專利名稱:銅基粉末合金電觸頭材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明提出一種低成本優(yōu)性能的銅基粉沫合金電觸頭材料。
目前常規(guī)電觸頭一直延用銀基合金材料,近年來,為減少銀金屬的消耗,人們不斷尋求以銅代銀的技術(shù)途經(jīng)。眾所周知,銅金屬表面易生成氧化銅,對于抗氧化性能好的銅合金(例如銅鎘合金等),其外表面仍然不可避免生成氧化膜,特別是在電接觸界面更易產(chǎn)生氧化,使其接觸電阻越來越大并產(chǎn)生過高的導(dǎo)電溫升,因而不可用于電觸頭材料。既使在銅合金中再添加某些抗氧化改性元素(例如石墨碳元素)也不能消除界面氧化膜的產(chǎn)生。目前已有的銅石墨合金電觸頭,因存在電接觸的氧化障礙,只能用于弱電流控制電路中,而不能廣泛地推廣使用。由此看來,力圖以靜態(tài)改性方式完全消除界面氧化膜的設(shè)想是一種不可行的技術(shù)路線。
本發(fā)明的目的在于提出一種動態(tài)改性方式,采取主動攻克電接觸界面導(dǎo)電障礙的技術(shù)路線,在合金體中混入適量改性媒質(zhì),利用電接觸瞬間的自身能量,改變電接觸界面的導(dǎo)電機制,從而大幅度降刪電阻,改善電接觸性能,使已知的常規(guī)銅合金轉(zhuǎn)變成具有優(yōu)良電接觸性能的電觸頭材料。
上述改性媒質(zhì),系采用高熔點、高硬度的晶體微粒研磨粉。例如碳化硼(B4C)微粉、金剛石(C)微粉和碳化硅(SiC)微粉等。
在常規(guī)銅合金中混入上述改性媒質(zhì)的作用機理說明如下適量混入改性媒質(zhì)的銅合金材料,其物理性能和電性能均發(fā)生了質(zhì)的變化,由于摻入的改性媒質(zhì)系高熔點、高硬度晶體微粒,它不僅改善了合金表面硬度和耐電弧燒損能力,更關(guān)鍵的是改變了電接觸界面的導(dǎo)電機制,硬質(zhì)微粒均勻分布于合金表面,當(dāng)電觸頭的動靜界面相互接觸時,由于機械壓力的存在,使得分布于界面上的硬質(zhì)晶體微粒相互刺穿對應(yīng)界面上的金屬氧化膜,從而破壞了電絕緣障礙,使得電流順暢地通過,因為硬質(zhì)微粒相互交錯刺入對應(yīng)接觸面,使得電接觸界面呈現(xiàn)凸凹吻合的曲面接觸,變常規(guī)電觸頭平面點接觸形式為曲面吻合點接觸形式,相對增大了電流導(dǎo)通截面,有效地降低了接觸電阻。另外合金元素(例如鎘元素等)在電接觸瞬間具有抗熔焊、抑制表面氧化和還原氧化銅等作用,另外做為碳化物的改性媒質(zhì),在被電弧高溫分解燃燒的瞬間也產(chǎn)生還原氧化銅的作用,基于上述的互補改性條件,使得含有改性媒質(zhì)的銅合金成為綜合性能優(yōu)良的電觸頭材料。
關(guān)于改性媒質(zhì)的合理選擇說明如下就電接觸界面改性機理的本質(zhì)而言,凡具有高熔點、高硬度的晶體微粒材料,原則上都可充當(dāng)改性媒質(zhì)。本專利提出如下三種微粉磨料做為代表性改性媒質(zhì)材料1.碳化硼(B4C)微粉材質(zhì)硬度大,混合分散性好,耐分解溫度高,價格便宜,電接觸改性作用好,被電弧高溫分解時產(chǎn)生硼吸氧劑可強制接觸面的氧化銅脫氧還原,清除導(dǎo)電障礙,進一步降低接觸電阻及溫升,因此碳化硼可做為銅基合金改性媒質(zhì)的首選主體材料。
2.金剛石(C)微粉,材質(zhì)硬度和耐分解溫度最高,電接觸改性作用良好,缺點是混合分散性差,易產(chǎn)生聚積現(xiàn)象,被電弧高溫分解燃燒時只產(chǎn)生一氧化碳或二氧化碳,不產(chǎn)生強吸氧劑,因而對界面氧化銅的還原作用不如碳化硼,且價格昂貴,是碳化硼微粉的幾十倍,因此一般可不添加,或僅微量添加,用于改性媒質(zhì)的抗燒損補強。
3.碳化硅(SiC)微粉,材質(zhì)硬度和耐分解溫度稍低于碳化硼,價格便宜,電接觸改性作用稍次于碳化硼,缺點是被電弧高溫分解時析出硅元素影響電接觸性能,因此不做為推薦的改性媒質(zhì)材料,只特別指明為碳化硼的可替代材料。
關(guān)于銅基粉沫合金電觸頭材料的制造方法簡要描述如下通過稱量配粉→密封混拌→壓制成型→無氧燒結(jié)→精壓整形→二次燒結(jié)等工藝過程,制成電觸頭的原料型材或觸頭制品。原料型材為一次產(chǎn)品,可供應(yīng)專業(yè)生產(chǎn)線或生產(chǎn)廠再加工通過熱壓擠出→切斷成型→沖壓精整等工藝流程,制成各類不同型號規(guī)格的電觸頭制品。
關(guān)于材料組分配比實施例及有關(guān)說明如下基本組分含量(重量%)為碳化硼0.3-4.0%,金剛石0-0.4%,余量為已知的銅鎘合金。材料基本性能①密度8.4(g/cm3);②硬度40-60(HB);③體電阻率2.40(μΩ·cm)。
關(guān)于碳化硼微粉系首選性階比最佳的改性媒質(zhì)。但也可用化學(xué)性質(zhì)類似的碳化硅微粉代換,其改性作用不如碳化硼,特別指明可代換材料的目的在于防止發(fā)生人為故意性侵權(quán)。
關(guān)于金剛石微粉除硬度和抗分解溫度略高于碳化硼外,其綜合改性作用次于碳化硼微粉,且價格昂貴,一般不需添加,或只少量添加做為改性媒質(zhì)的抗燒損補強。
關(guān)于已知的銅鎘合金(典型含鎘量1%)做為本專利推薦使用的基本組分。就理論而言,可用其它任何具有良導(dǎo)電性的二元或多元銅合金代換,例如①銅鎘銀合金,②銅氧化鎘合金,③銅錫合金,④銅鋅合金,⑤銅石墨合金等。實驗證明使用①項加銀銅合金電性能更優(yōu),使用②項銅氧化鎘合金電性能相當(dāng),使用③-⑤項銅合金時電性能稍差。如上特別指明,其目的在于防止故意性專利侵權(quán)發(fā)生。
用該種銅合金制成的電觸頭,與現(xiàn)行的銅石墨合金電觸頭相比較,由于電接觸界面的導(dǎo)電機理截然不同,接觸電阻及導(dǎo)電溫升、滅弧能力及耐燒損性能差別很大,銅石墨合金電觸頭僅能用于弱電流小負(fù)載的控制開關(guān)中,而本專利提出的銅基合金電觸頭則不僅通用于小負(fù)載控制開關(guān),而且可用于大電流重負(fù)載的功率開關(guān),材料成本僅比現(xiàn)行的銅石墨合金電觸頭略高,與綜合性能相當(dāng)?shù)你y合金電觸頭相比,材料成本降低十余倍,顯然,該專利的技術(shù)經(jīng)濟價值相當(dāng)可觀。
該種銅基合金電觸頭可廣泛適用于各類交直流接觸器、繼電器和空氣開關(guān)等低壓電器中,其實測電接觸溫升與銀合金電觸頭相當(dāng),抗熔焊性能、滅弧指標(biāo)、抗電弧燒蝕能力及工作壽命均優(yōu)于銀合金電觸頭,是銀合金電觸頭的廉價替代品。
權(quán)利要求
1.一種銅基粉沫合金電觸頭材料,其特征在于基本組分含量(重量%)為碳化硼微粉(B4C)0.2-4%、金剛石微粉(C)0-0.4%,余量為已知的銅鎘合金。
2.如權(quán)利要求1所述的電觸頭材料,其特征在于其中的碳化硼組分可用等量碳化硅代換。
3.如權(quán)利要求1所述的電觸頭材料,其特征在于其中的已知銅鎘合金組分原則上可用其它任何具有良導(dǎo)電性的二元或多元銅合金代換。
全文摘要
本發(fā)明提出一種銅基粉末合金電觸頭材料,其技術(shù)特征是在銅合金中混入適量高熔點、高硬度晶體微粉,從而改變了電接觸界面的導(dǎo)電機制。用該材料制成的電工觸頭,可廣泛用于各類交直流接觸器、繼電器和空氣開關(guān)等低壓電器中。其實測電接觸溫升與銀合金電觸頭相當(dāng),抗熔焊性能、滅弧指標(biāo)、抗電弧燒損能力及電壽命均優(yōu)于銀合金電觸頭,是銀合金電觸頭的廉價替代品。
文檔編號C22C1/05GK1159485SQ96115149
公開日1997年9月17日 申請日期1996年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月12日
發(fā)明者潘東林, 闞瑞清, 闞潔清 申請人:闞潔清, 闞瑞清