本發(fā)明總體上涉及多材料電接觸件以及制造電接觸件的方法。

背景技術(shù)：

1、電接觸件是在電開關(guān)、繼電器、連接器和斷路器中發(fā)現(xiàn)的電路部件。電接觸件由導(dǎo)電材料(通常為金屬)制成。當一對接觸件接觸時，根據(jù)表面結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)性質(zhì)和接觸時間，這對接觸件可以通過具有特定接觸電阻的電流。接觸件接觸的表面通常由具有高電導(dǎo)率、耐磨性、抗氧化性和其它性能的金屬組成。

2、電接觸件可以由一種或幾種不同的材料制成。大多數(shù)電接觸件是通過金屬粉末燒結(jié)制造的。高電導(dǎo)率金屬(諸如，銀或銅)通常與具有承受嚴重電力和機械力能力的金屬混合。根據(jù)所需的組成，通常采用三種方法中的一種來制造電接觸件。壓制-燒結(jié)-滲透(psi)通常提供最高密度的材料，而壓制-燒結(jié)-抑制(psr)方法對于某些組成是所需的。在一些情況下，僅壓制-燒結(jié)(ps)工藝是合適的。在燒結(jié)過程之前，在模具中壓實金屬粉末，并且施加壓力。然后對坯塊進行燒結(jié)，這是一種涉及對粉末坯塊施加熱的過程。燒結(jié)通常是在具有不同溫度區(qū)的單個細長熔爐中進行的。將坯塊加熱至基金屬的熔點以下，保持在燒結(jié)溫度后進行冷卻。燒結(jié)將粉末顆粒之間的壓實機械結(jié)合轉(zhuǎn)變成冶金結(jié)合，給接觸件賦予強度和結(jié)構(gòu)完整性，并產(chǎn)生可被滲透或抑制的“耐火骨架”。壓實材料中的原子擴散穿過顆粒的邊界，將顆粒熔合在一起，并產(chǎn)生一個固體塊。燒結(jié)提供電接觸件的主要冶金性質(zhì)。在燒結(jié)后，經(jīng)常使用二次熱處理來提高機械性能和尺寸精度。不利的是，為了獲得具有足夠高的質(zhì)量和足夠低的孔隙率以產(chǎn)生有效電接觸件的燒結(jié)粉末盤，需要三個耗時的真空燒結(jié)過程。此外，燒結(jié)接觸件必須經(jīng)受大量機械加工，以便生產(chǎn)具有特定配置要求的接觸件。整個金屬粉末燒結(jié)過程可以花費6至10天的時間。

3、希望提供一種改進的制造電接觸件的方法。此外，希望這種方法花費的時間比金屬粉末燒結(jié)更少。另外，希望提供一種能夠生產(chǎn)更經(jīng)濟的梯度組成的改進方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開提供了多材料電接觸件以及制造多材料電接觸件的方法。

2、本公開的第一方面提供了一種形成電接觸件的方法，該方法包括：操作至少一個材料進料器，以釋放第一金屬和第二金屬的進料，其中，第一金屬和第二金屬均為固態(tài)和粉末形式；通過向第一金屬和第二金屬施加壓縮氣體，以朝向襯底噴射第一金屬和第二金屬，而將第一金屬和第二金屬沉積在襯底上，其中，沉積在足以在第一金屬和第二金屬之間形成固態(tài)結(jié)合以產(chǎn)生材料柱的壓力下進行，同時將材料柱保持在低于第一金屬和第二金屬這兩者的熔融溫度的溫度下，并且這將第一金屬和第二金屬保持在固態(tài)，從而產(chǎn)生電接觸件。在一些實施方案中，沉積還包括當所沉積的金屬在材料柱上堆積時改變第一金屬和第二金屬的相對量，以使材料柱成為功能梯度材料柱。在一些實施方案中，該方法還包括通過將組合的金屬混合并放置在相同的材料進料器中來組合第一金屬和第二金屬。在一些實施方案中，至少一個材料進料器包括第一材料進料器和第二材料進料器；操作第一材料進料器，以釋放第一金屬的進料，并且操作第二材料進料器，以釋放第二金屬的進料；并當通過施加壓縮氣體來噴射仍為固態(tài)的金屬時，第一金屬和第二金屬混合。在一些實施方案中，壓縮氣體是選自包括氦、氮、壓縮空氣、氫或它們的組合的組的主要氣體。在一些實施方案中，該方法在冷噴涂增材制造設(shè)備中進行。在一些實施方案中，釋放的金屬通過冷噴涂系統(tǒng)噴嘴朝向襯底噴射。在一些實施方案中，至少一個材料進料器位于冷噴涂系統(tǒng)噴嘴的上游。在一些實施方案中，至少一個材料進料器將第一或第二金屬中的至少一者釋放到冷噴涂系統(tǒng)噴嘴中。在一些實施方案中，使釋放的第一金屬和第二金屬朝向襯底噴射的壓力由冷噴涂增材制造設(shè)備上的至少一個材料進料器的位置控制。在一些實施方案中，第一金屬和第二金屬均具有5微米至120微米的粒度。在一些實施方案中，第一金屬和第二金屬以75°至105°的角度噴射到襯底上。在一些實施方案中，在該方法期間至少改變一次以下至少一項：第一金屬的體積或重量與第二金屬的體積或重量之比；第一金屬的平均或中等粒度與第二金屬的平均或中等粒度之比；或者第一金屬或第二金屬的類型。在一些實施方案中，在該方法期間，材料進料器中的第一金屬、第二金屬或兩者的組成改變至少一次。在一些實施方案中，至少一個材料進料器中的金屬組成由計算機程序控制。在一些實施方案中，電接觸件是在2分鐘和25分鐘之間的時間段內(nèi)形成的。在一些實施方案中，第一固態(tài)金屬具有至少25毫西門子每米(ms/m)的電導(dǎo)率。在一些實施方案中，第一固態(tài)金屬包括選自包括銅、銀、鋁、金、鉑或它們的組合的組的基質(zhì)金屬，并且第二固態(tài)金屬是抗電弧顆粒。在一些實施方案中，第二固態(tài)金屬包括選自包括鉻、碳化鉻、鎢、碳化鎢、鉬、碳化鉬、釩、碳化釩、氧化鋁或它們的組合的組的一種或多種成分。在一些實施方案中，第一金屬和第二金屬具有相差至少1400℉的熔融溫度。

3、本公開的第二方面提供了一種形成電接觸件的方法，該方法包括：操作摩擦攪拌增材設(shè)備上的材料進料器，以將第一金屬和第二金屬的進料釋放到襯底上，產(chǎn)生材料柱，其中，材料進料器包括由可旋轉(zhuǎn)肩部限定的接收器，并且其中，操作摩擦攪拌增材設(shè)備上的材料進料器，以將第一金屬和第二金屬的進料釋放到襯底上，包括：向接收器中的第一金屬和第二金屬施加壓力，并且圍繞第一金屬和第二金屬旋轉(zhuǎn)材料進料器肩部，以在第一金屬和第二金屬之間形成固態(tài)結(jié)合，并且將金屬釋放到襯底上，同時將材料柱保持在低于第一金屬和第二金屬兩者的熔融溫度的溫度下，從而產(chǎn)生電接觸件。在一些實施方案中，可旋轉(zhuǎn)肩部的底面上的摩擦力導(dǎo)致朝向肩部的遠端駐留的第一金屬和第二金屬的加熱。在一些實施方案中，第一金屬和第二金屬均為粉末、碎片、固體棒、桿、金屬屑或金屬顆粒中的至少一種的形式。在一些實施方案中，當?shù)谝唤饘俸偷诙饘僭诓牧现隙逊e時，第一金屬和第二金屬的相對量變化，以使材料柱成為功能梯度材料柱。在一些實施方案中，在該方法期間，材料進料器中的金屬的組成改變至少一次。在一些實施方案中，在該方法期間至少改變一次以下至少一項：第一金屬的體積或重量與第二金屬的體積或重量之比；或第一或第二金屬的類型。

4、本公開的第三方面提供了一種功能梯度單片電接觸件結(jié)構(gòu)，其包含第一固態(tài)金屬和第二固態(tài)金屬，其特征在于組成的變化，其中，與第一金屬的量相比，第二金屬的相對量隨著結(jié)構(gòu)中從結(jié)構(gòu)的第一表面朝向結(jié)構(gòu)的第二相對表面的距離而增加。在一些實施方案中，第一金屬包括軟金屬，該軟金屬是選自包括銅、銀、鋁、金、鉑或它們的組合的組的基質(zhì)金屬，并且第二金屬包括選自包括鉻、碳化鉻、鎢、碳化鎢、鉬、碳化鉬、釩、碳化釩、氧化鋁或它們的組合的組的硬金屬。在一些實施方案中，電接觸件結(jié)構(gòu)的高度的至少50％包含：基于這兩種金屬的總重量，65％至100％的第一金屬；以及基于這兩種金屬的總重量，5％至65％的第二金屬。在一些實施方案中，電接觸件具有25ms/m至50ms/m的電導(dǎo)率。

5、在以下詳細描述中更詳細地描述這些和其它實施方案。本發(fā)明主題的目的已經(jīng)在上文中陳述，并且其全部或部分地由當前公開的主題實現(xiàn)，當結(jié)合附圖進行描述時，其它目的將變得明顯，如本文以下最佳描述的。