及的一种微电机换向器，它使用微电机换向器用滑动电接触复合材料。本发明还涉及一种微电机，它使用上述换向器。本发明所述微电机换向器用滑动电接触材料中的氧化物具有高的硬度，通过弥散强化机制提高银基体的硬度，另一方面其自身也具有很强的抵抗滑动磨损的能力，使滑动式电接触材料的耐磨性得以提高，减少磨屑的产生；另外，氧化物还具有高的熔点，在电弧高温的作用下也不会熔化，并且可以防止银基体的飞溅和流失，从而提高材料整体的抗电弧能力。因此，采用本发明的氧化物增强电接触材料制作微电机换向器，可以延长使用寿命、增加接触稳定性、降低电噪声。若氧化物的含量低于0. 5%，则其耐磨损和抗电弧作用不能充分发挥；若氧化物的含量高于2%，则显著增大滑动接触时的接触电阻，并且对电刷造成严重磨损，反而降低微电机寿命。为了保证氧化物颗粒的数量和分布均勻性，本发明对氧化物的粒度也进行了优选。在现有的生产条件下，如果氧化物的粒度低于0. 5 μ m,则颗粒过于细小，在运输、保存和使用过程中容易团聚，其在换向器材料中的分散性和均勻性很难保证，降低材料性能的一致性和稳定性，不能满足大批量生产的要求。但是，如果氧化物的粒度大于3 μ m,则颗粒过于粗大，这一方面减少了换向器材料中增强颗粒的数量，弱化增强效果，另一方面严重降低材料的工艺性能，生产中容易出现开裂现象，同样不能满足大批量生产的要求；此外，过于粗大的颗粒对接触电阻和电刷也会产生不利影响。将本发明的换向器材料作为工作层复合在铜基层表面，用于制作微电机换向器， 可以节约贵金属，降低换向器和微电机的生产成本。本发明的优点为1)采用本发明的材料制作微电机换向器，具有优良的耐磨损和抗电弧性能，用于微电机中，可以减少磨屑、降低电噪声，提高微电机的稳定性和使用寿命。2)本发明采用材料现有的雾化制粉、等静压成形、烧结、压力加工和热处理技术制备，设备和工艺技术不需要特殊的改造，生产中易于实施。3)利用本发明的合金制作层状复合材料时，可以采用现有的AgCuNi系合金/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，基本不会增加生产成本。4)本发明采用雾化法制备AgCuNi合金粉末，其成分均勻性高；而后采用混粉、等静压成形、挤压加工等技术生产换向器材料，可以有效地保证氧化物在材料中分布的均勻性，并且材料可以达到完全致密化。
具体实施例方式实施例1至12的合金成分见表1.
权利要求
1.一种微电机换向器用滑动电接触材料，其特征在于，由Cu、Ni、氧化物和Ag组成，其各组分的重量百分含量为Cu1 8% ；Ni 0. 1 0. 5% ； 氧化物 0.5 2%; 余量为Ag ；其中，氧化物为A1203、&02、CeO2、Cr2O3中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于所述氧化物的粒度为0.5 3μπι。
3.一种微电机换向器用滑动电接触复合材料，其特征在于，它以权利要求1的电接触材料为工作层，以铜为基层，其中，所述工作层覆盖在铜的表面。
4.根据权利要求3所述的材料，其特征在于所述工作层全部或部分覆盖在铜的表面。
5.一种微电机换向器，其特征在于，它使用权利要求3或4所述的任何一种复合材料。
6.一种微电机，其特征在于，它使用权利要求5所述的换向器。
全文摘要
本发明公开了一种微电机换向器用滑动电接触材料，该材料各组分重量含量为Cu为1～8％、Ni为0.1～0.5％、氧化物为0.5～2％，余量为银，其中氧化物为Al2O3、ZrO2、CeO2、Cr2O3中的任意一种，并且氧化物的粒度需要控制在3μm以下。该材料采用粉末冶金工艺制备，其耐磨性、抗电弧和抗熔焊性能优良，可以有效防止磨屑在换向器沟槽中聚集造成短路的现象，适合用于制作换向期电弧较大的微电机的换向器。
文档编号H01B5/00GK102496402SQ20111037179
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者徐永红, 章应 申请人:重庆川仪自动化股份有限公司