專利名稱：含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滑動電接觸合金，具體涉及一種含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸 材料。
背景技術(shù)：
換向器和電刷片是小型直流電動機的核心部件，工作中其承受的主要載荷是載電 條件下的滑動摩擦，但是在電流換向的瞬間，換向器和電刷片會斷開，因此存在著“閉合開 斷”的變換，隨著電機轉(zhuǎn)速的升高，這一變換頻率提高，由此產(chǎn)生的電弧作用不容忽視。電接 觸材料也因此而承受載電摩擦和電弧侵蝕的雙重作用。前者造成材料的機械磨損，后者造 成材料高溫下的熔化、飛濺和熔焊等損傷。直流電動機換向器的機械磨損形式主要是粘著磨損和磨粒磨損。通常磨粒磨損是 比較輕微的，對電動機壽命不會造成顯著影響。而粘著磨損通常引起換向器表面材料的快 速流失以及向刷片表面的轉(zhuǎn)移，大大降低其壽命，嚴(yán)重時會由于換向器和刷片的粘著而對 電動機的運轉(zhuǎn)產(chǎn)生附加阻力或?qū)λ⑵a(chǎn)生附加拉應(yīng)力，降低電動機的電機轉(zhuǎn)換效率，有時 還引起刷片斷裂。由于換向器與刷片均為含銀合金，二者冶金相容性好，金屬表面直接接觸 時產(chǎn)生嚴(yán)重粘著磨損的危險增大。電弧對換向器材料的損傷主要集中在極片之間的溝槽附近。它一方面使材料溫度 急劇升高而發(fā)生軟化甚至熔化，極大地加速磨損過程，造成極片邊緣材料很快損耗；另一方 面使聚集在溝槽附近的磨屑顆粒表面熔化而相互焊接，或者造成磨屑顆粒的燒結(jié)，從而使 小顆粒固結(jié)成大顆粒，并與換向器極片邊緣形成冶金連接，造成極片早期短路，致使微電機 死機。此外，若電機的工作環(huán)境溫度、濕度較高，或含有腐蝕性介質(zhì)，則容易造成材料表 面腐蝕，增大接觸電阻，進一步加大接觸面溫升和磨損速率。因此嚴(yán)重影響了直流電動機的 壽命和穩(wěn)定性。針對微電機換向器材料的工作條件和損傷特點，改進電接觸合金的成分設(shè)計是 提高換向器壽命的必由之路，目前已經(jīng)報道了很多成果，其中在銀合金中添加鈀對于改 善換向器在高溫、高濕或有腐蝕性介質(zhì)下的性能具有較好的效果。因此中國專利(公開 號)CN1048817C發(fā)明了含鈀的AgPdCuNi、AuAgPdCu等電接觸合金，中國專利(公開號)CN 1231002C 發(fā)明了 AgZnPd、AgZnPdCu、AgZnPdNi 和 AgZnPdCuNi 含鈀合金。但是，隨著技術(shù)的 進步，各類電子產(chǎn)品不斷向小型化、高精度和高可靠方向發(fā)展，對直流電動機的換向器材料 性能要求也日益提高，現(xiàn)有銀基含鈀合金的耐磨和耐電弧等性能已經(jīng)難以充分滿足長壽命 以及壽命期內(nèi)的高穩(wěn)定性要求，在壽命試驗中轉(zhuǎn)速波動大、波形不良、早期死機等現(xiàn)象時有 發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料。在現(xiàn)有AgCuPdNi和AgCuPdZnNi合金中進一步添加堿金屬鋰、鈉、鉀中的一種或幾種，有良好的耐 腐蝕、自潤滑和滅弧性能，且高溫、高濕使用性能優(yōu)良，用于制作直流電動機的換向器，可以 提高換向器的使用壽命、接觸穩(wěn)定性及可靠性，改善高溫、高濕等惡劣條件下的使用性能， 滿足直流電動機小型化的需要。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的第一種含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料中Cu為1. 0-8. 0質(zhì)量百分 含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量百分含量；0. 01 3. 0質(zhì)量百分含 量的Li、Na、K三種元素中的任一種；余量為Ag。本發(fā)明的第二種含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料中Cu為1. 0 8. 0質(zhì)量百 分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量百分含量；Li、Na、K三種元素中 的任兩種，兩種元素的質(zhì)量百分含量不超過3. 0% ；余量為Ag。本發(fā)明的第三種含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料中Cu為1. 0 8. 0質(zhì)量百 分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量百分含量；Li、Na、K三種元素質(zhì) 量百分含量不超過3. 0%，余量為Ag。本發(fā)明的第四種含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料中Cu為1. 0 8. 0質(zhì)量百 分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Zn為0. 1-5. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量百 分含量；0. 01 3. 0質(zhì)量百分含量的Li、Na、K三種元素中的任一種；余量為Ag。本發(fā)明的第五種含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料中Cu為1. 0 8. 0質(zhì)量百 分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Zn為0. 1-5. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量百 分含量；Li、Na、K三種元素中的任兩種，兩種元素的質(zhì)量百分含量不超過3.0%;余量為Ag。本發(fā)明的第六種含含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料中Cu為1. 0 8. 0質(zhì)量 百分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Zn為0. 1-5. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量 百分含量；0. 01 3. 0質(zhì)量百分含量的Li、Na、K三種元素中的任一種；余量為Ag。上述含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料的任意一種為工作層，銅或銅合金為基 層，制作成兩層復(fù)合材料；或者，由上述材料的合金為中間層，金或金合金為表層，銅或銅合 金為基層，制作成三層復(fù)合材料。由上述材料制作的換向器和采用所述換向器的直流電動機。堿金屬鋰、鈉、鉀性質(zhì)活潑，在空氣中容易氧化，電接觸材料工作過程中，這些堿金 屬在材料表面形成氧化物薄膜，從而產(chǎn)生自潤滑作用，特別是減少換向器與刷片金屬表面 的直接接觸，在很大程度上降低粘著磨損造成的材料損傷。同時，這些金屬的沸點較低，受 高溫作用時容易揮發(fā)，因而可以帶走電弧的熱量，使電弧盡快熄滅，極大地減少接觸材料的 燒燭。本發(fā)明的優(yōu)點為1)采用本發(fā)明的含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料制作微電機換向器，具有更 好的抗粘著磨損性能和抗電弧能力，適合于在要求長壽命和高穩(wěn)定性條件下工作的微電機 中使用。以產(chǎn)生自潤滑和滅弧效果，作為滑動式電接觸材料，2)本發(fā)明的含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料可以采用與傳統(tǒng)的電接觸合金 相同的生產(chǎn)工藝制造，設(shè)備和工藝技術(shù)不需要特殊的改造，生產(chǎn)中易于實施。3)利用本發(fā)明的含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料制作兩層或三層復(fù)合材料時，可以采用普通的電接觸復(fù)合帶材的工藝和設(shè)備進行生產(chǎn)，技術(shù)易于掌握和實施，且生產(chǎn) 成本僅有少量增加。
具體實施例方式按照表1所述的配置，取原料，在真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉制備含堿金屬和鈀的銀 基滑動電接觸材料。實施例1至38的合金成分見表1.表1各實施例合金成分(重量百分?jǐn)?shù)) 其中Li、Na、K元素以中間合金形式加入，也可以純金屬形式加入。將制備的含堿 金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料鑄錠，經(jīng)開坯、軋制后，采用熱軋復(fù)合技術(shù)，與銅或銅合金 進行復(fù)合，制作成兩層復(fù)合材料，其中本發(fā)明所述含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料為工作層，銅或銅合金為基層?；蛘?，將制備的含堿金屬的銀基含鈀滑動電接觸材料鑄錠，經(jīng) 開坯、軋制后，采用熱軋復(fù)合技術(shù)，與金或金合金以及銅或銅合金進行復(fù)合，制作成三層復(fù) 合材料，其中金或金合金為表層，本發(fā)明的含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料為中間層， 銅或銅合金為基層。各比較例電接觸銀合金成分見表2。表2比較例合金成分(重量百分?jǐn)?shù)) 按表1和2中的各成分配制并熔煉合金，然后與銅合金復(fù)合成層狀復(fù)合材料，并軋 制成銀合金層厚0. 03mm,總厚0. 25mm的帶材。將帶材用于制作成微電機三極換向器，將該換向器裝配在微電機中，進行壽命試 驗。其對應(yīng)的電刷片材料為AgPd30/BZnl8-26或AgPd50/BZnl8-26。實施例1-19和比較例1、2的電刷片材料為AgPd30/BZnl8_26，測試條件如下測試環(huán)境常溫、高濕測試負荷空載測試電壓6V運轉(zhuǎn)方式連續(xù)運行測試過程中，通過檢測電機轉(zhuǎn)速和電流的變化來判定電機的工作狀態(tài)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速 或電流超標(biāo)或停止運轉(zhuǎn)時均判定為壽命終止。測試結(jié)果見表3。表3實施例1-19及比較例1、2壽命測試結(jié)果
實施例壽命(小時)1126621321 實施例20-38和比較例3、4的電刷片材料為AgPd50/BZnl8_26，測試條件如下測試環(huán)境高溫、常濕測試負荷空載測試電壓7V運轉(zhuǎn)方式連續(xù)運行測試過程中，通過檢測電機轉(zhuǎn)速和電流的變化來判定電機的工作狀態(tài)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速 或電流超標(biāo)或停止運轉(zhuǎn)時均判定為壽命終止。測試結(jié)果見表6。表6實施例20-38及比較例7、8壽命測試結(jié)果
實施例壽命(小時)201456 實施例39與實施例2不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進一步復(fù)合一層厚約1 μ m的AuAg40 合金，然后進行測試，其壽命為1490小時。實施例40與實施例8不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進一步復(fù)合一層厚約1 μ m的AuAg40 合金，然后進行測試，其壽命為1512小時。實施例41與實施例13不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進一步復(fù)合一層厚約Ιμπι的 AuAg40合金，然后進行測試，其壽命為1506小時。實施例42與實施例18不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進一步復(fù)合一層厚約Ιμπι的 AuAg40合金，然后進行測試，其壽命為1492小時。實施例43與實施例22不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進一步復(fù)合一層厚約Ιμπι的AuAg40合金，然后進行測試，其壽命為1704小時。實施例44與實施例28不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進一步復(fù)合一層厚約Ιμπι的 AuAg40合金，然后進行測試，其壽命為1689小時。實施例45與實施例32不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進一步復(fù)合一層厚約Ιμπι的 AuAg40合金，然后進行測試，其壽命為1695小時。實施例46與實施例38不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進一步復(fù)合一層厚約Ιμπι的 AuAg40合金，然后進行測試，其壽命為1696小時。結(jié)論上述測試結(jié)果表明，在AgCuPdNi和AgCuPdZnNi合金中添加堿金屬元素Li、 Na和/或K可以改善電接觸合金的耐磨性、耐電弧性和電接觸性能。以這些合金作工作層 或中間層制成復(fù)合材料，用于制作微電機換向器，與采用不含堿金屬的合金所制作的微電 機換向器相比，在高溫、高濕條件下顯示出更長的使用壽命，達到了提高電機工作壽命和穩(wěn) 定性的目的。
權(quán)利要求
含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料，其特征在于所述材料中Cu為1.0 8.0質(zhì)量百分含量；Ni為0.1 1.0質(zhì)量百分含量；Pd為0.1 2.0質(zhì)量百分含量；0.01～3.0質(zhì)量百分含量的Li、Na、K三種元素中的任一種；余量為Ag。
2.含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料含堿金屬的銀基含鈀滑動電接觸材料，其特 征在于所述材料中Cu為1. 0 8. 0質(zhì)量百分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Pd為 0. 1-2.0質(zhì)量百分含量；Li、Na、K三種元素中的任兩種，兩種元素的質(zhì)量百分含量不超過 3.0% ；余量為Ag。
3.含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料，其特征在于所述材料中Cu為1.0 8. 0質(zhì) 量百分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量百分含量；Li、Na、K三種元 素質(zhì)量百分含量不超過3. 0%，余量為Ag。
4.含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料，其特征在于所述材料中Cu為1.0 8. 0質(zhì) 量百分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Zn為0. 1-5. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì) 量百分含量；0. 01 3. 0質(zhì)量百分含量的Li、Na、K三種元素中的任一種；余量為Ag。
5.含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料，其特征在于所述材料中Cu為1.0 8. 0質(zhì) 量百分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Zn為0. 1-5. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì) 量百分含量；Li、Na、K三種元素中的任兩種，兩種元素的質(zhì)量百分含量不超過3. 0% ；余量 為Ag。
6.含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料，其特征在于所述材料中Cu為1.0 8. 0質(zhì) 量百分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Zn為0. 1-5. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì) 量百分含量；0. 01 3. 0質(zhì)量百分含量的Li、Na、K三種元素中的任一種；余量為Ag。
7.用于滑動式電接觸的復(fù)合材料，其特征在于由權(quán)利要求1至6任一所述的含堿金 屬的銀基含鈀滑動電接觸材料作為工作層，銅或銅合金作為基層，其中銀合金層部分或全 部覆蓋在銅或銅合金基層上面。
8.用于滑動式電接觸的復(fù)合材料，其特征在于它由金或金合金作工作層，該工作層 全部或部分覆蓋在是在權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料的銀或銀合金層上面。
9.一種換向器，其特征在于使用權(quán)利要求7或8所述的復(fù)合材料。
10.一種直流電動機，其特征在于使用權(quán)利要求9所述的換向器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含堿金屬和鈀的銀基滑動電接觸材料，所述材料是在AgCuPdNi和AgCuPdZnNi中添加少量堿金屬元素Li、Na、K，這幾種元素可以分別單獨加入，也可以兩種或三種同時加入，但其總添加量不超過3.0％(重量百分?jǐn)?shù))。該合金具有良好的耐腐蝕、自潤滑和滅弧性能，且高溫、高濕使用性能優(yōu)良，適合于制作直流電動機的換向器。
文檔編號H01B1/02GK101924288SQ20091030309
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者徐永紅, 楊賢軍, 秦秀芳, 章應(yīng) 申請人:重慶川儀自動化股份有限公司