專利名稱：一種滑動接點材料及層狀復合材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種滑動電接觸材料，尤其涉及一種具有優良的滅弧、自潤滑、耐磨及耐腐蝕的滑動接點材料，以及用這種材料鑲嵌銅或銅合金表面，滑動電接點材料作為工作層、銅或銅合金作為基層的層狀復合材料。
背景技術：
電刷是直流微電機的核心元件之一，它與換向器相互接觸并相對滑動，實現電能傳輸、推動電機運行。電刷在工作過程中承受滑動磨損和電弧侵蝕的雙重作用，同時受到環境氣氛中各種腐蝕性介質的影響，并且摩擦和電流造成的溫升加劇了磨損和腐蝕的作用。 因此，電刷材料在要求良好接觸導電性的同時，還需要具有良好的耐磨損、抗電弧、抗熔焊和耐腐蝕性能；同時，電刷在與換向器配對工作過程中，其工作區域只局限在很小的一段， 雖然在工作過程中有加工硬化的作用，但在磨損和電弧嚴重的場合仍然難以保證足夠的壽命和穩定性，尤其在微電機換向器普遍使用含稀土的銀合金以后，電刷的性能逐漸成為制約微電機壽命的關鍵因素。目前，通過在現有的AgPd合金中添加Cu、RE制作的電刷材料，其使用性能較傳統的AgPd50合金有了一定的提高，并且將價格昂貴的元素Pd的含量(重量百分比，下同)由 50%降低到40 48%，使其成本也有了明顯的下降。但是，在電流運轉較大(如IA以上)、 電壓較大(如IOV以上)、轉速較高(如SOOOrpm以上)等條件下AgPd合金電刷片則仍然存在滅弧效果差、自潤滑不良等缺點，導致微電機壽命和穩定性不足。
發明內容
針對現有銀鈀系電刷材料存在的問題，本發明提供一種成分均勻性具有優良的滅弧、自潤滑、耐磨及耐腐蝕的滑動接點材料，以及用其作為電刷的工作面，鑲嵌銅合金基體上構成層狀復合材料。所述材料可以充分發揮貴金屬電接觸材料的優良性能，具有提高直流微電機的穩定性和使用壽命的優點。本發明的技術方案是本發明所述的滑動接點材料，包括Pd、Cu、Zn、RE和Ag，其各組分的重量百分含量為Pd15 45% ；
Cu0. 5 8% ；
Zn0. 5 5% ；
RE0. 05 --0. 5%
余量為Ag。上述滑動接點材料中所述的RE最優可為La、Ce、Eu中的一種或幾種。本發明所述的層狀復合材料，采用上述滑動接點材料鑲嵌在銅或銅合金的表面， 其中銅或銅合金為基層，滑動接點材料為工作層。
本發明涉及的一種微電機，它使用上述層狀復合材料作電刷。本發明所述的材料中，Ag是導電性最好的金屬元素，并且具有良好的耐腐蝕性能， 是電刷材料導電和耐腐蝕的基本保證，但純Ag的力學性能不足、抗硫化性能差，易受電弧侵蝕和熔焊，因此必須進行合金化。Pd是改善Ag抗硫化性能的主要元素，并且可進一步提高耐腐蝕性，還通過固溶強化提高材料的硬度和耐磨性，其熔點較高，可以改善材料的抗電弧性能；如果Pd的含量低于15%，則其對電刷材料性能的改善作用不能充分發揮，如果其含量高于45%，則材料電阻增大，同時成本提高。Cu主要起固溶強化和沉淀強化作用，提高材料的耐磨性；如果含量低于0. 5%，則其強化作用不能充分發揮，如果含量高于8%，則增大接觸電阻，降低耐腐蝕性。Zn 一方面起固溶強化作用，提高材料的耐磨性；并且其沸點較低(約907°C )，電刷使用過程中出現電弧時，Zn可以通過揮發吸熱，使電弧盡快熄滅；同時，材料中的Zn還可以發生選擇性氧化，在電刷表面形成極薄的ZnO薄膜，在不明顯提高接觸電阻的條件下產生自潤滑作用，減小電刷的磨損。如果Zn的加入量小于1 %，則其作用不能充分發揮，如果 Zn的加入量大于5%，則材料電阻增大，電接觸性能下降。稀土元素RE可以去除雜質、凈化合金，改善合金的成分均勻性、細化組織，從而提高合金的導電性與力學性能；同時，稀土元素還可以與Ag、Pd、Cu形成多種金屬間化合物， 并以微細顆粒形式從基體中彌散、均勻地析出，產生沉淀強化作用，改善合金的耐磨性，并提高其高溫穩定性，抑制電刷在工作過程中由于溫度升高而發生軟化的現象，從而延長電刷的使用壽命。如果稀土添加量少于0.05%，則不能充分發揮其有益作用；如果稀土添加量大于0.5%，則析出相增多、尺寸變大，接觸電阻升高，并且對換向器的損傷增大，不利于直流微電機性能和壽命的改善。本發明的合金成分配方合理，各元素在液態下的互溶性好，高溫熔煉過程中均沒有嚴重的燒損，成分容易保證；并且凝固過程中也不會發生嚴重的成分偏析，熱處理工藝性能好，成分的均勻性容易得到保證。因此生產的電刷材料成分、組織和性能的均勻性和一致性容易控制，適合大規模批量生產。將上述銀合金作為工作層復合在具有優良力學性能的銅合金表面，用于制作微電機電刷，不僅可以節約貴金屬，而且可以改善電刷整體的力學性能，保證其工作期間接觸壓力的穩定性，從而保證微電機使用性能的穩定性。本發明的優點為1)采用本發明所述的材料制作微電機電刷，具有優良的自滅弧、自潤滑、耐磨損、 抗電弧和耐腐蝕等性能，從而提高直流微電機的穩定性和使用壽命。2)本發明的電刷合金可以采用普通真空熔煉工藝制造，設備和工藝技術不需要特殊的改造，生產中易于實施。3)采用本發明所述的滑動接點材料制作層狀復合材料時，可以采用現有的鈀銀合金/銅合金電接觸復合帶材的工藝和設備進行生產，技術易于掌握和實施，也不會增加生產成本。4)本發明所述的滑動接點材料中，各元素在熔煉過程中燒損較少，凝固過程中成分偏析不嚴重，因而其成分和成分均勻性容易保證，適合于大規模生產。
圖1為層狀復合材料橫截面結構的示意圖。
具體實施例方式實施例1至9的合金成分見表1。
權利要求
1. 一種滑動接點材料，其特征在于，滑動接點材料包括Pd、Cu、Zn、RE和Ag，其各組分的重量百分含量為Pd 15 45%Cu 0. 5 8%Zn 0. 5 5%RE 0. 05 --0.余量為Ag。
2.根據權利要求1所述的滑動接點材料，其特征在于，RE為La、Ce、Eu中的一種或幾種。
3.—種層狀復合材料，其特征在于權利要求1 2中任一項所述的滑動接點材料鑲嵌在銅或銅合金的表面，其中銅或銅合金為基層，滑動接點材料為工作層。
4.一種微電機，其特征在于它使用權利要求3的所述的層狀復合材料作電刷。
全文摘要
本發明涉及了一種滑動接點材料及層狀復合材料，所述的接點材料成分為15～45％Pd、0.5～8％Cu、0.5～5％Zn、0.05～0.5％RE，余量為Ag，所述的滑動接點材料可以鑲嵌在銅及銅合金表面形成層狀復合材料。所述的滑動接點材料具有良好的自潤滑、抗電弧、耐磨損、耐腐蝕等性能，適合用作高轉速、腐蝕環境下工作的微電機電刷的工作層。
文檔編號H01R39/22GK102352450SQ201110335649
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月29日 優先權日2011年10月29日
發明者徐永紅, 秦秀芳, 章應 申請人:重慶川儀自動化股份有限公司