一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭材料及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭材料及其制造方法。通過霧化法或混粉法制造銀合金粉末和制造銅合金粉末，之后將銀合金粉末、銅合金粉末先制造成銀合金/銅合金帶材，之后將銀合金/銅合金帶材與釬料帶材經過復合得到三復合電觸頭材料。提供了一種材料成本低、綜合電氣性能優良的節銀、環保的電觸頭材料來替代傳統的銅合金觸頭、銀合金觸頭及銀銅合金觸頭材料。
【專利說明】
一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭材料及其制造方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種合金材料，更具體的說是涉及一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭材料。
【背景技術】
[0002]繼電器、接觸器、斷路器的核心元件為電觸頭(點)，它承擔著接通分斷電流的繁重任務，觸頭元件的優劣取決于電觸頭(點)材料的性能和科學有效的組合，它是電器安全的重要保證。
[0003]目前，市場上使用量最大的觸頭材料是銀合金和銅合金兩大類。銅合金觸頭材料部分應用在斷路器及高壓開關上，銅合金觸頭材料雖然價格低廉，但銅合金電觸頭抗氧化性能差，在裝機后到商用的時間長短不一，電器擱置時間長、使用時電觸頭表面會形成氧化膜，另外在使用時分斷會釋放大量的熱，也會造成表面受熱氧化生成氧化膜，使接觸電阻增大影響導電性和導熱性，使電器的溫升增加;開關溫升的增高，會加速開關內所有元器件的失效，縮短其電壽命。因此出現惡性循環，使電器過熱導致損壞及出現觸點熔焊釀成安全事故。
[0004]現有銀合金觸頭材料廣泛應用在繼電器、接觸器、斷路器上。其中，銀鎢和銀碳化鎢石墨是使用在斷路器上的典型材料。
[0005]另外一般的小型斷路器使用銀氧化鎘或銀石墨合金(如AgC4)觸頭材料等。但其含銀量都很高，銀氧化鎘觸頭材料的含銀量均在85%以上，且是目前觸頭材料市場的主流產品，每年耗銀量相當龐大。然而如今的白銀資源非常有限，隨著用量的增加，必將導致白銀價格飛漲，從而使生產電觸頭材料的成本居高不下，企業經濟效益下降，社會效益也大為削減。而且該類產品的另一金屬元素鎘對環境污染較大，不符合如今環保的發展趨勢。因此，電器制造商對在保證質量的前提下，要求合金行業采用賤金屬代替貴金屬銀來減低產品成本的呼聲越來越高。為此，我們需要尋求一種能綜合銅合金觸頭和銀合金觸頭優良性能，且材料成本低、綜合電氣性能優良的節銀、環保的電觸頭材料來替代傳統的銅合金觸頭、銀合金觸頭及銀銅合金觸頭材料。
【發明內容】
[0006]針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種材料成本低、綜合電氣性能優良的節銀、環保的電觸頭材料來替代傳統的銅合金觸頭、銀合金觸頭及銀銅合金觸頭材料。
[0007]為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案:
[0008]一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭的制造方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1:制備釬料，將銀、鎳、磷、錫、鋅等元素中的一種或兩種及以上金屬與銅進行熔煉、鑄錠、擠壓、乳制成所需的帶材厚度備用。
[0010]步驟2:制備銀合金粉與銅合金粉，通過金屬熔煉、霧化、粉末氧化等工藝獲得銀合金粉;通過金屬熔煉、霧化等工藝銅合金粉;或采用在銀粉或銅粉中直接混入所需比例的金屬氧化物粉獲得銀合金粉或銅合金粉。
[0011]步驟3:將步驟2所得的銀合金粉和銅合金粉，分別按所需比例，采用混粉法，加入添加物，和一定比例的磨料進行混合，分別得到銀合金混粉和銅合金混粉；
[0012]步驟4:在橡膠包套內按比例設置隔板，將銀合金混粉和銅合金混粉分別倒入橡膠包套隔板的兩端后，緩慢取出隔板，鎖緊橡膠包套，放入等靜壓擠壓缸內，擠壓成銀合金/銅合金錠；
[0013]步驟5:將銀合金/銅合金錠進行燒結；
[0014]步驟6:將燒結后的銀合金/銅合金錠進行復壓、擠壓和制扎得到銀合金/銅合金料帶；
[0015]將釬料制成釬料層帶材，所述釬料為銀銅磷釬料、銀銅鋅釬料或非晶釬料；
[0016]步驟7:銀合金/銅合金料帶、釬料帶材依次疊加在一起進行熱復合；
[0017]步驟8:將熱復合后的帶材經冷乳、沖制等工藝制造成三層復合觸點。
[0018]作為發明的進一步改進:所述步驟2:將銀和所添加金屬元素以及稀土元素，進行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1400°C，合金化后用高壓水使其霧化成銀合金粉末，然后烘干并過150?250目篩得到銀合金粉末，再進行氧化處理；
[0019]將銅和所添加金屬元素以及稀土元素，進行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1400°C，合金化后用高壓水使其霧化成銀合金粉末，然后烘干并過150?250目篩得到銅合金粉末。
[0020]作為發明的進一步改進:所述步驟2中的氧化溫度為500?700°C，氧氣壓強為I?3Mpa，時間為5?15小時。
[0021 ]作為發明的進一步改進:其特征在于:
[0022]所述步驟3中添加物為金剛石、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種，混合方式為球磨，混粉時間為6?10小時，球料比為15?25: I。
[0023]作為發明的進一步改進:所述步驟4中其等靜壓初坯成型壓強150?200Mpa，控制密度為理論密度的75?90%，初坯裝入燒結爐后抽真空充入惰性氣體進行保護，燒結溫度為800?1000°C，時間為2?5小時，而后隨爐冷卻至50°C以下出爐。作為發明的進一步改進:所述步驟5中，擠壓溫度為880°C，擠壓比為100;
[0024]所述步驟7中復合溫度為800?900 °C，速度為3?5米/分；
[0025]所述步驟7中將熱復合好后的帶材進行保溫退火，同時使用保護氣體進行保護，溫度為500?650°C，時間為I?3小時，冷乳時每道乳制量小于20%。
[0026]作為發明的進一步改進:所述步驟2中金屬元素為鎳、鎂、鋁、鈣、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鋅、鋯、鈮、鉬、銀、銦、錫、銻、碲、鉿、鉭、鎢、錸、鉍以及其相對應的氧化物中至少一種;所述稀土元素為鈧、釔、鑭、鈰、釹、鐿、镥以及相對應的上稀土合金中至少一種。
[0027]作為發明的進一步改進:所述步驟3中非金屬為石墨、硼、娃、磷中至少一種，所述非金屬化合物為硼、硅、磷的化合物以及碳化硅中至少一種。
[0028]作為發明的進一步改進:所述步驟I和步驟3中的金屬氧化物為Sn02、ZnO、CuO、Fe203、CdO、In203、Bi203、A1203、Mo03、Zr02 中至少一種。
[0029]一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭材料:
[0030]依次設置的銀合金層、銅合金層、釬料層:
[0031]所述銀合金層包括下列重量百分數組成:銀80?99.9% ;
[0032]銀層添加物:
[0033]金屬、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種:0.1?12%、
[0034]金剛石微粉0.05?4%、
[0035]稀土元素總量0.01?5.7%;
[0036]所述銅合金層包括下列重量百分數組成:銅80?99.9% ;
[0037]銅層添加物:
[0038]金屬、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種:0.1?12%、
[0039]金剛石微粉0.05?4%、
[0040]稀土元素總量0.01?5.7%;
[0041 ]所述釬料層為銀銅磷釬料、銀銅鋅釬料或非晶釬料。
[0042]本發明的有益效果，
[0043]1.在銀合金層和銅合金層中添加金剛石微粉和鎳粉，占總量0.5?40%，以及石墨、棚、招、娃、憐、欽、?凡、絡、猛、鐵、鉆、梓、錯、銀、給、鑰、銀、銅、錫、鋪、石市、組、媽、鍊、秘、鈧、釔、鑭、鈰、釹、鐿、镥中的金屬、非金屬、金屬氧化物或非金屬化合物的一種或幾種，對材料的組織結構進行了優化，提高了材料的抗熔焊性和耐電弧燒損性。
[0044]2.采用了三層復合材料，提高了銅合金材料的抗氧化性，降低了材料的接觸電阻，提高了材料的導電率，降低了開關電器的溫升。
[0045]3.采用大變形量熱復合工藝制造的加入添加物的三層復合材料，其銀合金層與銅合金層、銅合金層與釬料層之間結合牢固，并因復合效應而提升了產品的綜合性能，提高了開關電器的使用壽命。由于采用了三層復合工藝，節銀效果明顯，節銀量為70%左右，進一步降低了電觸頭材料的成本。
[0046]4.由于本發明配方和工藝等設計合理，生產的電觸頭材料具有導電率高，接觸電阻低，組織均勻致密，結合強度高，抗氧化性好，具有優良的抗熔焊性和耐電弧燒損性等特點。
【具體實施方式】
[0047]實施例:
[0048]包套擠壓制造銀合金/銅合金/釬料三層復合電觸頭材料
[0049]1、備料
[0050](I)制造銀金屬合金粉
[0051 ]制造銀金屬合金粉末時，將銀和所添加金屬元素以及稀土元素，進行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1400 0C，合金化后使溶液溫度在1100 ± 30 °C時，用高壓水使其霧化成銀合金粉末，然后烘干并過200目篩，其中所用原料按質量百分比計為:銀99%，鈰0.3%，釔
0.5%、鎳 0.2%。
[0052](2)制造銅金屬合金粉
[0053]制造銅金屬合金粉末時，將銅和所添加金屬元素以及稀土元素，進行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1400°C，合金化后使溶液溫度在1150±30°C時，用高壓水使其霧化成銅合金粉末，然后烘干并過200目篩，其中所用原料按質量百分比計為:銅98.9%，稀土鑭、釔、鈰合金 0.8%，鉍 0.1%，鎳 0.2%。
[0054](3)釬料:將銀、鋅、銅磷合金作為原料與銅按比例配方制造釬料，按(以質量百分比計):銀2%、鋅5%、磷6%、銅余量，進行恪煉、鑄錠。
[0055]2.合金粉球磨
[0056](I)將上步驟I所得的銀金屬合金粉末中添加鎳、金剛石微粉、氧化釔、氧化鑭、石墨、碳化硅，按銀金屬合金88%，鎳10%，金剛石微粉1%，鑭、釔0.5%，其他0.5%，在混粉球磨機內均勻混合，混粉時間為8小時，球料比為20:1。
[0057](2)將上步驟I所得的銅金屬合金粉末中添加鎳、金剛石微粉、碳化硅，
[0058]按銅金屬合金97%，鎳1%，金剛石微粉1%，碳化硅1%，在混粉球磨機內均勻混合，混粉時間為8小時，球料比為20: I。
[0059]3.等靜壓
[0060]將步驟2中的合金粉在橡膠包套內，按產品的銀合金層厚度要求，按比例做隔板，將制造好的銀金屬合金粉末和銅合金粉末，分別倒入橡膠包套隔板的兩端，將其倒入的銀合金粉末和銅合金粉末搗實，緩慢取出包套內隔板，鎖緊包套蓋子，放入等靜壓擠壓缸內，擠壓成錠。等靜壓初坯成型壓強為180Mpa，控制密度為理論密度的90%，初坯裝入燒結爐后抽真空充入惰性氣體進行保護，燒結溫度為930°C，時間為3小時，而后隨爐冷卻至40°C出爐。
[0061]4、擠壓乳制
[0062](I)將步驟3所得到錠坯進行復壓、擠壓和乳制。將錠坯進行復壓后，擠壓成板材，然后再進行乳制獲得含添加物的銀合金/銅合金料帶備用。擠壓溫度為900°C，擠壓比為100。
[0063](2)將步驟I中的釬料錠進行擠壓成板材，再通過冷乳、退火等工藝制造成釬料帶。
[0064]5、熱復合
[0065]將銀合金/銅合金料帶材和釬料帶材的復合面打磨干凈，再將其熱復合設備上進行復合，其復合溫度為850°C，速度為4米/分。
[0066]6、乳制沖壓
[0067]將復合好的三層復合材料，乳制到所需的厚度，再沖制成產品。在加工過程中，帶材的退火需使用保護氣氛進行保護，溫度為650°C，時間為2小時，冷乳時每道乳制量小于20%。
[0068]采用本發明制造的含有添加物的三層復合材料，其主要性能如下:
[0069]1.密度:彡8.38/0113;
[0070]2.硬度(HB)彡 70;
[0071]3.電阻率:彡2.15μΩ.cm;
[0072]以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭的制造方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:制備釬料，將銀、鎳、磷、錫、鋅等元素中的一種或兩種及以上金屬與銅進行熔煉、鑄錠、擠壓、乳制成所需的帶材厚度備用。 步驟2:制備銀合金粉與銅合金粉，通過金屬熔煉、霧化、粉末氧化等工藝獲得銀合金粉;通過金屬熔煉、霧化等工藝銅合金粉;或采用在銀粉或銅粉中直接混入所需比例的金屬氧化物粉獲得銀合金粉或銅合金粉。 步驟3:將步驟2所得的銀合金粉和銅合金粉，分別按所需比例，采用混粉法，加入添加物，和一定比例的磨料進行混合，分別得到銀合金混粉和銅合金混粉； 步驟4:在橡膠包套內設置隔板，將銀合金混粉和銅合金混粉分別倒入橡膠包套隔板的兩端后，緩慢取出隔板，鎖緊橡膠包套，放入等靜壓擠壓缸內，擠壓成銀合金/銅合金錠； 步驟5:將銀合金/銅合金錠進行燒結； 步驟6:將燒結后的銀合金/銅合金錠進行復壓、擠壓和制扎得到銀合金/銅合金料帶； 將釬料制成釬料層帶材，所述釬料為銀銅磷釬料、銀銅鋅釬料或非晶釬料； 步驟7:銀合金/銅合金料帶、釬料帶材依次疊加在一起進行熱復合； 步驟8:將熱復合后的帶材經冷乳、沖制等工藝制造成三層復合觸點。2.根據權利要求1所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟2:將銀中添加金屬元素以及稀土元素，進行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1400°C，合金化后用高壓水使其霧化成銀合金粉末，然后烘干并過150?250目篩得到銀合金粉末，再進行氧化處理； 將銅中所添加金屬元素以及稀土元素，進行高溫熔煉，熔煉溫度為1030?1400°C，合金化后用高壓水使其霧化成銅合金粉末，然后烘干并過150?250目篩得到銅合金粉末。3.根據權利要求2所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭的制造方法:其特征在于: 所述步驟2中的氧化溫度為500?7000C，氧氣壓強為I?3Mpa，時間為5?15小時。4.根據權利要求1或2或3所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟3中添加物為金剛石、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種，混合方式為球磨，混粉時間為6?10小時，球料比為15?25: I。5.根據權利要求4所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟4中其等靜壓初坯成型壓強150?200Mpa，控制密度為理論密度的75?90%，初坯裝入燒結爐后抽真空充入惰性氣體進行保護，燒結溫度為800?1000°C，時間為2?5小時，而后隨爐冷卻至50°C以下出爐。6.根據權利要求5所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟5中擠壓溫度為880°C，擠壓比為100; 所述步驟7中復合溫度為800?900°C，速度為3?5米/分； 所述步驟7中將熱復合好后的帶材進行保溫退火，同時使用保護氣體進行保護，溫度為500?650°C，時間為I?3小時，冷乳時每道乳制量小于20%。7.根據權利要求2或3所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟2中金屬元素為鎳、鎂、招、I丐、鈦、銀、絡、猛、鐵、鈷、鋅、錯、銀、鉬、銀、銦、錫、銻、碲、鉿、鉭、鎢、錸、鉍以及其相對應的氧化物中至少一種;所述稀土元素為鈧、釔、鑭、鈰、釹、鐿、镥以及相對應的稀土合金中至少一種。8.根據權利要求6所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭的制造方法:其特征在于:所述步驟3中非金屬為石墨、硼、硅、磷中至少一種，所述非金屬化合物為硼、硅、磷的化合物以及碳化硅中至少一種。9.根據權利要求6所述的一種包套法制造的層狀銀銅釬三復合電觸頭的制造方法: 所述步驟2和步驟3中的金屬氧化物為51102、2110、010小6203工(10、111203、8丨203)1203、Mo03、Zr02中至少一種。10.如權利要求1至9所述制造方法制造的材料，其特征在于:包括依次設置的銀合金層、銅合金層、釬料層； 所述銀合金層包括下列重量百分數組成:銀80?99.9%； 銀層添加物: 金屬、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種:0.04?12 %、 金剛石微粉0.05?4%、 稀土元素總量0.0I?5.7% ； 所述銅合金層包括下列重量百分數組成:銅80?99.9%； 銅層添加物: 金屬、金屬氧化物、非金屬、非金屬化合物中至少一種:0.04?12 %、 金剛石微粉0.05?4%、 稀土元素總量0.0I?5.7% ； 所述釬料層為銀銅磷釬料、銀銅鋅釬料或非晶釬料。
【文檔編號】H01H11/04GK106057526SQ201610504454
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月27日
【發明人】蔣源, 馮如信, 鄭元龍, 何高明
【申請人】溫州中希電工合金有限公司