一种高强高导层状复合结构的制作方法

1.本实用新型涉及低压电器电触头元件的触桥材料技术领域，具体是一种高强高导层状复合结构。


背景技术：

2.在低压电器中电触头元件主要是承担电流的接通、分断工作的关键部件，电触头元件的质量直接影响到电器开关工作的可靠性和电器寿命。作为电触头元件的触桥材料起着导热、导电和分断的作用，其质量也直接影响着电触头元件的使用性能。
3.当前在低压电器中的电触头元件触桥材料主要为纯铜、无氧铜、紫铜、铍青铜、锡青铜和黄铜。作为触桥材料的纯铜、无氧铜、紫铜，虽然其具有良好的导电、导热性能，但是在电器的使用过程中容易在高温作用下发生软化变形，影响动、静触头的有效接触面积，进而对电器的分断性能及温升产生不良影响。作为触桥材料的铍青铜，其价格昂贵且be元素有剧毒，材料的回收非常困难。而作为触桥材料的锡青铜，虽然其强度高、硬度高，但是由于含有添加元素，价格比较高，导电性能较差，在电器使用过程中大电流通过的情况下，发热量很大，引起电器温升过大，影响电器的可靠性和电性能。随着铜价的日益上涨以及低压电器行业的市场竞争愈发激烈，各低压电器厂降低成本的需求愈加强烈。因此开发一种导电性好、导热性好、强度高、硬度高的触桥材料是非常必要的。
4.国内外关于低压电器电触桥元件的触桥材料的研究较少。国内专利 cn201520721227介绍了一种用cu/fe/cu料带加工而成的断路器用触桥，但此方法加工出来的触桥侧边易漏铁，漏铁部分在使用过程中容易氧化生锈，引发电器提前失效；此外，国内专利cn201922188386介绍了一种中间层材料为黄铜材料、相邻两层材料为纯铜层、紫铜层、无氧铜层或铁青铜层中的任一种，由于纯铜层、紫铜层、无氧铜层或铁青铜材料强度低、软化温度低(纯铜的软化温度为150℃)，在焊接过程中热影响的作用下降低了触桥材料的强度，以及在使用过程中持续高能电弧和热量作用下也会进一步降低触桥材料的强度，因此进一步降低了电器在使用过程中的可靠性和电性能。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的缺点，本实用新型的目的是提供一种高强高导层状复合结构。
6.本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是，一种高强高导层状复合结构，包括黄铜材料层、以及紧密结合在所述黄铜材料层上下两面的高强高导铜合金材料层，所述高强高导铜合金材料层为铬铜合金层、稀土铜合金层、稀土锆铜合金层、镁碲铜合金层、硼铜合金层中的一种或两种。
7.进一步的，所述中间层黄铜材料层的厚度占所述复合结构总厚度的20％～96％，紧密结合在所述黄铜材料层上下两面的所述高强高导铜合金材料层的厚度之和占所述复合结构总厚度的4％～80％。
8.进一步的，紧密结合在黄铜材料层上方的所述高强高导铜合金材料层的厚度与紧密结合在黄铜材料层下方的所述高强高导铜合金材料层的厚度相同或不同。
9.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
10.1、本实用新型中的复合结构既具有铜合金材料高导电性、高导热性、高强度、高软化温度、高塑性、高抗电蚀性和高抗化学腐蚀性等优异的综合性能，又具有黄铜材料高塑性、高强度及低成本的优点。与cu/fe/cu材料相比，其避免了加工出来的触桥侧边易漏铁且漏铁部分在使用过程中容易氧化生锈的现象，确保了电器性能的稳定性和可靠性。
11.2、本实用新型中的复合结构可以通过调节各层材料的厚度比，来控制复合结构整体的电阻率，既降低了触桥材料整体的电阻率，从而降低了电器的工作温度，又保证了触桥材料的强度，使得触桥在低压电器电弧分断时，不会发生弯曲。可根据客户对材料的特定需求，提供定制化的触桥材料。
12.3、本实用新型中的复合结构紧密结合在中间层上下两面的铜合金材料层为高强高导材料，其软化温度高，有利于提升电器中触桥的导热导电性能，减少了焊接过程中对触桥强度的影响，提高了焊接后材料的可靠性；同时也减少了使用过程中持续高能电弧和热量作用对触桥强度的影响，提高了电器的电性能。
附图说明
13.图1为本实用新型实施例1的tcr0.5/h59/tcr0.5结构示意图；
14.图2为本实用新型实施例1的触桥结构示意图；
15.图3为本实用新型实施例2的cu-0.5zr-0.05y/h65/cu-0.5zr-0.05y结构示意图；
16.图4为本实用新型实施例2的触桥结构示意图；
17.图5为本实用新型实施例3的cu-0.10y/h85/cu-0.10y结构示意图；
18.图6为本实用新型实施例3的触桥结构示意图。
具体实施方式
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。另涉及方位的属于仅表示各部件间的相对位置关系，而不是绝对位置关系。
20.实施例1
21.参图1所示，为本实用新型一实施例tcr0.5/h59/tcr0.5的结构示意图，图中包括：黄铜材料层、以及紧密结合在所述黄铜材料层上下两面的高强高导铜合金材料层，所述高强高导铜合金材料层为铬铜合金层、稀土铜合金层、稀土锆铜合金层、镁碲铜合金层、硼铜合金层中的一种或两种，且黄铜材料层的厚度占复合结构总厚度的 20％～96％，紧密结合在黄铜材料层上下两面的高强高导铜合金材料层的厚度之和占复合结构总厚度的4％～80％。
22.更具体的说在本实例中，黄铜材料层为h59黄铜材料层1-2，高强高导铜合金材料层为tcr0.5高强高导铬铜合金材料层1-1和tcr0.5高强高导铬铜合金材料层1-3，其中，h59
黄铜材料层1-2的厚度占复合结构总厚度的30％，tcr0.5高强高导铬铜合金材料层1-1和tcr0.5高强高导铬铜合金材料层1-3的厚度之和占复合结构总厚度的70％，且位于上方的tcr0.5高强高导铬铜合金材料层1-1与位于下方的tcr0.5高强高导铬铜合金材料层1-3各均占复合结构总厚度的35％。
23.本实施例的复合结构tcr0.5/h59/tcr0.5，充分实现了h59材料与tcr0.5铬铜合金的优势互补，既具有tcr0.5铬铜合金的高导电性、高导热性、高强度、高软化温度、高塑性、高抗电蚀性和高抗化学腐蚀性等优异的综合性能，又具有h59的高强度、高硬度。tcr0.5铬铜合金为高强高导材料，其软化温度高达520℃，有利于提升电器中触桥的导热导电性能，减少了焊接过程中对触桥强度的影响，提高了焊接后材料的可靠性；同时也减少了使用过程中持续高能电弧和热量作用对触桥强度的影响，提高了电器的电性能。本实施例的复合结构tcr0.5/h59/tcr0.5电阻率为2.56μω.cm，中间层 h59材料的硬度≥130hv，将该复合结构替代低压电器中现用的触桥材料并加工成如图2 所示触桥，其成本可以降低约10％。
24.实施例2
25.参图3所示，为本实用新型一实施例cu-0.5zr-0.05y/h65/cu-0.5zr-0.05y的结构示意图，与上述实施例不同的是，黄铜材料层为h65黄铜材料层3-2，高强高导铜合金材料层为cu-0.5zr-0.05y高强高导稀土锆铜合金材料层3-1和cu-0.5zr-0.05y高强高导稀土锆铜合金材料层3-3，h65黄铜材料层3-2的厚度占复合结构总厚度的70％，cu
‑ꢀ
0.5zr-0.05y高强高导稀土锆铜合金材料层3-1和cu-0.5zr-0.05y高强高导稀土锆铜合金材料层3-3的厚度之和占复合结构总厚度的30％，且位于上方的cu-0.5zr-0.05y高强高导稀土锆铜合金材料层3-1与位于下方的cu-0.5zr-0.05y高强高导稀土锆铜合金材料层3-1均占复合结构总厚度的15％。
26.本实施例的复合结构cu-0.5zr-0.05y/h65/cu-0.5zr-0.05y，充分实现了h65材料与cu-0.5zr-0.05y稀土锆铜合金的优势互补，既具有cu-0.5zr-0.05y稀土锆铜合金的高导电性、高导热性、高强度、高软化温度、高塑性、高抗电蚀性和高抗化学腐蚀性等优异的综合性能，又具有h65的高强度、高硬度。cu-0.5zr-0.05y稀土锆铜合金为高强高导材料，其软化温度高达550℃，有利于提升电器中触桥的导热导电性能，减少了焊接过程中对触桥强度的影响，提高了焊接后材料的可靠性；同时也减少了使用过程中持续高能电弧和热量作用对触桥强度的影响，提高了电器的电性能。本实施例的复合结构cu-0.5zr-0.05y/h65/cu-0.5zr-0.05y电阻率为3.58μω.cm，中间层h65材料的硬度≥120hv，将该复合结构替代低压电器中现用的触桥材料并加工成如图4所示触桥，其成本可以降低约8％。
27.实施例3
28.参图5所示，为本实用新型一实施例cu-0.10y/h85/cu-0.10y的结构示意图，与上述实施例不同的是，黄铜材料层为h85黄铜材料层5-2，高强高导铜合金材料层为cu
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0.10y高强高导稀土铜合金材料层5-1和cu-0.10y高强高导稀土铜合金材料层5-3，h85 黄铜材料层5-2的厚度占复合结构总厚度的88％；cu-0.10y高强高导稀土铜合金材料层 5-1和cu-0.10y高强高导稀土铜合金材料层5-3的厚度之和占复合材料总厚度的12％，且位于上方的cu-0.10y高强高导稀土铜合金材料层5-1与位于下方的cu-0.10y高强高导稀土铜合金材料层5-3各均占复合结构总厚度的6％。
29.本实施例的复合结构cu-0.10y/h85/cu-0.10y，充分实现了h85材料与cu-0.10y稀
土铜合金的优势互补，既具有cu-0.10y稀土铜合金的高导电性、高导热性、高强度、高软化温度、高塑性、高抗电蚀性和高抗化学腐蚀性等优异的综合性能，又具有h85的高强度、高硬度。cu-0.10y稀土铜合金为高强高导材料，其软化温度高达500℃，有利于提升电器中触桥的导热导电性能，减少了焊接过程中对触桥强度的影响，提高了焊接后材料的可靠性；同时也减少了使用过程中持续高能电弧和热量作用对触桥强度的影响，提高了电器的电性能。本实施例的复合结构cu-0.10y/h85/cu-0.10y电阻率为 3.65μω.cm，中间层h85材料的硬度≥115hv，将该复合结构替代低压电器中现用的触桥材料并加工成如图6所示触桥，其成本可以降低约5％。
30.综上所述，本实用新型避免了加工出来的触桥侧边易漏铁且漏铁部分在使用过程中容易氧化生锈的现象，确保了电器性能的稳定性和可靠性，且复合结构可以通过调节各层材料的厚度比，来控制复合结构整体的电阻率，既降低了触桥材料整体的电阻率，从而降低了电器的工作温度，又保证了触桥材料的强度，使得触桥在低压电器电弧分断时，不会发生弯曲，还可根据客户对材料的特定需求，提供定制化的触桥材料。
31.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。