專利名稱：一種用于加工微電機(jī)整流子的具有自潤滑能力的復(fù)合帶材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬層狀復(fù)合帶材，具體涉及一種用于加工微電機(jī)整流子的具有自潤滑能力的復(fù)合帶材。
背景技術(shù)：
直流微電機(jī)的關(guān)鍵元件一整流子一般由Ag合金制成，制備整流子的Ag合金材料要具有高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性和抗氧化性，要抗電弧燒蝕和耐磨損。純Ag導(dǎo)電性能優(yōu)良，但材料較軟，抗磨損性能較差。AgCd合金性能優(yōu)異,但因Cd的毒性而被淘汰,取而代之的是AgCuN1、AgCuZnNi等環(huán)保的合金材料。用Ag合金材料制成的整流子在電機(jī)轉(zhuǎn)動過程中與供電的電刷片滑動摩擦，實(shí) 現(xiàn)電流的導(dǎo)通和換向。與整流子配對的電刷片一般為C7701(CuNiZn合金)、MX215 (CuNiSn合金)和MX96 (CuNiSn合金)等彈性材料或這些彈性材料與AgPd等合金制成的層狀復(fù)合帶材。在工作過程中，高速旋轉(zhuǎn)的微電機(jī)整流子與電刷片間的滑動摩擦是一種無潤滑的干摩擦，這種干磨擦條件下的磨損主要表現(xiàn)為粘著磨損和磨粒磨損。一般情況下，粘著磨損更為嚴(yán)重。微電機(jī)高速轉(zhuǎn)動過程中，電刷片給整流子一個正壓力，以保持電接觸面導(dǎo)電良好，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速較快，電刷和整流子之間又有電弧燒蝕，摩擦副溫度逐步升高，使摩擦面上接觸的微小凸出部份產(chǎn)生焊合，焊合面隨即又被旋轉(zhuǎn)引起的剪切應(yīng)力撕裂，被剪切下來的強(qiáng)度較低的整流子材料大部份以磨屑的形式脫落，磨屑逐步堆集在整流子相鄰極片的間隙中，最終造成極片短路，使電機(jī)早期失效，死機(jī)。電刷片材料也可能有逆向的磨損，但程度相對較輕微。在整流子和電刷片的滑動接觸面上一般不添加常規(guī)潤滑劑，添加常規(guī)潤滑劑會對電接觸性能產(chǎn)生不利影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種用于加工微電機(jī)整流子的具有自潤滑能力的復(fù)合帶材。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種用于加工微電機(jī)整流子的具有自潤滑能力的復(fù)合帶材，包括基層及鑲嵌復(fù)合或面復(fù)合于該基層上的Ag合金層；
所述基層為銅層或銅合金層；所述Ag合金層由自潤滑電接觸材料制成，該自潤滑電接觸材料包括以下重量百分比的成分:0.1% 2.0%的Ti3SiC2微粒；1% 15%的Cu ;合金成分還包括N1、Zn、Mg、La、Ce、Y、Sm中的一種或多種，上述每種加入的金屬元素的含量為
0.1% 3.0%，且上述加入的金屬元素的總量不超過3% ;余量為Ag ;所述自潤滑電接觸材料是采用粉末冶金的方法將Ti3SiC2粉末加入Ag合金中制成的。所述Ti3SiC2微粒的純度彡98%，平均粒徑< 2.0 μ m。所述Ag合金層的上表面還復(fù)合有厚度I 2 μ m的Au或Au合金層。下面對Ti3SiC2粉末的作用加以說明。層狀結(jié)構(gòu)的Ti3SiC2屬六方晶系，晶格常數(shù)為a=0.30665nm,c=l.767nm。共棱的CTi6八面體被平面的平行四邊形分布的Si原子層所分割，每個晶包含有2個Ti3SiC2分子。T1-C為共價鍵結(jié)合，結(jié)合鍵力較強(qiáng)，造就了 Ti3SiC2有3000°C以上的高熔點(diǎn)。而Si原子與T1-C-T1-C-Ti鏈的鍵力較弱，Ti層和Si層在外力作用下易于產(chǎn)生剪切滑移，使Ti3SiC2具有優(yōu)異的自潤滑性能和極低的摩擦系數(shù)。對于含有Ti3SiC2微粒的整流子材料，在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦過程中，其中含有的固體潤滑物質(zhì)Ti3SiC2釋放出來，進(jìn)入金屬的摩擦界面中，形成一種半邊界潤滑狀態(tài)。剪切抗力低的固體潤滑劑Ti3SiC2減小了摩擦系數(shù)。有報導(dǎo)稱，金屬間的摩擦系數(shù)一般在0.5 1.0之間。而Ag基自潤滑電接觸材料摩擦系數(shù)多在0.16 0.55范圍。另一方面，Ti3SiC2固體潤滑劑吸附在摩擦面上使摩擦面表面能大為降低，在很大程度上減少了粘著摩損的發(fā)生。所加固體潤滑劑Ti3SiC2的導(dǎo)電性能優(yōu)良，不會影響電刷片和整流子之間的電流導(dǎo)通。Ti3SiC2結(jié)合了金屬和陶瓷的優(yōu)點(diǎn)，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。室溫時的電導(dǎo)率為4.5X106 Ω -1.m 1 (約為純Ti電導(dǎo)率的2倍)，導(dǎo)熱率為43w.πΓ1.IT1。Ti3SiC2耐酸堿浸蝕、抗氧化、抗熱震性能良好，還有優(yōu)良的可加工性。這些優(yōu)異的性能是直流微電機(jī)整流子材料需要具備的。加入了 Ti3SiC2微粒的AgCuNi或AgCuZnNi等合金不僅具有自潤滑能力，減少整流子材料的磨損，Ti3SiC2微粒的 加入還起到了微粒強(qiáng)化的作用，使AgCuN1、AgCuZnNi等合金的強(qiáng)度和硬度得到提高，增強(qiáng)了 AgCuN1、AgCuZnNi等合金抗磨損能力。在本發(fā)明的材料中，Ti3SiC2微粒的重量百分比含量不超過2%。Ti3SiC2微粒的重量百分比含量太高，Ag合金變脆，材料加工性能惡化，幾乎無法生產(chǎn)出所需的帶材。如果Ti3SiC2微粒的重量百分比含量小于0.1%，就起不到自潤滑和微粒強(qiáng)化的效果。同時，Ti3SiC2微粒的平均粒徑彡2 μ m。因?yàn)闆_制微電機(jī)整流子的精密復(fù)合帶材的Ag合金工作層厚度一般僅有20 30 μ m, Ti3SiC2微粒的粒徑過大，會影響工作層的性能。在Ag合金中加入Ti3SiC2粉末時，需要采取有效的工藝措施，使Ti3SiC2微粒在Ag合金基體組織中分布均勻。本發(fā)明的貴金屬復(fù)合帶材，大量節(jié)約Ag等貴金屬資源，將含有Ti3SiC2微粒的具有自潤滑能力的Ag合金帶材通過壓力加工的工藝，鑲嵌復(fù)合或面復(fù)合在銅或銅合金帶材上，形成一個結(jié)合牢固的精密的層狀復(fù)合帶材，供沖制直流微電機(jī)整流子使用。這種復(fù)合帶材，只有整流子工作面上使用很少的Ag合金，而其余大部份則使用廉價的導(dǎo)電性能仍然優(yōu)異的Cu合金。這種整流子使用的復(fù)合帶材,不但可以大大節(jié)約Ag等貴金屬資源,而且還可充分利用不同金屬材料的優(yōu)異性能。Ag合金層導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)異，耐磨損，抗電弧燒蝕，作為工作層；Cu合金基層為Ag合金層提供機(jī)械支撐,并導(dǎo)通電流。對于表層為Au或Au合金，中間層為具有自潤滑能力的Ag合金這種3層復(fù)合帶材，由于表層有Au或Au合金層，因此其抗氧化能力極強(qiáng)，接觸導(dǎo)通可靠，接觸電阻穩(wěn)定。該3層復(fù)合帶材沖制的整流子主要用于要求可靠性高的重要電機(jī)。本發(fā)明的材料生產(chǎn)工藝流程為:
1、將極細(xì)的Ti3SiC2粉末以粉末冶金的方法加入到AgCuNi或AgCuZnNi等合金中，制成含有Ti3SiC2微粒的AgCuNi或AgCuZnNi合金錠。2、將上述合金錠通過退火一壓延加工一退火的循環(huán)工藝流程，加工成Ag合金帶材。3、將上述Ag合金帶材通過壓力加工的工藝，鑲嵌復(fù)合或面復(fù)合在銅或銅合金帶材上，形成結(jié)合牢固的精密的2層層狀復(fù)合帶材，供沖制直流微電機(jī)整流子使用。上述2層精密復(fù)合帶材，Ag合金層必須與Cu合金基層結(jié)合牢固。
4、在上述2層復(fù)合帶材的Ag合金層的上表面再復(fù)合上一層厚度I 2μπι的Au或Au合金層。這樣就形成一種以Au或Au合金層為表層、以Ag合金層為中間層、以Cu或Cu合金層為基層的3層復(fù)合帶材。Au或Au合金層可以采用鑲嵌復(fù)合形式，也可以是面復(fù)合形式。
5、將上述2層精密復(fù)合帶材或3層精密復(fù)合帶材沖制成微電機(jī)整流子。
本發(fā)明的有益效果是:由于在復(fù)合帶材的Ag合金層中添加了 Ti3SiC2微粒，本發(fā)明能夠大大提高直流微電機(jī)整流子的耐磨性，能夠有效延長微電機(jī)使用壽命。
圖1是本發(fā)明的二層復(fù)合帶材的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖中:1_銅合金基層；2_Ag合金層。
具體實(shí)施方式
以下對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
實(shí)施例1: 二層復(fù)合帶材 1)材料(材料標(biāo)識:復(fù)層材料主成份/基層材料) AgCu4NiT/Tul (T表示添加Ti3SiC2，Tul表示無氧銅) 2)帶材尺寸(尺寸標(biāo)注:復(fù)層Ag合金厚度X寬度/帶材總厚度X寬度)0.03X2.0/0.12X7.5 3)工作層:AgCu4NiT成份(wt%) Cu 4.2 Ni 0.38 Ti3SiC2 0.35 Ag 余量 4)復(fù)合帶材顯微硬度(硬度標(biāo)識-.Ag合金層硬度/Cu合金基層硬度) 156.6 161.9 157.3/117.2 116.8 115.4 實(shí)施例2: 二層復(fù)合帶材 1)材料:AgCu4NiT/Tul 2)帶材尺寸:0.02X3/0.25X 11 3)工作層:AgCu4NiT成份(wt%) Cu 4.0 Ni 0.22 Ti3SiC2 0.81 Ag 余量 4)復(fù)合帶材顯微硬度 163.5162.8 161.3/113.5 114.6 115.2實(shí)施例3: 二層復(fù)合帶材 1)材料:AgCu6NiT/Tul 2)帶材尺寸:0.03X3.8/0.30X12 3)工作層:AgCu6NiT成份(wt%) Cu 6.1 Ni 0.43 Ti3SiC2 0.42 Ag 余量 4)復(fù)合帶材顯微硬度 160.5158.3 164 .1/115.5 116.0 115.8實(shí)施例4: 二層復(fù)合帶材1)材料:AgCu6ZnNiT/Tul 2)帶材尺寸:0.03X1.8/0.25X9 3)工作層:AgCu6ZnNiT成份(wt%) Cu6.0 Zn 0.98 Ni 0.42 Ti3SiC2 0.55 Ag 余量 4)復(fù)合帶材顯微硬度 163.3 157.7 160.4/116.2 114.6 117.1實(shí)施例5:三層復(fù)合帶材1)材料:AuAg40/AgCu4NiT/Tul2)帶材尺寸:0.001X3.0/0.029X3.0/0.25X12 3)工作層:AuAg40成份(wt%) Au 60% Ag 余量(40%) 4)中間層AgCu4NiT成份(wt%) Cu 4.1 Ni 0.35 Ti3SiC2 0.50 5)復(fù)合帶材顯微硬度 146.7 143.8 145.2/114.6 113.5 116.7材料耐久試驗(yàn) (O按上述實(shí)施方案中Ag合金成份加工貴金屬 Ag合金成份表(wt) %
權(quán)利要求
1.一種用于加工微電機(jī)整流子的具有自潤滑能力的復(fù)合帶材，其特征在于:所述用于加工微電機(jī)整流子的具有自潤滑能力的復(fù)合帶材包括基層及鑲嵌復(fù)合或面復(fù)合于該基層上的Ag合金層； 所述基層為銅層或銅合金層；所述Ag合金層由自潤滑電接觸材料制成，該自潤滑電接觸材料包括以下重量百分比的成分:0.1% 2.0%的Ti3SiC2微粒；1% 15%的Cu ;合金成分還包括N1、Zn、Mg、La、Ce、Y、Sm中的一種或多種，上述每種加入的金屬元素的含量為0.1% 3.0%，且上述加入的金屬元素的總量不超過3% ;余量為Ag ;所述自潤滑電接觸材料是采用粉末冶金的方法將Ti3SiC2粉末加入Ag合金中制成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于加工微電機(jī)整流子的具有自潤滑能力的復(fù)合帶材，其特征在于:所述Ti3SiC2微粒的純度彡98%，平均粒徑< 2.0 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于加工微電機(jī)整流子的具有自潤滑能力的復(fù)合帶材，其特征在于:所述Ag合金層的上表面還復(fù)合有厚度I 2 μ m的Au或Au合金層。
4.一種微電機(jī)的整流子，其特征在于，所述微電機(jī)的整流子由權(quán)利要求1-3所述的用于加工微電機(jī)整流子的具有自潤滑能力的復(fù)合帶材沖制而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于加工微電機(jī)整流子的具有自潤滑能力的復(fù)合帶材，包括基層及鑲嵌復(fù)合或面復(fù)合于該基層上的Ag合金層；基層為銅層或銅合金層；Ag合金層由自潤滑電接觸材料制成，自潤滑電接觸材料包括以下重量百分比的成分0.1%～2.0%的Ti3SiC2微粒；1%～15%的Cu；合金成分還包括Ni、Zn、Mg、La、Ce、Y、Sm中的一種或多種，上述每種加入的金屬元素的含量為0.1%～3.0%，且上述加入的金屬元素的總量不超過3%；余量為Ag；自潤滑電接觸材料是采用粉末冶金的方法將Ti3SiC2粉末加入Ag合金中制成的。本發(fā)明能夠大大提高直流微電機(jī)整流子的耐磨性，能夠有效延長微電機(jī)使用壽命。
文檔編號H01B1/02GK103151099SQ20131010538
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者劉清澤, 鄭旭陽, 曹俊 申請人:上海中希合金有限公司