一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料。通过包覆制备银合金粉末，机械法制备铜合金粉末，之后将银合金粉末、铜合金粉末、钎料制备成带材，经过符合得到三复合电触头材料。提供了一种材料成本低、综合电气性能优良的节银、环保的电触头材料来替代传统的铜合金触头、银合金触头及银铜合金触头材料。
【专利说明】
一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种合金材料，更具体的说是涉及一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]继电器、接触器、断路器的核心元件为电触头(点)，它承担着接通分断电流的繁重任务，触头元件的优劣取决于电触头(点)材料的性能和科学有效的组合，它是电器安全的重要保证。
[0003]目前，市场上使用量最大的触头材料是银合金和铜合金两大类。铜合金触头材料部分应用在断路器及高压开关上，铜合金触头材料虽然价格低廉，但铜合金电触头抗氧化性能差，在装机后到商用的时间长短不一，电器搁置时间长、使用时电触头表面会形成氧化膜，另外在使用时分断会释放大量的热，也会造成表面受热氧化生成氧化膜，使接触电阻增大影响导电性和导热性，使电器的温升增加;开关温升的增高，会加速开关内所有元器件的失效，缩短其电寿命。因此出现恶性循环，使电器过热导致损坏及出现触点熔钎酿成安全事故。
[0004]现有银合金触头材料广泛应用在继电器、接触器、断路器上。其中，银钨和银碳化钨石墨是使用在断路器上的典型材料。
[0005]另外一般的小型断路器使用银氧化镉或银石墨合金(如AgC4)触头材料等。但其含银量都很高，银氧化镉触头材料的含银量均在85%以上，且是目前触头材料市场的主流产品，每年耗银量相当庞大。然而如今的白银资源非常有限，随着用量的增加，必将导致白银价格飞涨，从而使生产电触头材料的成本居高不下，企业经济效益下降，社会效益也大为削减。而且该类产品的另一金属元素镉对环境污染较大，不符合如今环保的发展趋势。因此，电器制备商对在保证质量的前提下，要求合金行业采用贱金属代替贵金属银来减低产品成本的呼声越来越高。为此，我们需要寻求一种能综合铜合金触头和银合金触头优良性能，且材料成本低、综合电气性能优良的节银、环保的电触头材料来替代传统的铜合金触头、银合金触头及银铜合金触头材料。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种材料成本低、综合电气性能优良的节银、环保的电触头材料来替代传统的铜合金触头、银合金触头及银铜合金触头材料。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:
[0008]一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料，其制备方法包括:
[0009]步骤1:
[0010]步骤1-1采用包覆法制备银合金粉末；[0011 ]步骤1-2采用机械法制备铜合金粉末；
[0012]步骤2:将银合金粉末和铜合金粉末进行烧结。
[0013]步骤3:分别将银合金粉末、铜合金粉末和钎料制备成所要求厚度的带材;步骤4:将银合金层带材、铜合金层带材、钎料带材依次叠加在一起进行热复合；
[0014]步骤5:将热复合后的带材经冷乳、冲制等工艺制备成三层复合触点。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述步骤1-1:称取银，使用硝酸溶解银，制取硝酸银，在硝酸银溶液中加入金属或金属氧化物、非金属或非金属化合物、金刚石微粉、稀土或稀土化合物，再加入氨水，采用还原剂还原制取银包覆粉，采用氨水调节PH值，PH值范围控制在7.5?9.5，包覆粉末的制备粒度控制在-50目至500目之间，得到银合金粉末，所述还原剂优选水合肼。
[0016]作为本发明的进一步改进:所述步骤2中焙烧温度为300?850V，焙烧时间为2?4小时。
[0017]作为本发明的进一步改进，所述步骤3，将银合金粉末、铜合金粉末经过粉末压锭、烧结、挤压、冷乳得到银合金带材、铜合金带材，将钎料经过挤压、冷乳得到钎料带材，所述粉末压锭，初坯成型压强为90?450Mpa，控制密度为理论密度的75?88%，所述挤压温度在700?900。。。
[0018]作为本发明的进一步改进，所述步骤1-2:将铜粉、金属或金属氧化物、非金属或非金属化合物、金刚石微粉、稀土或稀土化合物，通过球磨机进行混粉，混粉时间为6?10小时，球料比为15?25:1，获得铜合金粉末。
[0019]作为本发明的进一步改进，所述步骤3中，烧结温度为850?950°C，烧结时间为2?5小时，经过烧结后进行挤压成型。
[0020]作为本发明的进一步改进:步骤1-1和步骤1-2中的金属或金属氧化物为铝、镍、钛、银、络、猛、铁、钴、锌、错、银、钼、银、铟、锡、铺、碲、給、钽、妈、铼及其对应的氧化物;所述步骤1-1和步骤1-2中的非金属或非金属化合物为石墨、硼、硅、磷及其对应的化合物;所述步骤1-1和步骤1-2中的稀土或稀土化合物为钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥以及相对应的化合物。
[0021]作为本发明的进一步改进:所述钎料为银铜磷钎料、银铜锌钎料或非晶钎料。一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料:包括依次设置的银合金层、铜合金层、钎料层，
[0022]所述银合金层包括下列重量百分数组成:
[0023]银80 ?99.9%;
[0024]银层添加物:
[0025]金属、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种:0.1?10.3%、
[0026]金刚石微粉0.05?4%、稀土元素总量0.01?5.7 % ;
[0027]所述铜合金层包括下列重量百分数组成:
[0028]铜80?99.9%;
[0029]铜层添加物:
[0030]金属、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种:0.1?10.3%、
[0031]金刚石微粉0.05?4%、
[0032]稀土元素总量0.01?5.7%;
[0033]所述钎料层为银铜磷钎料、银铜锌钎料或非晶钎料。
[0034]本发明的有益效果，
[0035]1.在银合金层和铜合金层中添加金刚石微粉和镍粉，占总量0.5?40%，以及石墨、棚、招、娃、憐、钦、?凡、络、猛、铁、钻、梓、错、银、钥、银、铜、锡、铺、石市、组、妈、鍊、秘、锐、钇、镧、铈、钕、镱、镥中的金属、非金属、金属氧化物或非金属化合物的一种或几种，对材料的组织结构进行了优化，提高了材料的抗熔钎性和耐电弧烧损性。
[0036]2、采用化学包覆法制备银合金粉，避免因材料不同属性而产生的添加物偏析。
[0037]3.采用了三层复合材料，提高了铜合金材料的抗氧化性，降低了材料的接触电阻，提高了材料的导电率，降低了开关电器的温升。
[0038]4.采用大变形量热复合工艺制备的加入添加物的三层复合材料，其银合金层与铜合金层、铜合金层与钎料层之间结合牢固，并因复合效应而提升了产品的综合性能，提高了开关电器的使用寿命。由于采用了三层复合工艺，节银效果明显，节银量为70%左右，进一步降低了电触头材料的成本。
[0039]5.由于本发明配方和工艺等设计合理，生产的电触头材料具有导电率高，接触电阻低，组织均匀致密，结合强度高，抗氧化性好，具有优良的抗熔钎性和耐电弧烧损性等特点。
【具体实施方式】
[0040]实施例:
[0041 ]包覆粉制备银合金/铜合金/钎料三层复合电触头材料
[0042]银合金粉采用包覆法获得，其方法是将一定比例的硝酸银，倒入装有添加金属、非金属、非金属化合物或金属氧化物的一种或两种以上元素或物质，或加入稀土铜合金、金刚石微粉、锆、钇、镝合金的一种或两种以上元素的盛器中，加入氨水，调节PH值在9.5，搅拌均匀后，加入一定量的水合肼，使硝酸银完全沉淀，将沉淀过滤、清洗干净并烘干。
[0043]铜合金粉采用机械混粉制备，其方法是将铜粉97.6%、金刚石微粉1.5%、钨粉
0.2%,氧化镧粉0.5%,镍粉0.2 %进行混粉，混粉在球磨机内混合均匀，混粉时间8小时，球料比20:1，获得铜合金粉末。
[0044]将银合金粉末和铜合金粉末，经焙烧处理得到金属、非金属或金属氧化物粉末，焙烧温度为7000C，时间为3小时。
[0045]将得到的混合物进行静压初成型、烧结得到锭坯。等静压初坯成型压强为180Mpa，控制密度为理论密度的90%，初坯装入烧结炉后抽真空充入惰性气体进行保护，烧结温度为930 °C，时间为3小时，而后随炉冷却至60 °C以下出炉。
[0046]将上述所得到锭坯进行复压、挤压和乳制。将锭坯进行复压后，挤压成带材，然后再进行乳制获得含添加元素或金属氧化物的银合金带材备用。挤压温度为900°C，挤压比为100。
[0047]按上述步骤，制备好的铜合金带材备用。
[0048]钎料层采用银铜磷钎料或特殊钎料，制备工艺采用熔炼法，通过挤压和乳制工艺，制备成带材备用。
[0049]分别将含有添加元素的银合金、铜合金和钎料带材的复合面打磨并酸洗干净，再将其分别或同时在热复合设备上复合好，其复合温度为850 V，速度为4米/分。
[0050]将热复合后的带材经冷乳、冲制等工艺制备成节银、环保型三层复合触点。在加工过程中，带材退火需使用保护气体进行保护，温度为650°C，时间为2小时，冷乳时每次乳制量小于20%。采用本发明制备的含有添加物的三层复合材料，其主要性能如下:
[0051]1.密度:彡8.38/0113;
[0052]2.硬度(HB)彡 70;
[0053]3.电阻率:彡2.15μΩ.cm;
[0054]以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料的制备方法，其特征在于:制备方法包括: 步骤1: 步骤1-1采用包覆法制备银合金粉末； 步骤1-2采用机械法制备铜合金粉末； 步骤2:将银合金粉末和铜合金粉末进行烧结； 步骤3:分别将银合金粉末、铜合金粉末和钎料制备成所要求厚度的带材； 步骤4:将银合金层带材、铜合金层带材、钎料带材依次叠加在一起进行热复合； 步骤5:将热复合后的带材经冷乳、冲制等工艺制备成三层复合触点。2.根据权利要求1所述的一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料的制备方法，其特征在于:所述步骤1-1:称取银，使用硝酸溶解银，制取硝酸银，在硝酸银溶液中加入金属或金属氧化物、非金属或非金属化合物、金刚石微粉、稀土或稀土化合物，再加入氨水，采用还原剂还原制取银包覆粉，采用氨水调节PH值，PH值范围控制在7.5?9.5，包覆粉末的制备粒度控制在-50目至500目之间，得到银合金粉末，所述还原剂优选水合肼。3.根据权利要求1或2所述的一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料的制备方法，其特征在于:所述步骤2中焙烧温度为300?8500C，焙烧时间为2?4小时。4.根据权利要求3所述的一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料，其特征在于: 所述步骤3，将银合金粉末、铜合金粉末经过粉末压锭、烧结、挤压、冷乳得到银合金带材、铜合金带材，将钎料经过挤压、冷乳得到钎料带材，所述粉末压锭，初坯成型压强为90?450Mpa，控制密度为理论密度的75?88%，所述挤压温度在700?900°C。5.根据权利要求4所述的一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料的制备方法，其特征在于: 所述步骤1-2:将铜粉、金属或金属氧化物、非金属或非金属化合物、金刚石微粉、稀土或稀土化合物，通过球磨机进行混粉，混粉时间为6?10小时，球料比为15?25:1，获得铜合金粉末。6.根据权利要求5所述的一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料的制备方法，其特征在于:所述步骤3中，烧结温度为850?9500C，烧结时间为2?5小时，经过烧结后进行挤压成型。7.根据权利要求5所述的一种包覆法制备的层状银铜钎三复合电触头材料的制备方法，其特征在于:步骤1-1和步骤1-2中的金属或金属氧化物为铝、镍、钛、钒、铬、锰、铁、钴、锌、锆、铌、钼、银、铟、锡、锑、碲、铪、钽、钨、铼及其对应的氧化物;所述步骤1-1和步骤1-2中的非金属或非金属化合物为石墨、硼、硅、磷及其对应的化合物;所述步骤1-1和步骤1-2中的稀土或稀土化合物为钪、钇、镧、铈、钕、镱、镥以及相对应的化合物。8.根据权利要求7所述的一种包套法制备的层状银铜钎三复合电触头的制备方法:所述钎料为银铜磷钎料、银铜锌钎料或非晶钎料。9.如权利要求1至8所述制备方法制备的材料，其特征在于: 包括依次设置的银合金层、铜合金层、钎料层； 所述银合金层包括下列重量百分数组成:银80?99.9% ；银层添加物:金属、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种:0.1?10.3%、金刚石微粉0.05?4%、稀土元素总量0.0I?5.7% ；所述铜合金层包括下列重量百分数组成:铜80?99.9% ；铜层添加物:金属、金属氧化物、非金属、非金属化合物中至少一种:0.1?10.3%、金刚石微粉0.05?4%、稀土元素总量0.0I?5.7% ；所述钎料层为银铜磷钎料、银铜锌钎料或非晶钎料。
【文档编号】H01H11/04GK106057527SQ201610504467
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】冯如信, 郑元龙, 蒋源, 何高明
【申请人】温州中希电工合金有限公司