專利名稱：低壓電器用銅基電接觸材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及低壓電器用銅基電接觸材料，特別是涉及對銅基電接觸材料的材料 設計和制備工藝技術。
背景技術：
低壓電器的電觸頭大都是由含銀80%-90%(質量百分數(shù))的復合材料制成的，據(jù)2004年電工協(xié) 會(2004年10月14日在西安召開)介紹，世界上銀資源非常有限，其中的25%-30%用于制造電 工和電子儀器所需的觸頭元器件。但是，有限的貴金屬資源經過多年的開采和應用，目前正日趨 貧乏。為了節(jié)約銀，全世界在開展降低觸頭材料含銀量的研究的同時，也在開發(fā)賤金屬電接觸材 料，以替代資源有限且價格昂貴的白銀。
銅具有與銀相近的物理、化學、電學等性能，作為電接觸材料，銅具有導電導 熱性好、熱容大、觸頭溫州氐、電弧蝕時間短、較高的硬度、加工成型性能優(yōu)異、價 格賺靴叛
從20世紀70年代起，國內外廣泛開展了低壓電器領域的銅基電接觸材料的研 究，申請了大量專利，其中只有極少數(shù)付諸于實踐但均未獲得市場化廣泛應用，主 要是由于存在一些材料工藝學中的共性難題(l)抗氧化性不夠。Cu基材料觸頭元 件在開斷過程中會放出大量熱，Cu易氧化生成氧化物薄膜，引起接觸電阻增大，影 響導電性和導熱性。(2)抗熔悍性和抗電弧侵蝕性能有待提高。要滿足低壓電器用 電觸頭元件的工作要求，電接觸材料必須有良好的導電導熱性、較大的原子量和密 度、較高的熔點和沸點、較大的熔化和汽化潛熱、較低的蒸氣壓等，就上述指標而 言，Cu與Ag相比均存在一定差距。另外，Cu基電接觸材料要保持較高的導電導熱 性和較低的接觸電阻，其強度、硬度必然受到影響，從而影響材料的抗熔焊性和抗 電弧侵蝕性。
大量專利的出現(xiàn)表明，國內外在低壓電器領域銅基電接觸材料的研究中取得了 一定的進展，也說明它具有一定的市場需求，但就總體而言，已有的銅基電接觸材 料在低壓電器領域的應用較少，還需要在材料設計、制備工藝技術以及電接觸理論研究方面開展相當?shù)墓ぷ鳌?

發(fā)明內容
本發(fā)明所采用的技術是基于銅基體合金化法發(fā)展而來。其基本思路是通過添加 活性元素鎳、鋯、稀土元素憶來綜合提高銅基電接觸材料的物理、機械、電學和化 學性能。
合金成分設計加入Ni、 Zr、 Y等活性組元，Cu為合金基體。加入活性元素 Ni和Zr在不斷氐或少量降低熱導和電導的前提下，可提高基體的室溫和高溫強度， 改善基體抗熔悍性、抗電弧燒蝕性和抗氧化性能；加入微量Y可有利于與銅中雜質 發(fā)生反應改善基體導電、導熱性，并改善基體抗電弧燒蝕性和抗氧化性。三種合金 成分為(1) Ni—3%， Zr_0.5%， Y-O. 5%， Cu為余量;(2) NH%， Zr—O. 3 %， Y-0.2%， Cu為余量；(3)Ni—0. 5%， Zr—0.1%， Y-0.1%， Cu為余量。
工藝路線真空下制備CuY、 CuZr中間合金+Ni+Cu原料一大氣狀態(tài)下用自有 的氣水急冷霧化制粉技術和設備獲得CuNiZrY合金粉末一粉末冶金工序(成形+燒 結一復壓+復燒一CIP+燒結)制得成形還一熱擠壓獲得絲材或片材半成品坯一熱 加工獲得半成品一冷加工獲得成品。
本發(fā)明關鍵在于克服現(xiàn)有技術不足，提供一種接觸電阻低而穩(wěn)定，抗熔焊，抗 電弧燒損，無銀，無公害，適合低壓電器用的新型觸頭材料。本發(fā)明的另一目的是 提供一種所說的觸頭材料的制造方法。


圖l為CuNiZrY電接觸材料顯微組織圖。顯微組織中晶粒細小，第二項以顆粒 狀態(tài)存在、分布彌散而均勻，不存在明顯偏析，顆粒間距比較??；材料中存在少量 空洞。
具體實施例方式
(1) CuY、 CuZr中間合金制備真空下用石墨柑堝先感應熔化Cu (純度為99. 95 %以上)，除氣后充入惰性氣氛Ar，加入原料Y (純度為99. 5%以上)，升溫精煉 使稀土Y充分熔入Cii金屬液中，靜置5^l中后，澆注入石墨鑄模中，充分冷卻后 破壞真空，取出CuY中間合金^l定。(2)急冷霧化制備CuNiZrY合金粉末大氣狀態(tài)下先感應熔化純Cu，適當升高溫度，加入Ni原料(純度〉99.95%)，保溫片刻， 再加入CuZr、 CuY中間合金，為使其充分合金化，保溫3—8分鐘后(合金液溫度 控制在1200左右)勻速澆入保溫漏斗，通過漏斗的合金液經過惰性氣氛(霧化介 質為純N2，霧化壓力為0.6—1.2MPa)的沖擊和破碎作用，用水作為冷卻介質，使 霧化后的合金顆?？焖倮鋮s。將冷卻后的合金粉末過100目標準篩(尺寸〈150y m)， 一IOO目的合金粉末在H2保護下于200-30(TC保纟顯4-6小時待用，而粗粉(+ 100 目)則可回爐重新制粉。(3)成形和燒結工藝粉末混合物成形時，成形壓力不宜 太大，180—200MPa左右即可，保壓時間略長，為4~6min。首次燒結時，為避免 成形坯開裂和不均勻變形，升溫速度不宜過快，最好分階段升溫，保溫時間足夠長 (lh):室溫一300。C升溫lh，保溫lh; 300"600。C升溫lh，充惰性氣氛降低真空 度以減少揮發(fā)，保溫1.5h; 60O"900。C升溫lh，保溫2—6h;隨爐降溫至100。C以 下方可出爐。復壓時壓力在250~"300MPa間較好，保壓時間為24min。復燒時室 溫"60(TC升溫lh，充惰性氣氛降低真空度以減少揮發(fā)，保溫1.5h; 60Q"900。C升 溫lh，保溫2—6h;隨爐降溫至10(TC以下方可出爐。CIP (冷等靜壓制)，成形壓 力為300~350MPa，保壓時間5—12min， CIP工藝可提高成形還料的密度及其均勻 性，隨后用復燒工藝對其進行燒結。(4)成形坯熱擠壓大氣氣氛下，64O~800°C 保溫4h以上，180—250MPa下中等速度，大擠壓比(〉100:1)將其擠壓成帶材或絲 材。熱擠壓可提高密度，改善組織，同時可改進其加工性能。(7)加工工藝擠壓 坯可進行大變形程度的熱加工(CuNiZrY電接觸材料的熱加工性能良好)，留下較小 的變形量進行冷加工(最好使道次加工量小于5%)，總變形量50-70%，中間退火 溫度500~650°C 。這就是CuNiZrY電接觸材料制備的整個詳細工藝規(guī)程。
實施例l Ni—3%， Zr—0.5%， Y—0.5%， Cu為余量，具體步驟詳細描述 如具體實施方式
中。
實施例2 Ni—1%， Zr—0.3%， Y—0.2%， Cu為余量，具體步驟詳細描述 如具體實施方式
中。
實施例3 Ni—0.5%， Zr—O. 1%， Y—0.1%， Cu為余量，具體步驟詳細描 述如具體實施方式
中。本發(fā)明制備的實施例2的組織和性能可從其顯微組織如附圖1中看出，顯微組
織中第二相以顆粒狀態(tài)存在、分布彌散而均勻，不存在明顯偏析。材料密度為 8.75g*cm—3，材料中少量的空洞使得樣品的密度略低于理論密度8.94 g'cm3;電 導率為29. 3Ms .m1,相應其電阻率為3. 41 u Q cm;硬度為HV105. 4?？寡趸院?抗電弧燒蝕性能優(yōu)良，使用壽命長。
權利要求
1、一種電觸頭材料銅基合金，其特征是該合金的重量百分比為Ni0.5-3％，Zr0.1-0.5％，Y0.1-0.5％，Cu余量。
2、 根據(jù)權利1要求所述的電觸頭材料銅基合金，其特征在于應用于低壓電器。
3、 一種電觸頭材料銅基合金的制備方法，其特征在于包含以下步驟(1) 真空下制備CuY、 CuZr中間合金；(2) 急冷霧化制備CuNiZrY合金粉末；(3) 粉末冶金工序制得成形坯；(4) 熱擠壓獲得絲材或片材半成品坯；(5) 熱加工獲得半成品；(6) 冷加工獲得成品。
4、 根據(jù)權利3要求所述的電觸頭材料銅基合金的制備方法，其特征在于所述的步驟(3)粉末冶金工序是成形+燒結一復壓+復燒一CIP+燒結。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低壓電器用電觸頭材料銅基合金的設計和制備，其特征是所說的合金含有(重量％)Ni0.5-3，Zr0.1～0.5，Y0.1～0.5，Cu余量，其工藝路線Cu+Ni+真空下制備CuY、CuZr中間合金原料→大氣狀態(tài)下用自有的氣水急冷霧化制粉技術和設備獲得CuNiZrY合金粉末→粉末冶金工序(成形+燒結→復壓+復燒→CIP+燒結)制得成形坯→熱擠壓獲得絲材或片材半成品坯→熱加工獲得半成品→冷加工獲得成品。本發(fā)明合金具有接觸電阻低而穩(wěn)定，抗氧化性高、抗電弧燒蝕和抗熔焊性能強、電壽命長等優(yōu)點，可用作低壓電器用電觸頭。
文檔編號C22C9/00GK101418398SQ20081023366
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權日2008年12月1日
發(fā)明者捷 劉, 劉滿門, 浩 崔, 張永甲, 楊有才, 明 謝, 陳永泰 申請人:昆明貴金屬研究所