專利名稱：一種航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法及其設備。
背景技術：
航空航天器在大氣層及太空中飛行，對其電接觸元件，有其全壽命，高可靠性的 要求。航空航天器的電接觸元件是在相對運動下傳導電流的，因此對潮濕大氣、煙霧、煤 油、汽油霧氣、火箭燃料氣體和各種硫化、有機等工業(yè)廢氣，均須有良好的抗腐蝕性能，要求 在-60 150°C范圍內(nèi)不氧化。這樣，電接觸元件工作時，表面接觸電阻才不發(fā)生顯著變化， 才能保證航空航天器控制系統(tǒng)工作的可靠性和準確度。對受電火花作用的電接觸元件，還 須具有良好的抗電侵蝕性能。貴金屬較之一般有色金屬有更優(yōu)良的化學穩(wěn)定性和抗電侵蝕 性，在航空航天器設計生產(chǎn)中主要用來制做控制系統(tǒng)及微電機中的電接觸元件，如電位計 繞組、導電環(huán)、電刷、接觸點、換向器等。因此貴金屬成為航空航天器控制系統(tǒng)中最常用的電 接觸材料。航空航天器控制系統(tǒng)中的導電刷的要求是耐磨損、有一定的柔性，韌度適中、表 面光潔度10等。因此，為了滿足上述要求，在設計制造中，廣泛采用AuNix、PtNi5、PtIrl8、 AuAgCu20-3 0、AuCr4、PtIrl7. 5、AuCu22_2. 5-1 等貴金屬合金材料。就斷開接點而言，對于電壓、電流不大，斷開率很低的繼電器接點或其它電器上的 接點，宜采用純銀等；對于電壓不大，電流很大(45 500A)，斷開頻率很低的接觸器接點， 宜采用Ag-CdO或Ag-CuO等；對于電壓、電流不大，斷開頻率較高(50次/s)，接觸壓力較大 的繼電器接點，宜采用AuNix或AuAgCu35-5等；精密導電滑環(huán)屬于高科技產(chǎn)品，一直以來被應用于尖端軍事領域。隨著我國經(jīng) 濟的不斷發(fā)展，民用領域也越來越多的涉足使用此類產(chǎn)品，用于工業(yè)自動系統(tǒng)控制中。在 國外先進發(fā)達國家，該類產(chǎn)品已逐漸由軍用產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為民用產(chǎn)品，近幾年已實現(xiàn)了標準化、 批量化生產(chǎn)。就導電環(huán)及電位計電刷而言，其接觸壓力小，有電火花現(xiàn)象，宜采用AuNi9、 AuAgCu20-30等貴金屬合金材料。由上述可知金鎳合金絲在航空及民用高科技產(chǎn)品中的重要地位，但是其熱處理及 加工、矯直過程中仍然存在較多的技術難題，諸如(一 )金基添加鎳的二元合金，在850°C以上為連續(xù)固溶體，低溫下分解為富金和 富鎳的兩相固溶體，加工道次間的退火工藝如處理不得當，合金中析出脆性相致使加工性 能急劇惡化。( 二)AuNix合金在退火時有氧化的傾向，并且氧化產(chǎn)物極難去除，必須用強酸高 溫煮沸去除氧化膜，這樣會造成金元素的損失。同時氧化物在拉拔、矯直的過程中有可能被 裹入合金體中，造成夾雜或缺陷，從而改變其電學特性，嚴重的可造成器件的損害。(三)AuNix細絲的矯直工藝的研究。傳統(tǒng)的輥輪式矯直器有如下缺點體積大， 結(jié)構(gòu)復雜，調(diào)整難度大，對細絲繩的矯直效果欠佳?，F(xiàn)行的矯直器結(jié)構(gòu)復雜、價格昂貴，并且其維護成本高。要想進一步拓展金鎳合金在航天器及相關民品的應用范圍，必須解決上述問題， 同時制定切實可行的熱處理及加工方案。目前，由于細絲的矯直不屬于金屬材料加工的常 規(guī)范疇，生產(chǎn)廠家多進行板材或線材的矯直，對于直徑小于0.5的絲材多以上軸成卷的形 式供應，這樣矯直后絲材能否滿足客戶得不到保障。同時客戶要購買專門設備進行矯直及 切割處理，對加工過程中存在的問題得不到及時的解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是針對現(xiàn)有技術上存在的問題設計開發(fā)的一種金基電接觸材 料的熱處理及矯直方法，其利用獨特的退火工藝，使合金的抗拉強度、硬度、電導率符合電 接觸材料的使用要求，并且表面光滑、無氧化。本發(fā)明的另一目的通過設計一臺簡單、實用、易調(diào)控的矯直設備，將其利用在本發(fā) 明的方法中可制備出翹距滿足使用要求的AuNix合金絲，同時保證AuNix合金絲具有較好 的綜合力學性能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設計方案一種航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法，其中，該航天器用金基電接 觸材料的化學成分及其質(zhì)量百分比是89. 5-92. 5% Au, 7. 5-10. 5% Ni ；該熱處理及矯直方 法步驟如下1)首先將按前述配比范圍計算、稱重備高純金、鎳材料并按常規(guī)方法熔化，澆鑄為 合金鑄錠，待鑄錠溫度低于200°C后出爐；2)將符合標準的合金鑄錠進一步加工為絲材，反復進行道次加工，其間對合金鑄 錠的退火工藝采用真空退火去應力，溫度為680士 10°C，保溫4小時，直至得到的絲材可以 準備進入成品絲材前的最后一次道次加工；3)進行成品絲材前的最后一次道次加工，退火工藝采用管狀爐中用水封或氫氣保 護下連續(xù)退火，退火溫度750士 10°C，加工為成品絲材。所述步驟2和步驟3中的道次加工率控制在10 20%，兩次退火間的總加工率不 超過80%。所述的航天器用金基電接觸材料中雜質(zhì)不大于0. 02%。將其加工的金基電接觸材料絲材進一步矯直1)首先選取專用矯直設備，該專用矯直設備由前至后依次由放絲單元、定位單元、 旋轉(zhuǎn)矯直裝置、牽引導輪裝置、切斷裝置和擋板組合構(gòu)成，其中旋轉(zhuǎn)矯直裝置和牽引導輪裝 置分別由電機驅(qū)動，調(diào)節(jié)擋板與切斷裝置的切刀之間的距離，使之符合切割的金基絲材長 度要求；2)將前制得的金基電接觸材料絲材纏繞在放絲機上，并初始放絲穿線，經(jīng)定位單 元、旋轉(zhuǎn)矯直裝置和牽引導輪直至拉入切斷裝置中；3)啟動設備，金基電接觸材料細絲由定位準軸進入旋轉(zhuǎn)矯直面板，調(diào)整矯直機電 壓大小與脈沖的頻率，使面板工作的轉(zhuǎn)速在50 500士5轉(zhuǎn)/min，保持細絲相對的角度α 在35 105°，絲材通過矯直工件后，在牽引導輪的帶動下，進入切斷裝置中并延伸行進， 當絲材觸碰擋板時形成回路，切斷裝置的切刀動作，將其切割成符合長度要求的金基絲材段。一種用于航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法的設備，包括有放絲單 元、定位單元、矯直裝置和牽引裝置，矯直裝置的后端設置牽引裝置，放絲單元放出的絲材 經(jīng)牽引裝置的導引經(jīng)由定位單元輸出進入矯直裝置；所述的矯直裝置由旋轉(zhuǎn)矯直面板及位 于其上的一組中部帶有定位孔的定位柱構(gòu)成，該組定位柱沿中心軸左右交叉設置，使得經(jīng) 由各定位孔穿過的絲材呈曲線路徑；其還包括一切斷裝置，設置在牽引裝置的后方；一金屬材質(zhì)的擋板，設置在距切斷裝置后方定距離處；所述的矯直裝置的翻轉(zhuǎn)和牽引裝置的前牽分別由電機驅(qū)動，所述金屬材質(zhì)的擋板 被設計為控制回路的觸合點，當絲材碰觸擋板后，形成回路，控制電路輸出控制信號啟動切 斷裝置完成切斷動作。所述的各定位柱間隔距離為l_2mm為佳。矯直機對細絲進行矯直時，AuNi9絲材由進絲口入，通過定位準軸進入旋轉(zhuǎn)矯直面 板，調(diào)整矯直機電壓大小與脈沖的頻率，使面板工作的轉(zhuǎn)速在350士5轉(zhuǎn)/min，同時根據(jù)絲 材的狀態(tài)，改變細絲相對的角度α，保持90-105°之間，超過此范圍容易斷絲或矯直效果 欠佳。絲材通過矯直工件后，在牽引導輪的帶動下，進入選取絲材長度階段。可根據(jù)具體 需要，調(diào)節(jié)擋板與切刀之間的距離，當絲材觸碰擋板時形成回路，切割成符合要求的金基絲 材。本發(fā)明為改善目前金基電接觸材料的現(xiàn)狀，做了積極的探索工作，并取得了較理 想的效果。其制備的金鎳合金絲材主要應用于精密導電滑環(huán)、繼電器接點、電位計電刷等。本發(fā)明的優(yōu)點是1、本發(fā)明熱處理方法對金基電接觸材料具有普遍適用性，避免該系列材料由于工 藝不當造成合金加工性能惡化的情況發(fā)生。同時解決了合金在退火過程中易氧化的問題， 降低了原料的損耗率。2、本發(fā)明金基電接觸材料絲材矯直后的尺寸為Φ (0.3_0.6)mm，改變了只能用結(jié) 構(gòu)復雜、價格昂貴、維護檢修困難的進口矯直機的現(xiàn)狀，研制出控制參數(shù)少、操控簡單、矯直 效果好的設備，提高了其生產(chǎn)率，同時該方法同樣適用于包括銀基絲材、銅基絲材在內(nèi)的多 種合金，具有普遍的推廣意義。


圖1為實現(xiàn)本發(fā)明方法所用的矯直設備構(gòu)成原理示意圖
具體實施例方式如圖1所示，是實現(xiàn)本發(fā)明方法所用的矯直設備構(gòu)成原理示意圖，包括有放絲單 元(包括放線機1、進絲單元2、、定位單元3、矯直裝置4和牽引裝置5，矯直裝置4的后端 設置牽引裝置5，放絲單元放出的絲材經(jīng)牽引裝置5的導引經(jīng)由定位單元3輸出進入矯直裝 置4。所述的矯直裝置4由旋轉(zhuǎn)矯直面板41及位于其上的一組定位柱42構(gòu)成，各定位 柱的間隔距離l_2mm為宜，其上有定位孔(為通孔)，該組定位柱沿中心軸左右交叉設置，使得經(jīng)由各定位孔穿過的絲材呈曲線路徑6，兩段細絲相對夾角為α (如圖中所示，絲材通過 定位孔后入段與出段絲材所形成的夾角為α)，α的取值范圍為35 105°，一般在矯直 裝置翻轉(zhuǎn)速度為50 500轉(zhuǎn)/min間，α的取值范圍可以是；35° ；40° ；45° ；50° ；55° ； 60° ；65° ；70° ；75° ；80° ；85° ；90° ；95° ；100° ；105°。所述的矯直裝置4的翻轉(zhuǎn)和牽引裝置5的前牽分別由電機9、10驅(qū)動，矯直裝置的 旋轉(zhuǎn)矯直面板翻轉(zhuǎn)的速度越快，α的角度應越大；反之，矯直裝置4的旋轉(zhuǎn)矯直面板翻轉(zhuǎn)的 速度越慢，α的角度應越小，如果比值取值不妥，易造成斷絲。本發(fā)明方法所用的矯直設備還包括有一切斷裝置7，其設置在牽引裝置5的后方； 在切斷裝置7后設置一金屬材質(zhì)的擋板8，兩者之間的距離為可調(diào)。具體實施時，根據(jù)對切 割的絲材的長度要求來調(diào)整切斷裝置7與金屬材質(zhì)擋板8間的距離L，使之符合其要求長度。所述的金屬材質(zhì)的擋板在本裝置中被設計成為電流回路中的一個觸發(fā)結(jié)合點，當 絲材碰觸擋板后，形成回路，控制電路輸出控制信號啟動切斷裝置7完成切斷動作。本發(fā)明航天器用金基電接觸材料的熱處理的方法具體的方法步驟如下1)首先按前述航天器用金基電接觸材料的化學成分及其質(zhì)量百分比是 89. 5-92. 5% Au，7. 5-10. 5% Ni 的配比范圍計算、稱重備高純金中，該該熱處理及矯直、 鎳材料，并按常規(guī)方法熔化、澆鑄為合金鑄錠，待鑄錠溫度低于200°C后出爐；2)將符合使用標準的合金鑄錠再進一步反復進行道次加工，Mi^越來越細的絲 材，其間退火工藝采用真空退火去應力，溫度為680士 10°C，保溫4小時，直至得到的絲材尺 寸已達可以準備進入成品絲材前的最后一次道次加工；3)進行成品絲材前的最后一次道次加工，退火工藝采用管狀爐中用水封或氫氣保 護下連續(xù)退火，退火溫度750士 10°C，加工為成品絲材。上述步驟中，最后一次的道次加工退火溫度更高，這樣處理，可以保證合金中Au、 Ni兩相不偏聚，使矯直后絲材的力學性能達到使用要求。把由鑄錠到絲材前的最后一道加工中的退火工藝分為兩個階段，即開始階段的循 環(huán)進行道次加工采用步驟2，其為第一階段，成品前最后一次道次加工間的退火工藝采用步 驟3，其為第二階段；步驟3中退火溫度高是為了增加合金的強度，達到應用的要求，而步驟 2中的退火溫度偏低是出于加工考慮，溫度低、強度低便于加工，這正是本發(fā)明熱處理方法 的獨特設計之處。本發(fā)明航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法中的合金鑄錠一般的尺寸 規(guī)格為Φ 12 X 250mm、Φ 14 X 250mm、Φ 16 X 250mm和Φ 18 X 250mm最大尺寸受后期鏇鍛設備 的限制，本申請的方法中一般澆鑄為Φ 16X250mm的合金鑄錠。本發(fā)明航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法中對絲材進一步加工的掌 握原則是道次加工率控制在10 20%，兩次退火間的總加工率不超過80%，直至成品。隨總加工量的增加，道次加工率相應應增大。經(jīng)本發(fā)明的方法制備的AuNix合金絲，其翹距滿足使用要求，且同時能保證AuNix 合金絲達到或超過國家制定的綜合力學性能標準，但矯直的方法更加簡化可靠，設備投資 降幅巨大，且易操作。下面結(jié)合幾個具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
實施例1 采用下述的制備方法制備金基電接觸材料，其組分及質(zhì)量百分比分別為Au: 91% ；Ni :9%。嚴格控制其雜質(zhì)量小于0.02%，精煉為金鎳合金，方法步驟如下制備方法如下a)按不超配比范圍89. 5-92. 5% Au，7. 5-10. 5% Ni，雜質(zhì)不大于0. 02%計算、稱
重備高純金、鎳材料；b)將金、鎳放入不同的氧化鋁坩堝，然后將坩堝放入真空中頻感應爐內(nèi)；c)抽真空4 6Pa ；升溫，控制升溫速度8 12°C /分鐘；d)控制真空中頻感應爐內(nèi)溫度，使合金熔化；e)保溫20士5min，向爐內(nèi)通氬氣，靜置一分鐘，澆鑄合金，冷卻30min后出爐使其 更加均勻上述方法對改善鎳偏析有一定的意義，且鑄錠的晶粒細小、均勻，加工性能好，可 為后續(xù)的拉絲及矯直順利進行奠定基礎。實施例2 采用實施例1所述的方法制備金基電接觸材料，其組分及質(zhì)量百分比為Au 92%, Ni 8% (簡稱 Au92Ni8)。實施例3 將實施例1得到的各項技術指標均符合標準尺寸Φ 16 X 250mm的合金鑄錠進行拉 拔加工，其中間退火工藝采用真空退火工藝，溫度為680士 10°C，保溫4小時。成品前采用管 狀爐中用水封或氫氣保護下連續(xù)退火，退火溫度750士 10°C，保溫時間2小時，絲材行進的 線速度控制在300mm/min上下。將退火后的合金絲用酸性清洗液通過浸泡法、攪拌法進行 清洗，去除加工過程中造成的污染，使釬焊材料表面清潔、光亮，未見氧化現(xiàn)象，同時各項力 學性能均符合指標。拉至Φ0. 3的絲材。上述制得的絲材抗拉強度為920MPa、顯微維氏硬 度為271。實施例4 利用實施例3所制備的Au92Ni8合金制備成絲材后，進行矯直處理，方法如下將實施例3得到的各項技術指標均符合標準的Au92M8合金制備成絲材上軸，調(diào) 整矯直機電壓大小與脈沖的頻率，使面板工作的轉(zhuǎn)速在45轉(zhuǎn)/min，同時根據(jù)絲材的狀態(tài)， 改變細絲相對的角度，保持50°左右，將切刀與觸電屏的距離調(diào)整為30mm，出成品絲尺寸 Φ 3. 5 X 30mm,應用到高精密導電滑環(huán)上，運行正常，符合標準。
權(quán)利要求
1.一種航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法，其中，該航天器用金基電接觸 材料的化學成分及其質(zhì)量百分比是89. 5-92. 5% Au, 7. 5-10. 5% Ni ；其特征在于熱處理及 矯直方法步驟如下1)首先將按前述配比范圍計算、稱重備高純金、鎳材料并按常規(guī)方法熔化，澆鑄為合金 鑄錠，待鑄錠溫度低于200°C后出爐；2)將符合標準的合金鑄錠進一步加工為絲材，反復進行道次加工，其間對合金鑄錠的 退火工藝采用真空退火去應力，溫度為680士 10°C，保溫4小時，直至得到的絲材可以準備 進入成品絲材前的最后一次道次加工；3)進行成品絲材前的最后一次道次加工，退火工藝采用管狀爐中用水封或氫氣保護下 連續(xù)退火，退火溫度750士 10°C，加工為成品絲材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法，其特征在 于所述的道次加工率控制在10 20%，兩次退火間的總加工率不超過80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法，其特征在 于隨總加工量的增加，道次加工率相應增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法，其特征在于 將其加工的金基電接觸材料絲材進一步矯直1)首先選取專用矯直設備，該專用矯直設備由前至后依次由放絲單元、定位單元、旋轉(zhuǎn) 矯直裝置、牽引導輪裝置、切斷裝置和擋板組合構(gòu)成，其中旋轉(zhuǎn)矯直裝置和牽引導輪裝置分 別由電機驅(qū)動，調(diào)節(jié)擋板與切斷裝置的切刀之間的距離，使之符合切割的金基絲材長度要 求；2)將纏繞有權(quán)利要求1制得的金基電接觸材料的絲材的放絲機上軸，并初始放絲穿 線，經(jīng)定位單元、旋轉(zhuǎn)矯直裝置和牽引導輪直至拉入切斷裝置中；3)啟動設備，金基電接觸材料細絲由定位準軸進入旋轉(zhuǎn)矯直面板，調(diào)整矯直機電壓大 小與脈沖的頻率，使面板工作的轉(zhuǎn)速在50 500士5轉(zhuǎn)/min，保持細絲相對的角度α在 35 105°之間，絲材通過矯直工件后，在牽引導輪的帶動下，進入切斷裝置中并延伸行 進，當絲材觸碰擋板時形成回路，將其切割成符合長度要求的金基絲材段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法，其特征在 于旋轉(zhuǎn)矯直面板翻轉(zhuǎn)的速度越快，α的角度越大；反之，旋轉(zhuǎn)矯直面板翻轉(zhuǎn)的速度越慢， α的角度越小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法，其特征在 于所述航天器用金基電接觸材料的化學成分及其質(zhì)量百分比是90% 士0. 5% Au, 10% 士0. 5% Ni。
7.一種用于航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法的設備，包括有放絲單元、 定位單元、矯直裝置和牽引裝置，矯直裝置的后端設置牽引裝置，放絲單元放出的絲材經(jīng)牽 引裝置的導引經(jīng)由定位單元輸出進入矯直裝置；其特征在于所述的矯直裝置由旋轉(zhuǎn)矯直 面板及位于其上的一組中部帶有定位孔的定位柱構(gòu)成，該組定位柱沿中心軸左右交叉設 置，使得經(jīng)由各定位孔穿過的絲材呈曲線路徑；其還包括一切斷裝置，設置在牽引裝置的后方；一金屬材質(zhì)的擋板，設置在距切斷裝置后方定距離處；所述的矯直裝置的翻轉(zhuǎn)和牽引裝置的前牽分別由電機驅(qū)動，所述金屬材質(zhì)的擋板被設 計為控制回路的觸合點，當絲材碰觸擋板后，形成回路，控制電路輸出控制信號啟動切斷裝 置完成切斷動作。
全文摘要
一種航天器用金基電接觸材料的熱處理及矯直方法，是將該材料的合金鑄錠先反復道次加工，其間采用真空退火去應力，溫度為680±10℃，保溫4小時；再進行成品前的最后一次道次加工，退火工藝采用管狀爐中用水封或氫氣保護下連續(xù)退火，退火溫度750±10℃，加工為成品絲材。再進一步用專用矯直設備矯直先將前制得的金基電接觸材料絲材接入該專用矯直設備中，啟動設備，細絲由定位準軸進入旋轉(zhuǎn)矯直面板，調(diào)整矯直機電壓大小與脈沖的頻率，使面板工作轉(zhuǎn)速在50～500±5轉(zhuǎn)/min，保持細絲相對的角度α在35～105°，絲材通過矯直工件后，在牽引導輪的帶動下，進入切斷裝置前行至觸碰擋板時形成回路，切斷裝置的切刀動作，將其切割成符合長度要求的金基絲材段。
文檔編號C22F1/14GK102108478SQ20091024436
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者胡鐵牛, 董寶全 申請人:北京有色金屬與稀土應用研究所