本发明涉及换向器技术领域，具体涉及一种用于换向器铜片制作的银铜合金材料。
背景技术：
电接触材料表面易受周围环境的影响而造成接触不良、设备可靠性下降，常见的电接触材料腐蚀失效介质主要有尘土和大气腐蚀性介质。我国是多尘土国家，尘土对腐蚀物的形成和接触失效也会造成直接影响尘土的成分是十分复杂的。尘土中约含有80%(按重量计)的无机物，20%的有机物，在无机物中又含有一定量的水溶性盐类。当尘土颗粒附着在电接触材料表面上，在大气环境下，极易吸附大气中的水分子，而尘土中存在的水溶性盐又使之更易吸潮而形成电解液。当电解液覆盖金属表面，电极电位相差较大时，就会发生电化学腐蚀。尘土不仅可以吸潮成为电解液，尘土中的腐蚀性离子还可以直接参与金属的腐蚀，从而导致电接触的失效。因此尘土在电接触材料表面的腐蚀过程中，实际上起了一个“加速腐蚀”的作用。表面腐蚀通常与尘土同时出现，这是大气环境中腐蚀性气体和尘土腐蚀综合影响的结果。
电接触材料的耐磨性对接触可靠性和接点的使用寿命有着重要意义。旋转开关、电位器、微电机换向器等的滑动接触对都属于滑动电接触元件。滑动电接触中的磨损是纯机械状态下接触元件之间相对滑动摩擦与带电运行状态下电弧侵蚀综合作用的结果，由相互摩擦运动及电流传导作用而产生的热量和温度对磨损有重要影响。接触材料在大气中不通电时的纯机械磨损可占材料总磨损量中相当大的比例，因此研究接触材料的机械摩擦磨损性能至关重要。
随着科学技术的进步，电子元器件向高性能、小型化、扁平化、多功能、智能化的方向发展，对所用功能材料的性能要求逐渐提高，有力推动了新型环保型和高性能复合电接触材料的发展。近年来，在银合金中添加自润滑材料制得银基复合材料成为提高银基电接触材料摩擦磨损性能的研究热点，另外，贵金属复层合金多元化也是一个重要的发展方向，可满足电子元器件对材料的硬度、耐磨性和抗环境侵蚀能力的要求，改善材料的电接触性能和延长使用寿命。结合上述叙述，为了应对现有合金材料的耐磨和导电性能不能满足现有需求，本发明在此基础上提供了一种用于换向器铜片制作的银铜合金材料。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于换向器铜片制作的银铜合金材料，有效满足高硬度和耐磨性，增强抵抗环境侵蚀的能力，改善电接触特性和延长使用寿命等方面的综合要求。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题的：
一种用于换向器铜片制作的银铜合金材料，包括重量份比值为0.2~2：0.1~0.2：8~10：0.2~0.3的ag、pt、cu和mg金属材料，所述银铜合金材料将ag、pt、cu和mg原料通过真空感应熔炼炉熔炼而成得到agptcumg合金材料，随后经过内氧化反应处理并与无氧铜基体材料轧制成合金带材。
进一步地，所述银铜合金材料薄板的制备方法包括：将ag、pt、cu和mg原料通过zgjl0.01-40-4型真空中频感应炉大气环境下熔炼得到合金铸锭，将合金铸锭用砂纸打磨后在轧机上进行轧制，经多道次轧制以及中间再结晶退火，最终轧制成厚度为0.3~0.4mm的薄板。
进一步地，所述退火在n2保护下进行，退火温度为850~1000℃，保温时间为2~3h，每退火一次合金薄板的厚度减少35~40%。
进一步地，所述内氧化反应包括：将银铜合金材料薄板切取合金圆薄片，将薄片在通有o2气流的管式炉中进行内氧化反应得到agptcuomgo合金材料。
进一步地，所述内氧化反应中氧化温度为700~800℃，氧分压为0.5~1atm，氧化时间2~3h。
进一步地，所述ag、pt、cu和mg金属材料纯度均为99.99%。
进一步地，所述合金带材的制备方法包括：将无氧铜基体材料和银基合金复层材料进行表面处理，处理完成后在无氧铜基体材料上进行开槽，然后再复合轧机上利用固相复合方法将经过内氧化反应得到的agptcuomgo中间合金材料镶入定位槽中，进行轧制制备出agptcuomgo/tu1复合坯料样品。
进一步地，所述表面处理的步骤为：先用丙酮清洗，然后用水清洗后烘干。
本发明的有益效果在于：
首先，经过内氧化反应处理后，金属镁和金属铜可氧化形成氧化镁和氧化铜，并以高度分散的微粒状态弥散分布于银铂合金基体中，在摩擦过程中作为硬质质点具有较低的摩擦系数，使得电机运行时电刷-换向器摩擦副的磨损模式发生变化（由黏着磨损转化为磨粒磨损），磨损速度下降，从而显著提高了电机寿命，这也是的使得合金性能显著强化，具有良好的弹性，导电、导热性、耐腐蚀性和高温强度；
其次，金属铂的引入能够使得银和铂形成连续固溶液，当银和铂的重量份比值为0.2~2：0.1~0.2，不仅能提高银铜合金的硬度和机械性能，改善了金属的硫化倾向，起到了很好的抗腐蚀效应，另外，引入金属铂后能对合金材料的电阻率有进一步提升。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
本发明一种用于换向器铜片制作的银铜合金材料，包括重量份比值为0.2~2：0.1~0.2：8~10：0.2~0.3的ag、pt、cu和mg金属材料，所述银铜合金材料将ag、pt、cu和mg原料通过真空感应熔炼炉熔炼而成得到agptcumg合金材料，随后经过内氧化反应处理并与无氧铜基体材料轧制成合金带材；所述ag、pt、cu和mg金属材料纯度均为99.99%；
其中，所述银铜合金材料薄板的制备方法包括：将ag、pt、cu和mg原料通过zgjl0.01-40-4型真空中频感应炉大气环境下熔炼得到合金铸锭，将合金铸锭用砂纸打磨后在轧机上进行轧制，经多道次轧制以及中间再结晶退火，最终轧制成厚度为0.3~0.4mm的薄板；
所述退火在n2保护下进行，退火温度为850~1000℃，保温时间为2~3h，每退火一次合金薄板的厚度减少35~40%。
其中，所述内氧化反应包括：将银铜合金材料薄板切取合金圆薄片，将薄片在通有o2气流的管式炉中进行内氧化反应得到agptcuomgo合金材料；所述内氧化反应中氧化温度为700~800℃，氧分压为0.5~1atm，氧化时间2~3h。
所述合金带材的制备方法包括：将无氧铜基体材料和银基合金复层材料进行表面处理，处理完成后在无氧铜基体材料上进行开槽，然后再复合轧机上利用固相复合方法将经过内氧化反应得到的agptcuomgo中间合金材料镶入定位槽中，进行轧制制备出agptcuomgo/tu1复合坯料样品；其中，所述表面处理的步骤为：先用丙酮清洗，然后用水清洗后烘干。
下面用具体的实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
本实施例中提供一种用于换向器铜片制作的银铜合金材料，包括重量份比值为1：0.15：9：0.25的ag、pt、cu和mg金属材料，所述银铜合金材料将ag、pt、cu和mg原料通过真空感应熔炼炉熔炼而成得到agptcumg合金材料，随后经过内氧化反应处理并与无氧铜基体材料轧制成合金带材；所述ag、pt、cu和mg金属材料纯度均为99.99%；具体制备方法如下：
（1）银铜合金材料薄板的制备方法：将ag、pt、cu和mg原料通过zgjl0.01-40-4型真空中频感应炉大气环境下熔炼得到合金铸锭，将合金铸锭用砂纸打磨后在轧机上进行轧制，经多道次轧制以及中间再结晶退火，最终轧制成厚度为0.3mm的薄板；所述退火在n2保护下进行，退火温度为900℃，保温时间为2.5h，每退火一次合金薄板的厚度减少37%；
（2）内氧化反应：将银铜合金材料薄板切取合金圆薄片，将薄片在通有o2气流的管式炉中进行内氧化反应得到agptcuomgo合金材料；所述内氧化反应中氧化温度为750℃，氧分压为0.5atm，氧化时间2.5h；
（3）合金带材的制备方法：将无氧铜基体材料和银基合金复层材料进行表面处理，处理完成后在无氧铜基体材料上进行开槽，然后再复合轧机上利用固相复合方法将经过内氧化反应得到的agptcuomgo中间合金材料镶入定位槽中，进行轧制制备出agptcuomgo/tu1复合坯料样品；其中，所述表面处理的步骤为：先用丙酮清洗，然后用水清洗后烘干。
实施例2
本实施例中提供一种用于换向器铜片制作的银铜合金材料，包括重量份比值为2：0.2：10：0.3的ag、pt、cu和mg金属材料，所述银铜合金材料将ag、pt、cu和mg原料通过真空感应熔炼炉熔炼而成得到agptcumg合金材料，随后经过内氧化反应处理并与无氧铜基体材料轧制成合金带材；所述ag、pt、cu和mg金属材料纯度均为99.99%；具体制备方法如下：
（1）银铜合金材料薄板的制备方法：将ag、pt、cu和mg原料通过zgjl0.01-40-4型真空中频感应炉大气环境下熔炼得到合金铸锭，将合金铸锭用砂纸打磨后在轧机上进行轧制，经多道次轧制以及中间再结晶退火，最终轧制成厚度为0.4mm的薄板；所述退火在n2保护下进行，退火温度为1000℃，保温时间为3h，每退火一次合金薄板的厚度减少40%；
（2）内氧化反应：将银铜合金材料薄板切取合金圆薄片，将薄片在通有o2气流的管式炉中进行内氧化反应得到agptcuomgo合金材料；所述内氧化反应中氧化温度为800℃，氧分压为1atm，氧化时间3h；
（3）合金带材的制备方法：将无氧铜基体材料和银基合金复层材料进行表面处理，处理完成后在无氧铜基体材料上进行开槽，然后再复合轧机上利用固相复合方法将经过内氧化反应得到的agptcuomgo中间合金材料镶入定位槽中，进行轧制制备出agptcuomgo/tu1复合坯料样品；其中，所述表面处理的步骤为：先用丙酮清洗，然后用水清洗后烘干。
实施例3
本实施例中提供一种用于换向器铜片制作的银铜合金材料，包括重量份比值为0.2：0.1：8：0.2的ag、pt、cu和mg金属材料，所述银铜合金材料将ag、pt、cu和mg原料通过真空感应熔炼炉熔炼而成得到agptcumg合金材料，随后经过内氧化反应处理并与无氧铜基体材料轧制成合金带材；所述ag、pt、cu和mg金属材料纯度均为99.99%；具体制备方法如下：
（1）银铜合金材料薄板的制备方法：将ag、pt、cu和mg原料通过zgjl0.01-40-4型真空中频感应炉大气环境下熔炼得到合金铸锭，将合金铸锭用砂纸打磨后在轧机上进行轧制，经多道次轧制以及中间再结晶退火，最终轧制成厚度为0.3mm的薄板；所述退火在n2保护下进行，退火温度为850℃，保温时间为2h，每退火一次合金薄板的厚度减少35%；
（2）内氧化反应：将银铜合金材料薄板切取合金圆薄片，将薄片在通有o2气流的管式炉中进行内氧化反应得到agptcuomgo合金材料；所述内氧化反应中氧化温度为700℃，氧分压为0.5atm，氧化时间2h；
（3）合金带材的制备方法：将无氧铜基体材料和银基合金复层材料进行表面处理，处理完成后在无氧铜基体材料上进行开槽，然后再复合轧机上利用固相复合方法将经过内氧化反应得到的agptcuomgo中间合金材料镶入定位槽中，进行轧制制备出agptcuomgo/tu1复合坯料样品；其中，所述表面处理的步骤为：先用丙酮清洗，然后用水清洗后烘干。
对比例1~4
与实施例1不同的是，对比例1中原料不包括金属铂；对比例2中原料不包括金属镁；对比例3中内氧化后agptcuomgo合金材料未与无氧铜基体材料进行再复合；对比例4中合金材料未经过内氧化反应直接与无氧铜基体材料复合得到agptcumg/tu1。
将上述实施例和对比例中制备得到的材料进行测试：
利用hsr-2m往复摩擦磨损试验机，对不同成分的银基电接触材料进行了机械摩擦磨损试验，采用球/平面接触方式，为加速磨损，采用直径3mm的gcr15对磨球，硬度：62hrc，ra：0.019μm；
其中，摩擦试验主要参数为：
1)法向载荷为10n；
2)运行速度为300r/min；
3)试验温度分别为室温和80℃。
并对材料的iacs导电率、硬度、抗拉强度和伸长率进行测定。
结果汇总如下表1所示：
表1：实施例和对比例中制备得到的材料性能参数
此外，金属材料与电解质溶液相互接触时，在固/液界面上将发生有自由电子参加的氧化还原反应，导致接触面处的金属变为金属离子而溶解或者生成氢氧化物和氧化物等化合物，从而破坏了金属材料的性能，这个过程称为电化学腐蚀；研究电化学腐蚀的重要方法之一就是极化曲线的测量与分析；将实施例和对比例中的合金材料在不同浓度的na2s溶液中进行电化学腐蚀，随着溶液浓度的增加，合金的自腐蚀电位都呈降低的趋势，表明浓度增加合金腐蚀越严重。另外，实施例中合金的制备原料包括有贵金属铂和金属镁，制备方法首先通过内氧化反应，随后与无氧铜基体材料复合得到agptcuomgo/tu1，相对于对比例中制得的合金材料其腐蚀电流密度较低，而对比例中的腐蚀相对于实施例中材料略有加快，这表明本申请提供的银铜合金材料具有一定的耐腐蚀性能。
更进一步的，耐磨实验中增加试验载荷，选用硬度更高的gcr15对磨球作为摩擦副材料，考察合金在高载荷的条件下的摩擦磨损性能；实施例中的材料经过耐磨实验后材料表面只有轻微的磨痕，未发现明显的磨屑和边缘蜂窝状剥落现象；对比例中材料表面均发生了不同程度的磨损，存在些许磨屑；与实施例对比而言，对比例中各合金的磨损量明显增加；这可能是贵金属材料和金属镁的内氧化反应对粘着有一定影响，未经过内氧化反应的合金材料在摩擦过程中增大了合金的延展性，从而使实际接触面积增大，引起更大的粘着。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。