一種電觸頭材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電觸頭材料及其制備方法，尤其設(shè)及一種石墨締增強(qiáng)銅基電觸頭 復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 真空觸頭材料是影響真空開關(guān)開斷性能的重要因素，要求觸頭材料具有高導(dǎo)電 率、高導(dǎo)熱系數(shù)、高的機(jī)械強(qiáng)度及低的接觸電阻。真空開關(guān)不需檢修，觸頭需要最少耐受8-12次，多則30-50次的開合額定短路電流對(duì)觸頭的燒損，因此觸頭材料應(yīng)具有良好的耐弧 性、抗烙焊性。目前常用的銅祕(mì)合金具有良好的抗烙焊性、較低的載流值，一定的開斷能力， 但強(qiáng)度較低，電弧侵蝕大，降低了觸頭材料的壽命。
[0003] 現(xiàn)有(公開號(hào)105063413A)，公開了 "一種銅基電觸頭材料及其制備工藝"，銅基觸 頭材料包含W下重量百分比成份：0.2-0.6 %的儀、0.05-0.3 %的錬、0.05-0.4%的祕(mì)、 0.05-0.3%的錫、0.05-0.3%的銘、0.005-0.05%棚、0.02-0.1 %銅W及0.2-0.5%石墨和 余量的銅。通過加入適量的棚、錫、錬粉末，提高電觸頭制成品的強(qiáng)度和耐磨性，但一定程度 上降低了材料導(dǎo)電性。
[0004] 現(xiàn)有專利文獻(xiàn)(公開號(hào)102385938A)，公開了一種金屬基石墨締復(fù)合電接觸材料 及其制備方法，電接觸材料包含0.02-10wt%的石墨締，其余為金屬基體材料。由于石墨締增 強(qiáng)相的加入，使該復(fù)合電接觸材料具有比其他增強(qiáng)相復(fù)合電接觸材料更好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性 能和更高的硬度和耐磨性。石墨締與金屬基體的潤濕性不好，電觸頭材料性能具有進(jìn)一步 提升的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明目的在于提供一種電觸頭材料，通過在銅合金材料中加入鍛銅石墨締增強(qiáng) 體，在不降低其導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性的同時(shí)，提高現(xiàn)有銅合金的硬度、耐磨性和耐電弧侵蝕。
[0006] 此外本發(fā)明還提供了上述電觸頭材料的制備方法。
[0007] 本發(fā)明為解決上述問題提出的技術(shù)方案： 一種電觸頭材料，其特征在于，包括重量為0.1-3. Owt. %鍛銅石墨締和97.0-99.9wt. % 銅合金，銅合金的重量成分為0.15-0.5wt. %的祕(mì)、0.1-3. Owt. %的金屬X、余量為銅，X選自 鋒、錫、侶、儀和銀中一種或幾種。
[000引優(yōu)選地，石墨締為N層，N為1-10。
[0009] 上述電觸頭材料的制備方法，其特征在于包括W下步驟： (1)采用直流磁控瓣射法將金屬銅沉積在石墨締表面，制成鍛銅石墨締。直流磁控瓣射 沉積設(shè)備的工藝參數(shù)為：真空度達(dá)到0.1*1〇-3-1. 〇*l〇-3Pa時(shí)，通入高純氣氣，真空室氣壓 0.5-1.2Pa，瓣射功率 100-150W，沉積時(shí)間為 5-30min，優(yōu)選 10-30min。
[0010] (2)將銅合金在中頻爐烙煉。
[0011] (3)鍛銅石墨締加入銅合金烙體，制成復(fù)合材料。
[0012] (4)復(fù)合材料去應(yīng)力退火，溫度為200°c-350°c。
[001引巧)退火后，塑性力旺成型，制成石墨締增強(qiáng)銅基的電觸頭材料。
[0014] 本發(fā)明的有益成果是： (1)運(yùn)種電觸頭材料，在銅合金中添加石墨締增強(qiáng)體作為骨架，具有高硬度、高耐磨性、 抗機(jī)械沖擊性能與抗電弧燒蝕性能，避免了銅合金導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性的降低。此外，鍛銅石墨 締改善了石墨締與金屬間的界面結(jié)合力，獲得良好界面結(jié)合，解決了石墨締與基體間界面 潤濕的問題。
[0015] (2)電觸頭的制備方法，采用直流磁控瓣射法在石墨締表面沉積銅，形成的結(jié)構(gòu)， 減少石墨締作為納米顆粒在混粉過程中的團(tuán)聚。銅可作為銅基體的合金化元素，提高銅合 金的耐腐蝕能力和抗烙焊性。此外，普通鑄造工藝生產(chǎn)，鍛銅石墨締 W中間合金形式加入， 工藝簡(jiǎn)單，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 實(shí)施例1 (1)采用直流磁控瓣射法在石墨締(層數(shù)1-5層)表面沉積金屬銅制備成鍛銅石墨締。 99.9%的銅祀材安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行研磨去除表面氧化膜，再用丙酬清洗，烘干。直流磁 控瓣射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)瓣射，去除祀材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì)，保證后續(xù)石墨締 表面沉積銅膜的純度。瓣射參數(shù)如下:真空度達(dá)到0.3*10- 3化時(shí)，通入高純氣氣，真空室氣壓 0.8Pa，瓣射功率120W，沉積時(shí)間為15min。
[0017] (2)將重量比0.2%祕(mì)、1.0%鋒、98.8%銅的合金加入中頻爐烙煉。
[0018] (3)將0 . Iwt. %鍛銅石墨締加入銅-0.2%祕(mì)-1.0%鋒的合金烙體中，充分?jǐn)埌?，制?出石墨締增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。
[0019] (4)石墨締增強(qiáng)銅復(fù)合材料350°C下去應(yīng)力退火。
[0020] 巧)社制，變形率90%，制成石墨締增強(qiáng)銅基的電觸頭材料。
[0021] 實(shí)施例2 0.. %鍛銅石墨締加入到銅-0.15祕(mì)-3.0鋒合金烙體中，其他參數(shù)同實(shí)例1，制成石墨 締增強(qiáng)銅基的電觸頭材料。
[0022] 實(shí)施例3 0.5wt.%鍛銅石墨締加入到銅-0.5祕(mì)-0.1鋒合金烙體中，其他參數(shù)同實(shí)例1，制成石墨 締增強(qiáng)銅基的電觸頭材料。
[0023] 實(shí)施例4 (1)采用直流磁控瓣射法在石墨締(層數(shù)1-10層)表面沉積金屬銅制備成鍛銅石墨締. 祀材安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨去除表面氧化膜，再用丙酬清洗，烘干，直流磁控瓣射沉積 前進(jìn)行5分鐘預(yù)瓣射，去除祀材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì)，保證后續(xù)石墨締表面沉積銅 膜的純度。瓣射參數(shù)如下:真空度達(dá)到〇.1*10- 3化時(shí)，通入高純氣氣，真空室氣壓1.2Pa，瓣射 功率140W，沉積時(shí)間為1 Omin。
[0024] (2)將重量比0.2%祕(mì)、1.0%儀、98.8%銅的合金加入中頻爐烙煉。
[0025] (3)將0.5wt. %鍛銅石墨締加入銅合金烙體中，充分?jǐn)埌瑁苽涑鍪喸鰪?qiáng)銅基 復(fù)合材料。
[0026] (4)石墨締增強(qiáng)銅復(fù)合材料200°C下去應(yīng)力退火。
[0027] 巧)拉拔，變形率90%，制成石墨締增強(qiáng)銅基的電觸頭材料。
[002引 實(shí)施例5 將3. Owt. %鍛銅石墨締加入銅-0.2%祕(mì)-1.0%鋒合金烙體中，其他參數(shù)同實(shí)例4，制成石 墨締增強(qiáng)銅基的電觸頭材料。
[0029] 對(duì)比例1 石墨締與銅按重量比0.2:99.8，將石墨締加入銅烙體烙煉，其他參數(shù)同實(shí)例1，制成石 墨締增強(qiáng)銅基的電觸頭材料。
[0030] 對(duì)比例2 將銅-0.2%祕(mì)-3.0%侶烙煉，其它參數(shù)同實(shí)施例4，制成銅基電觸頭材料。
[0031] 制成的復(fù)合材料各項(xiàng)參數(shù)如下表：
加入鍛銅石墨締制成石墨締增強(qiáng)銅基電觸頭材料，與對(duì)比例2中未加入石墨締的銅合 金制成的電觸頭材料相比，電導(dǎo)率、硬度都明顯提高，硬度可提高60%W上，電導(dǎo)率也顯著提 高。與對(duì)比例1中加入石墨締的銅合金制成的電觸頭材料相比，電導(dǎo)率、硬度也都明顯提高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電觸頭材料，其特征在于，包括重量為ο . 1-3 . Owt. %鍍銅石墨烯和97.0-99 · 9wt · %銅合金，銅合金的重量成分為0 · 15-0 · 5wt · %的鉍、0 · 1-3 · Owt · %的金屬X、余量為 銅，X選自鋅、錫、鋁、鎳和銀中一種或幾種。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電觸頭材料，其特征在于，石墨烯為N層，N為1-10。3. -種權(quán)利要求1所述電觸頭材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1)采用直流磁控濺射法將金屬銅沉積在石墨烯表面，制成鍍銅石墨烯； (2 )將銅合金在中頻爐熔煉； (3) 鍍銅石墨稀加入銅合金恪體，制成復(fù)合材料； (4) 復(fù)合材料去應(yīng)力退火； (5) 退火后，塑性加工成型，制成石墨烯增強(qiáng)銅基的電觸頭材料。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電觸頭材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)中直 流磁控濺射沉積設(shè)備的工藝參數(shù)為:真空度達(dá)到0.1*1(T 3-1. 〇*l(T3Pa時(shí)，通入高純氬氣，真 空室氣壓0.5-1.2?3，濺射功率100-1501，沉積時(shí)間為5-30111丨11，優(yōu)選10-3011^11。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電觸頭材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，去 應(yīng)力退火溫度為200°C_350°C。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電觸頭材料，尤其涉及一種石墨烯增強(qiáng)銅基電觸頭材料，以及這種材料的制備方法。電觸頭材料由重量為0.1-3.0wt.%鍍銅石墨烯和97.0-99.9wt.%銅合金組成。其制備方法為：石墨烯鍍銅、熔煉、去應(yīng)力退火、加工成型。本發(fā)明的電觸頭材料，在銅合金中添加鍍銅石墨烯作為骨架，使材料具有高硬度、抗機(jī)械沖擊性能與抗電弧燒蝕性能的同時(shí)，避免了導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性的降低。鍍銅石墨烯以中間合金形式加入，工藝簡(jiǎn)單，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C22C9/02, C22F1/08, C22C9/04, C22C1/10, C22C9/00, H01H1/025, C22C9/06, C22C9/01
【公開號(hào)】CN105525131
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510983328
【發(fā)明人】冷金鳳, 周慶波
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年12月24日