本發(fā)明屬于電導(dǎo)材料技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種復(fù)合材料，具體涉及一種銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

電接觸材料(包括銀基電接觸材料、銅基電接觸材料)是電工合金的關(guān)鍵

功能材料，用于高低壓開關(guān)觸頭、發(fā)電機(jī)的集電環(huán)、繼電器的觸頭等，其性能直接影響到發(fā)電裝備和輸變電裝備的技術(shù)水平。銀基電觸頭普遍應(yīng)用于各種低壓電器，是低壓電器的核心元件，廣泛用于配電系統(tǒng)、家電、交通和控制機(jī)械設(shè)備中。

在電氣、電子領(lǐng)域，電接觸材料主要用作電觸點(diǎn)、導(dǎo)電刷、集電環(huán)、換向片、整流片和接插件等，是電通斷環(huán)節(jié)中重要的功能性元件。采用電接觸元件的電機(jī)、電氣開關(guān)、繼電器、接插件等作為基礎(chǔ)件在信息工程、家用電子電器、汽車工程等領(lǐng)域大量使用。這些電接觸元件的性能直接影響所應(yīng)用產(chǎn)品及整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、精度及使用壽命。同時(shí)，隨著各類產(chǎn)品向高精度和微型化發(fā)展，對(duì)電接觸元件的性能提出了更高的要求：具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、小而穩(wěn)定的接觸電阻、高的化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性和抗電弧燒損能力。電接觸元件必須在電阻率、接觸電阻、密度、硬度、化學(xué)成分、抗熔焊性、抗腐蝕性、可焊性等方面可靠地滿足應(yīng)用的要求。Ag/Cu－MoS2－石墨是典型的電接觸材料，它依靠Ag、Cu來改善材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力，依靠石墨、MoS₂在摩擦過程中表面形成一層固體潤滑膜，來提高材料的耐磨性。雖然石墨的導(dǎo)電性好，但是其只是在大氣中和有水分存在的情況下才具有好的摩檫學(xué)性能；MoS₂雖然具有很低的摩擦系數(shù)，但是其導(dǎo)電性能差。銀鉻基含過渡族金屬硒化物(MSe₂，M指Ti，Nb，Ta等)電接觸復(fù)合材料具有好的摩檫學(xué)性能和電導(dǎo)率，但材料的機(jī)械性能略差，因此添加Cr、SiC和Cr₂Nb等硬相可以改善銀鉻基電接觸材料的機(jī)械性能。

此外，沒有相關(guān)報(bào)道銀鉻基含鉻和銀包覆二硒化鈮的電接觸復(fù)合材料，銀包覆二硒化鈮作為固體潤滑劑，鉻作為強(qiáng)化相。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種新型銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料，適用于不同環(huán)境下的高電導(dǎo)率的銀鉻基固體自潤滑復(fù)合材料。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料，包括銀的質(zhì)量百分比為50-70％，鉻的質(zhì)量百分比為5-30％，二硒化鈮的質(zhì)量百分比為10-30％。

上述的一種銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

S1、將納米二硒化鈮NbSe₂粉末添加到一定濃度的硝酸銀AgNO₃溶液中超聲分散一定時(shí)間后，放入到烘箱烘干；將烘干的粉末置入Al₂O₃燒舟中，放入通有還原氣體的高溫?cái)U(kuò)散爐中加熱保溫一定時(shí)間后，制得銀包覆納米二硒化鈮；

S2、將銀粉、鉻粉、步驟S1制得的銀包覆納米二硒化鈮按質(zhì)量百分比配比制得混合材料；

S3、將上述混合材料和不銹鋼磨球按質(zhì)量比配比，密封放入行星球磨混料機(jī)的不銹鋼球磨罐內(nèi)；將不銹鋼球磨罐抽真空，充入惰性氣體，球磨制得混合粉末；

S4、將步驟S3中混合粉末放入模具中，壓制成型得復(fù)合材料壓胚；

S5、將步驟S4中的復(fù)合材料壓胚放入管式爐中，充入惰性氣體，高溫?zé)Y(jié)后隨爐冷卻；

S6、將步驟S5中的壓胚復(fù)合材料取出在壓力機(jī)上進(jìn)行復(fù)壓；

S7、將步驟S6中的復(fù)合材料再次放入到管式爐中，重復(fù)步驟S5，制得電接觸自潤滑復(fù)合材料。

上述步驟S1中，AgNO₃溶液濃度為0.4mol/L，所述的超聲分散時(shí)間為1小時(shí)，所述的還原氣體為H₂，所述的加熱保溫溫度為200℃，保溫時(shí)間為1小時(shí)。

上述步驟S1中，所述納米二硒化鈮純度大于99％，粒徑小于1.5um，厚度小于200nm。

上述步驟S2中，銀粉的純度大于99.9％，粒徑為1-75um，所述鉻粉的純度大于99.9％，粒徑為1-75um。

上述步驟S2中，銀粉的質(zhì)量百分比為50-70％，鉻粉的質(zhì)量百分比為5-30％，步驟(1)中納米二硒化鈮粉末的質(zhì)量百分比為10-30％。

上述步驟S3中，混合材料和不銹鋼磨球的質(zhì)量比配比為1:10，所述惰性氣體為氬氣，所述球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，正反轉(zhuǎn)交替球磨，球磨時(shí)間為16h，每次球磨30min，球磨機(jī)停止工作10min，交替進(jìn)行。

上述步驟S4中的復(fù)合材料壓胚為圓柱形，直徑為22mm，厚度為4mm。

上述步驟S4、S6中壓力為400MPa-600Mpa，時(shí)間為5-15min。

上述步驟S5、S7中燒結(jié)溫度為600℃-700℃，保溫時(shí)間為1h。

上述的一種新型銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域包括交通運(yùn)輸、冶金、造船、機(jī)械、電力、航空等。

本發(fā)明的有益之處在于：

本發(fā)明提供了一種新型銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料，適用于高溫、低溫、真空、腐蝕等環(huán)境惡劣場(chǎng)合，銀包覆的二硒化鈮作為固體潤滑劑改善了電接觸材料的摩擦學(xué)性能，降低了摩擦系數(shù)和磨損率，鉻提高了銀鉻基電接觸材料的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，Ag包覆的NbSe₂改善了金屬基體Ag與NbSe₂之間界面的相容性，在高溫?zé)Y(jié)過程中會(huì)有少量的Cr插入到NbSe₂層間的Se-Se鏈接成為Se-Cr-Se鏈接，從而提高導(dǎo)電性能，因此本發(fā)明所述的一種新型銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能、摩檫學(xué)性能和電學(xué)性能。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境無污染，可操作性強(qiáng)，成品作為電接觸材料廣泛應(yīng)用交通運(yùn)輸、冶金、造船、機(jī)械、電力、航空等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種新型銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料的實(shí)施案例3的電鏡圖片。

圖2為本發(fā)明的一種新型銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料的實(shí)施案例在不同負(fù)載下的摩擦系數(shù)圖。

圖3為本發(fā)明的一種新型銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料的實(shí)施案例在400℃時(shí)的摩擦系數(shù)圖。

圖4為本發(fā)明的一種新型銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料的實(shí)施案例的電阻率圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

實(shí)施例1

一種銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料，包括銀的質(zhì)量百分比為55％，鉻的質(zhì)量百分比為15％，二硒化鈮的質(zhì)量百分比為30％。其制備方法，包括如下步驟：

S1、將納米二硒化鈮(NbSe₂)粉末添加到0.4mol/L的硝酸銀(AgNO₃)溶液中超聲分散1h，放入到烘箱烘干；將烘干的粉末置入Al₂O₃燒舟中，放入通有H2的高溫?cái)U(kuò)散爐中加熱到200℃保溫1h，制得銀包覆納米二硒化鈮；

S2、將銀粉、鉻粉、步驟S1制得的銀包覆納米二硒化鈮按質(zhì)量百分比配比制得混合材料；

S3、將上述混合材料和不銹鋼磨球按質(zhì)量比1:10配比，密封放入行星球磨混料機(jī)的不銹鋼球磨罐內(nèi)；將不銹鋼球磨罐抽真空，充入氬氣，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，正反轉(zhuǎn)交替球磨，球磨時(shí)間為16h，每次球磨30min，球磨機(jī)停止工作10min，交替進(jìn)行，制得混合粉末；

S4、將步驟S3中混合粉末放入模具中，600Mpa，15min壓制成型得復(fù)合材料壓胚；

S5、將步驟S4中的復(fù)合材料壓胚放入管式爐中，充入惰性氣體，600℃高溫?zé)Y(jié)1h后隨爐冷卻；

S6、將步驟S5中的壓胚復(fù)合材料取出在壓力機(jī)上進(jìn)行復(fù)壓，600Mpa壓制15min；

S7、將步驟S6中的復(fù)合材料再次放入到管式爐中，重復(fù)步驟S5，制得電接觸自潤滑復(fù)合材料。

實(shí)施例2

一種銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料，包括銀的質(zhì)量百分比為60％，鉻的質(zhì)量百分比為15％，二硒化鈮的質(zhì)量百分比為25％。其制備方法，包括如下步驟：

S1、將納米二硒化鈮(NbSe₂)粉末添加到0.4mol/L的硝酸銀(AgNO₃)溶液中超聲分散1h，放入到烘箱烘干；將烘干的粉末置入Al₂O₃燒舟中，放入通有H2的高溫?cái)U(kuò)散爐中加熱到200℃保溫1h，制得銀包覆納米二硒化鈮；

S2、將銀粉、鉻粉、步驟S1制得的銀包覆納米二硒化鈮按質(zhì)量百分比配比制得混合材料；

S3、將上述混合材料和不銹鋼磨球按質(zhì)量比1:10配比，密封放入行星球磨混料機(jī)的不銹鋼球磨罐內(nèi)；將不銹鋼球磨罐抽真空，充入氬氣，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，正反轉(zhuǎn)交替球磨，球磨時(shí)間為16h，每次球磨30min，球磨機(jī)停止工作10min，交替進(jìn)行，制得混合粉末；

S4、將步驟S3中混合粉末放入模具中，700Mpa，15min壓制成型得復(fù)合材料壓胚；

S5、將步驟S4中的復(fù)合材料壓胚放入管式爐中，充入惰性氣體，600℃高溫?zé)Y(jié)1h后隨爐冷卻；

S6、將步驟S5中的壓胚復(fù)合材料取出在壓力機(jī)上進(jìn)行復(fù)壓，700Mpa壓制15min；

S7、將步驟S6中的復(fù)合材料再次放入到管式爐中，重復(fù)步驟S5，制得電接觸自潤滑復(fù)合材料。

實(shí)施例3

一種銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料，包括銀的質(zhì)量百分比為65％，鉻的質(zhì)量百分比為20％，二硒化鈮的質(zhì)量百分比為15％。其制備方法，包括如下步驟：

S1、將納米二硒化鈮(NbSe₂)粉末添加到0.4mol/L的硝酸銀(AgNO₃)溶液中超聲分散1h，放入到烘箱烘干；將烘干的粉末置入Al₂O₃燒舟中，放入通有H2的高溫?cái)U(kuò)散爐中加熱到200℃保溫1h，制得銀包覆納米二硒化鈮；

S2、將銀粉、鉻粉、步驟S1制得的銀包覆納米二硒化鈮按質(zhì)量百分比配比制得混合材料；

S3、將上述混合材料和不銹鋼磨球按質(zhì)量比1:10配比，密封放入行星球磨混料機(jī)的不銹鋼球磨罐內(nèi)；將不銹鋼球磨罐抽真空，充入氬氣，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，正反轉(zhuǎn)交替球磨，球磨時(shí)間為16h，每次球磨30min，球磨機(jī)停止工作10min，交替進(jìn)行，制得混合粉末；

S4、將步驟S3中混合粉末放入模具中，700Mpa，15min壓制成型得復(fù)合材料壓胚；

S5、將步驟S4中的復(fù)合材料壓胚放入管式爐中，充入惰性氣體，600℃高溫?zé)Y(jié)1h后隨爐冷卻；

S6、將步驟S5中的壓胚復(fù)合材料取出在壓力機(jī)上進(jìn)行復(fù)壓，700Mpa壓制15min；

S7、將步驟S6中的復(fù)合材料再次放入到管式爐中，重復(fù)步驟S5，制得電接觸自潤滑復(fù)合材料。

實(shí)施例4

一種銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料，包括銀的質(zhì)量百分比為70％，鉻的質(zhì)量百分比為20％，二硒化鈮的質(zhì)量百分比為10％。其制備方法，包括如下步驟：

S1、將納米二硒化鈮(NbSe₂)粉末添加到0.4mol/L的硝酸銀(AgNO₃)溶液中超聲分散1h，放入到烘箱烘干；將烘干的粉末置入Al₂O₃燒舟中，放入通有H2的高溫?cái)U(kuò)散爐中加熱到200℃保溫1h，制得銀包覆納米二硒化鈮；

S2、將銀粉、鉻粉、步驟S1制得的銀包覆納米二硒化鈮按質(zhì)量百分比配比制得混合材料；

S3、將上述混合材料和不銹鋼磨球按質(zhì)量比1:10配比，密封放入行星球磨混料機(jī)的不銹鋼球磨罐內(nèi)；將不銹鋼球磨罐抽真空，充入氬氣，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，正反轉(zhuǎn)交替球磨，球磨時(shí)間為16h，每次球磨30min，球磨機(jī)停止工作10min，交替進(jìn)行，制得混合粉末；

S4、將步驟S3中混合粉末放入模具中，700Mpa，10min壓制成型得復(fù)合材料壓胚；

S5、將步驟S4中的復(fù)合材料壓胚放入管式爐中，充入惰性氣體，600℃高溫?zé)Y(jié)1h后隨爐冷卻；

S6、將步驟S5中的壓胚復(fù)合材料取出在壓力機(jī)上進(jìn)行復(fù)壓，700Mpa壓制10min；

S7、將步驟S6中的復(fù)合材料再次放入到管式爐中，重復(fù)步驟S5，制得電接觸自潤滑復(fù)合材料。

實(shí)施例5

一種銀鉻基電接觸自潤滑復(fù)合材料，包括銀的質(zhì)量百分比為70％，鉻的質(zhì)量百分比為10％，二硒化鈮的質(zhì)量百分比為20％。其制備方法，包括如下步驟：

S1、將納米二硒化鈮(NbSe₂)粉末添加到0.4mol/L的硝酸銀(AgNO₃)溶液中超聲分散1h，放入到烘箱烘干；將烘干的粉末置入Al₂O₃燒舟中，放入通有H2的高溫?cái)U(kuò)散爐中加熱到200℃保溫1h，制得銀包覆納米二硒化鈮；

S2、將銀粉、鉻粉、步驟S1制得的銀包覆納米二硒化鈮按質(zhì)量百分比配比制得混合材料；

S3、將上述混合材料和不銹鋼磨球按質(zhì)量比1:10配比，密封放入行星球磨混料機(jī)的不銹鋼球磨罐內(nèi)；將不銹鋼球磨罐抽真空，充入氬氣，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，正反轉(zhuǎn)交替球磨，球磨時(shí)間為16h，每次球磨30min，球磨機(jī)停止工作10min，交替進(jìn)行，制得混合粉末；

S4、將步驟S3中混合粉末放入模具中，800Mpa，15min壓制成型得復(fù)合材料壓胚；

S5、將步驟S4中的復(fù)合材料壓胚放入管式爐中，充入惰性氣體，650℃高溫?zé)Y(jié)1h后隨爐冷卻；

S6、將步驟S5中的壓胚復(fù)合材料取出在壓力機(jī)上進(jìn)行復(fù)壓，800Mpa壓制15min；

S7、將步驟S6中的復(fù)合材料再次放入到管式爐中，重復(fù)步驟S5，制得電接觸自潤滑復(fù)合材料。

各實(shí)施例參數(shù)對(duì)比：

性能檢測(cè)結(jié)果

由圖1可見，高亮白色的是銀基體，淡灰色的是Cr，暗灰色的是Ag包覆的NbSe₂，3種材料邊界結(jié)合良好，說明了電接觸復(fù)合材料中均勻分布著潤滑相NbSe₂和強(qiáng)化相Cr。

由圖2可見，實(shí)施例1-5制得的銀鉻基復(fù)合材料在不同負(fù)載下，其摩擦系數(shù)是變化的。當(dāng)負(fù)載低于30N，摩擦系數(shù)變化很小，尤其是實(shí)施例3，當(dāng)負(fù)載高于30N，摩擦系數(shù)突然上升，尤其是實(shí)施例4的摩擦系數(shù)上升幅度非常大，所有的實(shí)施例的摩擦系數(shù)均在0.3以下，其中實(shí)施案例2摩擦學(xué)性能最佳。

由圖3可見，添加了Cr和NbSe₂的電接觸材料，在負(fù)載30N、溫度400℃下的摩擦系數(shù)變化圖，對(duì)比之下其在400℃下的摩擦系數(shù)比常溫下略高，由此可見，該電接觸材料在高溫下有著非常好的摩檫學(xué)性能。

由圖4可見，Cr是導(dǎo)電性能極佳的金屬，且其有較高的硬度，作為強(qiáng)化相提高了材料的機(jī)械性能，實(shí)施案例1-5的電阻率隨著銀包覆的NbSe₂增多而增大，但是增大的幅度較小，原因是NbSe₂相比于銀、鉻這一類的導(dǎo)電材料，其導(dǎo)電性能略差，因此NbSe2的增多使得銀鉻基電接觸材料電阻率變大。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。