專利名稱：銅/稀土氧化物/碳觸頭及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于低壓電器如接觸器、斷路器等的銅基觸頭及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
在低壓電器領(lǐng)域，觸頭常用銀基材料制作，如銀/鎳觸頭材料、銀/氧化物觸頭材料、銀/碳觸頭材料等。但是銀基觸頭生產(chǎn)成本高，加上我國又是一個缺銀大國，因此研究開發(fā)銅基觸頭代替銀基觸頭是一種必然的發(fā)展趨勢。目前，生產(chǎn)的銅基觸頭材料的種類很多，但都有其局限性，主要的缺點在于抗氧化和抗電弧燒損能力弱，因此影響了銅基觸頭的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種銅/稀土氧化物/碳觸頭，其材料用粉末冶金和電鍍沉積的方法生產(chǎn)，其抗氧化能力和抗電弧燒損能力高。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的解決方案是一種銅/稀土氧化物/碳觸頭，其材料的成分配比為(重量百分比)碳0.1～2.0，三氧化二鐿或三氧化二釤0.1～15，合金化金屬0.05～2.0，銅余量。
所述的合金化金屬包括鋯、鋁、鎘、錫和鑭。
所述的碳為金剛石或石墨。
上述銅/稀土氧化物/碳觸頭可以通過下述方法生產(chǎn)。
1、電鍍法生產(chǎn)銅/稀土氧化物/碳觸頭(1)電鍍液的配制稱取所需量氰化鉀溶于溫水中，稱取所需量氰化亞銅在不斷攪拌下緩緩加入氰化鉀溶液中，控制加入溫度，使溶液溫度不會升高到60℃以上；稱取所需量氫氧化鉀溶于蒸餾水中；兩者都溶解好后，相互混溶，并加水至規(guī)定液面，經(jīng)攪拌、過濾、分析、調(diào)整之后即可使用；(2)電鍍將0.5～1.0mm的不銹鋼板用硫酸鈍化，然后清洗干凈；在電鍍液中加入粒度為2～4μm的Dy2O3或Sm2O3和粒度為0.1～1.5μm的C，然后用銅合金板作為陽極，不銹鋼板作為陰極，陰極電流密度為5～10A/dm2進(jìn)行電鍍；電鍍電源直流電源或脈沖電源，最好用脈沖電源，陰極應(yīng)用塑料胎具進(jìn)行屏蔽，電鍍時溶液需進(jìn)行攪拌；電鍍時鍍液經(jīng)過一般的鍍液維護(hù)外，對鍍液里的懸浮物的含量應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控，定時進(jìn)行補(bǔ)充；電鍍速度為100～200μm/h，鍍層厚≥0.5mm；
(3)高溫處理電鍍板材從不銹鋼板上取下后，在保護(hù)氣氛燒結(jié)爐中進(jìn)行處理，燒結(jié)溫度930℃，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣，保溫時間2～小時；(4)軋制將經(jīng)高溫處理的電鍍板材進(jìn)行冷軋制到要求厚度；(5)落料將經(jīng)軋制的電鍍板材經(jīng)過沖床落料制成相應(yīng)的工件；(6)高溫再處理經(jīng)過沖床落料制成相應(yīng)的工件在等靜壓燒結(jié)爐中進(jìn)行處理，燒結(jié)溫度930℃，壓力6～9MPa，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣，保溫時間2～3小時，制得所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭。
2、粉末冶金單件壓制法生產(chǎn)銅/稀土氧化物/碳觸頭(1)混粉將Dy2O3或Sm2O3和C用酒精在超聲波設(shè)備中進(jìn)行分散后，加入稱量好的200目電解銅粉中，邊加入邊攪拌，進(jìn)行初混，然后在混粉機(jī)內(nèi)混合2小時，倒出進(jìn)行濕粉過100目篩，然后加入銅合金粉，在混粉機(jī)內(nèi)混合2小時，倒出在烘箱內(nèi)于60～80℃烘干后，過80目篩備用；(2)壓制選擇適當(dāng)?shù)哪＞哌M(jìn)行壓制成相應(yīng)的工件，壓制密度為7.15～7.25g/cm3；(3)初燒將工件用三氧化二鋁粉作為填料混合裝于燒結(jié)舟內(nèi)放入真空-保護(hù)氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)；在80℃以下進(jìn)行裝爐，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa，然后升溫，升溫速度≤10℃/min，邊升溫邊抽真空至300℃，保溫30分鐘，然后關(guān)閉真空，充入Ar為微正壓，繼續(xù)升溫至700℃保溫30分鐘，繼續(xù)至970℃保溫4小時，然后降溫至60℃以下出爐；(4)復(fù)壓選擇適當(dāng)?shù)哪＞哌M(jìn)行復(fù)壓，壓制密度為≥8.40g/cm3。
(5)復(fù)燒經(jīng)過復(fù)壓的工件在等靜壓燒結(jié)爐中進(jìn)行處理，燒結(jié)溫度930℃，壓力6～9Mp，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣，保溫時間2～3小時，制得所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭。
3、粉末冶金擠壓法生產(chǎn)銅/稀土氧化物/碳觸頭(1)混粉將Dy2O3或Sm2O3和C用酒精在超聲波設(shè)備中進(jìn)行分散后，加入稱量好的200目電解銅粉中，邊加入邊攪拌，進(jìn)行初混，然后在混粉機(jī)內(nèi)混合2小時，倒出進(jìn)行濕粉過100目篩，然后加入銅合金粉，在混粉機(jī)內(nèi)混合2小時，倒出在烘箱內(nèi)于60～80℃烘干后，過80目篩備用；(2)制錠a.用冷等靜壓制錠將粉末均勻地裝在橡膠包套中，密封后在冷等靜壓機(jī)中進(jìn)行壓制，壓制壓力為300MPa，為了以后脫模，裝粉前在包套內(nèi)壁涂上一層細(xì)石墨粉；或者b.在油壓機(jī)上用鋼模制錠將粉末均勻地裝于鋼模內(nèi)在油壓機(jī)上壓制，壓制壓力為3T/cm2，壓制密度為7.15～7.25g/cm3。
(3)初燒將工件用三氧化二鋁粉作為填料混合裝于燒結(jié)舟內(nèi)放入真空-保護(hù)氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)；在80℃以下進(jìn)行裝爐，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa，然后升溫，升溫速度≤10℃/min，邊升溫邊抽真空至300℃，保溫30分鐘，然后關(guān)閉真空，充入Ar為微正壓，繼續(xù)升溫至700℃保溫30分鐘，繼續(xù)至970℃保溫4小時，然后降溫至60℃以下出爐；(4)復(fù)壓在油壓機(jī)上進(jìn)行復(fù)壓，壓制密度≥8.40g/cm3。
(5)復(fù)燒經(jīng)過復(fù)壓的工件在等靜壓燒結(jié)爐中進(jìn)行處理，燒結(jié)溫度930℃，壓力6～9Mp，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣，保溫時間2～3小時；(6)擠壓在相應(yīng)的熱擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓；擠壓套溫度550℃，擠壓時工件加熱溫度為800～850℃，擠壓比≥14，擠壓可以為板材或絲材；(7)扎制或拉絲在扎機(jī)上冷扎制板材到要求的厚度或在拉絲機(jī)上拉制絲材到相應(yīng)的直徑(8)落料或制鉚釘用沖壓模落料制成相應(yīng)的所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭觸點或在鉚釘機(jī)上制成相應(yīng)的鉚釘，制得所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭。
本發(fā)明通過在銅合金機(jī)體中加入高熔點、分解溫度高的稀土氧化物三氧化二鐿或三氧化二釤和碳，從而提高了其使用性能。通過在銅合金中加入Dy2O3或Sm2O3和C，因Dy2O3或Sm2O3和C在燒結(jié)溫度下不發(fā)生反應(yīng)，因此觸頭材料中有彌散分布的Dy2O3或Sm2O3和C。此材料在電弧燒損時，由于Dy2O3或Sm2O3的密度與熔融銅的密度(8.0g/cm3)大致相當(dāng)，所以能夠增加其粘性，不易被電磁力拉出，從而使觸頭使用表面光滑，燒損小，由于Dy2O3或Sm2O3和C的熔點高而提高了觸頭的抗熔焊性。另C在電弧的作用下與空氣中的氧反應(yīng)生成CO和CO2，從而提高其抗氧化能力，所以觸頭接觸電阻穩(wěn)定。觸頭材料曾經(jīng)用于DZ20-100斷路器和CJT1-100交流接觸器上進(jìn)行驗證，效果良好。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明再作描述。
實施例一一種銅/稀土氧化物/碳觸頭，其材料的成分配比為(重量百分比)碳2.0，三氧化二鐿15，錫1.0，鎘1.0，銅余量。
其生產(chǎn)步驟如下(1)電鍍液的配制制備10升電鍍液—氰化物鍍銅溶液需要在通風(fēng)條件下配制。配制時稱取1400克氰化鉀溶于溫水中，稱取1000克氰化亞銅在不斷攪拌下緩緩加入氰化鉀溶液中，控制加入溫度，使溶液溫度不會升高到60℃以上。稱取40g氫氧化鉀溶于蒸餾水中。兩者都溶解好后，相互混溶。并加水至規(guī)定液面攪拌、過濾、分析、調(diào)整之后即可使用。
(2)電鍍將0.5～1.0mm的不銹鋼板用硫酸鈍化，然后清洗干凈；在電鍍液中加入粒度為2～4μm的Dy2O3和粒度為0.1～1.5μm的C，然后用錫鎘銅合金板作為陽極，不銹鋼板作為陰極，陰極電流密度為5～10A/dm2進(jìn)行電鍍；電鍍電源直流電源或脈沖電源，最好用脈沖電源，陰極應(yīng)用塑料胎具進(jìn)行屏蔽，電鍍時溶液需進(jìn)行攪拌；電鍍時鍍液經(jīng)過一般的鍍液維護(hù)外，對鍍液里的懸浮物的含量應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控，定時進(jìn)行補(bǔ)充；電鍍速度為100～200μm/h，鍍層厚≥0.5mm。
鍍后檢查Dy2O3和C的含量；金相檢查，要求質(zhì)點分布均勻，不能有大于10μm的聚集。
(3)高溫處理電鍍板材從不銹鋼板上取下后，在保護(hù)氣氛燒結(jié)爐中進(jìn)行處理，燒結(jié)溫度930℃，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣，保溫時間2～小時。從而提高其強(qiáng)度。
(4)軋制將經(jīng)高溫處理的電鍍板材進(jìn)行冷軋制到要求厚度。
(5)落料將經(jīng)軋制的電鍍板材經(jīng)過沖床落料制成相應(yīng)的工件。沖制后的剩余邊料作為陽極再進(jìn)行利用，從而提高了材料的使用率，降低了材料的回收成本。
(6)高溫再處理經(jīng)過沖床落料制成相應(yīng)的工件在等靜壓燒結(jié)爐中進(jìn)行處理，燒結(jié)溫度930℃，壓力6～9MPa，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣，保溫時間2～3小時，制得所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭。
實施例二一種銅/稀土氧化物/碳觸頭，其材料的成分配比為(重量百分比)碳0.1，三氧化二鐿0.1，鋯0.02，鎘0.02，鋁0.01，錫0.02，鑭0.02，銅余量。
其生產(chǎn)步驟如下(1)混粉將Dy2O3和C用酒精在超聲波設(shè)備中進(jìn)行分散后，加入稱量好的200目電解銅粉中，邊加入邊攪拌，進(jìn)行初混，然后在混粉機(jī)內(nèi)混合2小時，倒出進(jìn)行濕粉過100目篩，然后加入鋯鎘鋁錫鑭銅合金粉，在混粉機(jī)內(nèi)混合2小時，倒出在烘箱內(nèi)于60～80℃烘干后，過80目篩備用；(2)壓制選擇適當(dāng)?shù)哪＞哌M(jìn)行壓制成相應(yīng)的工件，壓制密度為7.15～7.25g/cm3；(3)初燒將工件用三氧化二鋁粉作為填料混合裝于燒結(jié)舟內(nèi)放入真空-保護(hù)氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)；在80℃以下進(jìn)行裝爐，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa，然后升溫，升溫速度≤10℃/min，邊升溫邊抽真空至300℃，保溫30分鐘，然后關(guān)閉真空，充入Ar為微正壓，繼續(xù)升溫至700℃保溫30分鐘，繼續(xù)至970℃保溫4小時，然后降溫至60℃以下出爐；(4)復(fù)壓選擇適當(dāng)?shù)哪＞哌M(jìn)行復(fù)壓，壓制密度為≥8.40g/cm3。
(5)復(fù)燒經(jīng)過復(fù)壓的工件在等靜壓燒結(jié)爐中進(jìn)行處理，燒結(jié)溫度930℃，壓力6～9Mp，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣，保溫時間2～3小時，制得所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭。
實施例三一種銅/稀土氧化物/碳觸頭，其材料的成分配比為(重量百分比)碳1.0，三氧化二釤8.0，鋯0.05，鎘0.2，鋁0.05，錫0.05，鑭0.05，銅余量。
其生產(chǎn)步驟如下(1)混粉將Sm2O3和C用酒精在超聲波設(shè)備中進(jìn)行分散后，加入稱量好的200目電解銅粉中，邊加入邊攪拌，進(jìn)行初混，然后在混粉機(jī)內(nèi)混合2小時，倒出進(jìn)行濕粉過100目篩，然后加入鋯鎘鋁錫鑭銅合金粉，在混粉機(jī)內(nèi)混合2小時，倒出在烘箱內(nèi)于60～80℃烘干后，過80目篩備用；(2)制錠a.用冷等靜壓制錠將粉末均勻地裝在橡膠包套中，密封后在冷等靜壓機(jī)中進(jìn)行壓制，壓制壓力為300MPa，為了以后脫模，裝粉前在包套內(nèi)壁涂上一層細(xì)石墨粉；或者b.在油壓機(jī)上用鋼模制錠將粉末均勻地裝于鋼模內(nèi)在油壓機(jī)上壓制，壓制壓力為3T/cm2，壓制密度為7.15～7.25g/cm3。
(3)初燒將工件用三氧化二鋁粉作為填料混合裝于燒結(jié)舟內(nèi)放入真空-保護(hù)氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)；在80℃以下進(jìn)行裝爐，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa，然后升溫，升溫速度≤10℃/min，邊升溫邊抽真空至300℃，保溫30分鐘，然后關(guān)閉真空，充入Ar為微正壓，繼續(xù)升溫至700℃保溫30分鐘，繼續(xù)至970℃保溫4小時，然后降溫至60℃以下出爐；(4)復(fù)壓在油壓機(jī)上進(jìn)行復(fù)壓，壓制密度≥8.40g/cm3。
(5)復(fù)燒經(jīng)過復(fù)壓的工件在等靜壓燒結(jié)爐中進(jìn)行處理，燒結(jié)溫度930℃，壓力6～9Mp，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣，保溫時間2～3小時；(6)擠壓在相應(yīng)的熱擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓；擠壓套溫度550℃，擠壓時工件加熱溫度為800～850℃，擠壓比≥14，擠壓可以為板材或絲材；(7)扎制或拉絲在扎機(jī)上冷扎制板材到要求的厚度或在拉絲機(jī)上拉制絲材到相應(yīng)的直徑；(8)落料或制鉚釘用沖壓模落料制成相應(yīng)的觸點或在鉚釘機(jī)上制成相應(yīng)的鉚釘。
權(quán)利要求
1.一種銅/稀土氧化物/碳觸頭，其特征在于其材料的成分配比為(重量百分比)碳0.1～2.0，三氧化二鐿或三氧化二釤0.1～15，合金化金屬0.05～2.0，銅余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅/稀土氧化物/碳觸頭，其特征在于所述的合金化金屬包括鋯、鋁、鎘、錫和鑭，所述的碳為金剛石或石墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭的一種生產(chǎn)方法，其特征在于(1)電鍍液的配制稱取所需量氰化鉀溶于溫水中，稱取所需量氰化亞銅在不斷攪拌下緩緩加入氰化鉀溶液中，控制加入溫度，使溶液溫度不會升高到60℃以上；稱取所需量氫氧化鉀溶于蒸餾水中；兩者都溶解好后，相互混溶，并加水至規(guī)定液面，經(jīng)攪拌、過濾、分析、調(diào)整之后即可使用；(2)電鍍將0.5～1.0mm的不銹鋼板用硫酸鈍化，然后清洗干凈；在電鍍液中加入粒度為2～4μm的Dy2O3或Sm2O3和粒度為0.1～1.5μm的C，然后用銅合金板作為陽極，不銹鋼板作為陰極，陰極電流密度為5～10A/dm2進(jìn)行電鍍；電鍍電源直流電源或脈沖電源，最好用脈沖電源，陰極應(yīng)用塑料胎具進(jìn)行屏蔽，電鍍時溶液需進(jìn)行攪拌；電鍍時鍍液經(jīng)過一般的鍍液維護(hù)外，對鍍液里的懸浮物的含量應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控，定時進(jìn)行補(bǔ)充；電鍍速度為100～200μm/h，鍍層厚≥0.5mm；(3)高溫處理電鍍板材從不銹鋼板上取下后，在保護(hù)氣氛燒結(jié)爐中進(jìn)行處理，燒結(jié)溫度930℃，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣，保溫時間2～小時；(4)軋制將經(jīng)高溫處理的電鍍板材進(jìn)行冷軋制到要求厚度；(5)落料將經(jīng)軋制的電鍍板材經(jīng)過沖床落料制成相應(yīng)的工件；(6)高溫再處理經(jīng)過沖床落料制成相應(yīng)的工件在等靜壓燒結(jié)爐中進(jìn)行處理，燒結(jié)溫度930℃，壓力6～9MPa，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣，保溫時間2～3小時，制得所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭的一種生產(chǎn)方法，其特征在于(1)混粉將Dy2O3或Sm2O3和C用酒精在超聲波設(shè)備中進(jìn)行分散后，加入稱量好的200目電解銅粉中，邊加入邊攪拌，進(jìn)行初混，然后在混粉機(jī)內(nèi)混合2小時，倒出進(jìn)行濕粉過100目篩，然后加入銅合金粉，在混粉機(jī)內(nèi)混合2小時，倒出在烘箱內(nèi)于60～80℃烘干后，過80目篩備用；(2)壓制選擇適當(dāng)?shù)哪＞哌M(jìn)行壓制成相應(yīng)的工件，壓制密度為7.15～7.25g/cm3；(3)初燒將工件用三氧化二鋁粉作為填料混合裝于燒結(jié)舟內(nèi)放入真空-保護(hù)氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)；在80℃以下進(jìn)行裝爐，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa，然后升溫，升溫速度≤10℃/min，邊升溫邊抽真空至300℃，保溫30分鐘，然后關(guān)閉真空，充入Ar為微正壓，繼續(xù)升溫至700℃保溫30分鐘，繼續(xù)至970℃保溫4小時，然后降溫至60℃以下出爐；(4)復(fù)壓選擇適當(dāng)?shù)哪＞哌M(jìn)行復(fù)壓，壓制密度為≥8.40g/cm3；(5)復(fù)燒經(jīng)過復(fù)壓的工件在等靜壓燒結(jié)爐中進(jìn)行處理，燒結(jié)溫度930℃，壓力6～9Mp，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣，保溫時間2～3小時，制得所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭的一種生產(chǎn)方法，其特征在于(1)混粉將Dy2O3或Sm2O3和C用酒精在超聲波設(shè)備中進(jìn)行分散后，加入稱量好的200目電解銅粉中，邊加入邊攪拌，進(jìn)行初混，然后在混粉機(jī)內(nèi)混合2小時，倒出進(jìn)行濕粉過100目篩，然后加入銅合金粉，在混粉機(jī)內(nèi)混合2小時，倒出在烘箱內(nèi)于60～80℃烘干后，過80目篩備用；(2)制錠a.用冷等靜壓制錠將粉末均勻地裝在橡膠包套中，密封后在冷等靜壓機(jī)中進(jìn)行壓制，壓制壓力為300MPa，為了以后脫模，裝粉前在包套內(nèi)壁涂上一層細(xì)石墨粉；或者b.在油壓機(jī)上用鋼模制錠將粉末均勻地裝于鋼模內(nèi)在油壓機(jī)上壓制，壓制壓力為3T/cm2，壓制密度為7.1 5～7.25g/cm3；(3)初燒將工件用三氧化二鋁粉作為填料混合裝于燒結(jié)舟內(nèi)放入真空-保護(hù)氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)；在80℃以下進(jìn)行裝爐，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa，然后升溫，升溫速度≤10℃/min，邊升溫邊抽真空至300℃，保溫30分鐘，然后關(guān)閉真空，充入Ar為微正壓，繼續(xù)升溫至700℃保溫30分鐘，繼續(xù)至970℃保溫4小時，然后降溫至60℃以下出爐；(4)復(fù)壓在油壓機(jī)上進(jìn)行復(fù)壓，壓制密度≥8.40g/cm3；(5)復(fù)燒經(jīng)過復(fù)壓的工件在等靜壓燒結(jié)爐中進(jìn)行處理，燒結(jié)溫度930℃，壓力6～9Mp，保護(hù)氣氛為氮氣、氬氣，保溫時間2～3小時；(6)擠壓在相應(yīng)的熱擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓；擠壓套溫度550℃，擠壓時工件加熱溫度為800～850℃，擠壓比≥14，擠壓可以為板材或絲材；(7)扎制或拉絲在扎機(jī)上冷扎制板材到要求的厚度或在拉絲機(jī)上拉制絲材到相應(yīng)的直徑；(8)落料或制鉚釘用沖壓模落料制成相應(yīng)的所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭觸點或在鉚釘機(jī)上制成相應(yīng)的鉚釘，制得所述的銅/稀土氧化物/碳觸頭。
全文摘要
一種銅/稀土氧化物/碳觸頭，其材料的成分配比為(重量百分比)碳0.1～2.0，三氧化二鐿或三氧化二釤0.1～15，合金化金屬0.05～2.0，銅余量，用粉末冶金和電鍍沉積的方法生產(chǎn)，制得的觸頭抗氧化能力和抗電弧燒損能力高。
文檔編號H01H1/02GK1595569SQ20041004949
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月21日
發(fā)明者陳少賢, 陳克 申請人:樂清市帕特尼觸頭有限公司