專利名稱：含鈀的銀合金自潤滑電接觸材料及復(fù)合帶材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合金材料，具體涉及一種含鈀的銀合金自潤滑電接觸材料及由這種電接觸材料制成的復(fù)合帶材。
背景技術(shù)：
直流微電機(jī)的換向器體積較小，工作時(shí)轉(zhuǎn)速較快，多選用導(dǎo)電性能優(yōu)異的Ag合金加工而成。然而，在工作過程中，微電機(jī)的換向器與電刷片間的滑動(dòng)摩擦是一種無潤滑的干摩擦。這種干磨擦條件下的磨損，主要表現(xiàn)為粘著磨損和磨粒磨損，一般情況下粘著磨損更為嚴(yán)重。磨損的嚴(yán)重程度與材料的硬度成反比，而與接觸的壓力成正比，還與環(huán)境溫度等因素密切相關(guān)。微電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，電刷片的彈性壓力給換向器一個(gè)正壓力，以保持電接觸面導(dǎo)電良好。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速快，電刷與換向器之間又有電弧燒蝕，摩擦副溫度逐步升高，使摩擦面上接觸的微小凸出部份產(chǎn)生焊合，焊合點(diǎn)隨即又被旋轉(zhuǎn)引起的剪切應(yīng)力撕裂，被剪切下來的強(qiáng)度較低的換向器材料大部份脫落成磨屑，這些磨屑被電刷帶入換向器極片間隙中堆集，最終造成極片導(dǎo)通短路而使電機(jī)早期失效死機(jī)。在換向器和電刷片的滑動(dòng)接觸面上不添加常規(guī)潤滑劑，添加常規(guī)潤滑劑會(huì)對(duì)電接觸性能帶來不利影響。以上都是現(xiàn)·有的AgCuN1、AgCuZnNi等換向器材料的常見的問題?，F(xiàn)代家用電器越來越小型化，小家電內(nèi)部元件排布緊密，熱量不易散失，工作過程中內(nèi)部溫度甚至高達(dá)70°C 80°C。汽車中的電機(jī)也經(jīng)常處于較高溫度狀態(tài)。在高溫環(huán)境下，換向器的磨損加劇，粘著磨損更加嚴(yán)重，同時(shí)更多的磨屑轉(zhuǎn)移沉積在電刷片上，這些沉積物又對(duì)換向器表面進(jìn)行刮削，產(chǎn)生更多的磨屑，縮短電機(jī)的使用壽命。為了提高微電機(jī)的工作穩(wěn)定性,延長微電機(jī)的使用壽命,人們一直在努力尋求解決直流微電機(jī)換向器在高溫環(huán)境下的易磨損問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種能夠抗高溫磨損的含鈀的銀合金自潤滑電接觸材料。本發(fā)明的第一目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種含鈀的銀合金自潤滑電接觸材料，包括以下重量百分比的成分:0.1% 2.0%的Ti3SiC2微粒；1% 15%的Cu ；0.05% 2.0%的Ni ；0.1% 3.0%的Pd ;余量為Ag ;本發(fā)明是采用粉末冶金的方法將Ti3SiC2粉末加入含Pd的Ag合金中制成的電接觸材料。其中，所述Ti3SiC2微粒的純度≥98%，平均粒徑≤2.0 μ m。合金成分還包括Zn、Mg、La、Ce、Y、Sm中的一種或多種，上述每種加入的金屬元素的含量為0.1% 3.0%,且上述加入的金屬元素的總量不超過3%。在Ag合金材料中，Pd的加入能夠提高合金的抗熔焊、抗粘著能力，在工作過程中降低粘著磨損，減少材料向電刷片轉(zhuǎn)移和沉積。而Ti3SiC2粉末具有優(yōu)異的自潤滑性能，能夠降低材料的摩擦系數(shù)，降低摩擦面表面能，減少粘著摩損的發(fā)生。Pd與Ti3SiC2粉末共同作用能夠有效提高材料的抗高溫磨損的能力。當(dāng)然，Ag合金材料中的Pd可以由Pt替代，只是Pt更加昂貴。下面對(duì)Ti3SiC2粉末的作用進(jìn)行詳細(xì)說明。層狀結(jié)構(gòu)的Ti3SiC2屬六方晶系，晶格常數(shù)為a=0.30665nm,c=l.767nm。共棱的CTi6八面體被平面的平行四邊形分布的Si原子層所分割，每個(gè)晶包含有2個(gè)Ti3SiC2分子。T1-C為共價(jià)鍵結(jié)合，結(jié)合鍵力較強(qiáng)，造就了Ti3SiC2有3000°C以上的高熔點(diǎn)。而Si原子與T1-C-T1-C-Ti鏈的鍵力較弱，Ti層和Si層在外力作用下易于產(chǎn)生剪切滑移，使Ti3SiC2具有優(yōu)異的自潤滑性能和極低的摩擦系數(shù)。它的摩擦系數(shù)甚至比石墨和二硫化鑰還低。Ti3SiC2結(jié)合了金屬和陶瓷的優(yōu)點(diǎn)，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。室溫時(shí)的電導(dǎo)率為4.約為純Ti電導(dǎo)率的2倍)，導(dǎo)熱率為43w.πΓ1.k' Ti3SiC2耐酸堿浸蝕、抗氧化、抗熱震性能良好，還有優(yōu)良的可加工性。這些優(yōu)異的性能是直流微電機(jī)換向器材料需要具備的。對(duì)于含有Ti3SiC2微粒的有自潤滑能力的換向器，在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦過程中，其中含有的固體潤滑物質(zhì)Ti3SiC2釋放出來，進(jìn)入金屬的摩擦界面中，形成一種半邊界潤滑狀態(tài)。剪切抗力低的固體潤滑劑Ti3SiC2減小了摩擦系數(shù)。有報(bào)導(dǎo)稱，金屬間的摩擦系數(shù)一般在0.5 1.0之間。而Ag基自潤滑電接觸材料摩擦系數(shù)多在0.16 0.55范圍。另一方面，Ti3SiC2固體潤滑劑吸附在摩擦面上使摩擦面表面能大為降低，在很大程度上減少了粘著摩損的發(fā)生。所加固體潤滑劑Ti3SiC2的導(dǎo)電性能優(yōu)良，不會(huì)影響電刷片和換向器之間的電流導(dǎo)通。在本發(fā)明的材料中，Ti3SiC2微粒的重量百分比含量不超過2%。Ti3SiC2微粒的重量百分比含量太高，Ag合金變脆，材料加工性能惡化，幾乎無法生產(chǎn)出所需的帶材。如果Ti3SiC2微粒的重量百分比含量小于0.1%，就起不到自潤滑和微粒強(qiáng)化的效果。同時(shí)，Ti3SiC2微粒的平均粒徑≤2 μ m。因?yàn)闆_制微電機(jī)換向器的精密復(fù)合帶材的Ag合金工作層厚度一般僅有20 30 μ m, Ti3SiC2微粒的粒徑過大，會(huì)影響工作層的性能。在Ag合金中加入Ti3SiC2粉末時(shí)，需要采取有效的工藝措施，使Ti3SiC2微粒在Ag合金基體組織中分布均勻。加入了 Ti3SiC2微粒的AgCuPdN1、AgCuPdZnNi等合金不僅具有自潤滑能力，減少換向器材料的磨損，而且Ti3SiC2微粒的顯微硬度可達(dá)到4GPa,加入到Ag合金中能起到了微粒強(qiáng)化的作用，使AgCuPdN1、AgCuPdZnNi等合金的強(qiáng)度和硬度得到提高，增強(qiáng)了AgCuPdNi > AgCuPdZnNi等合金抗高溫磨損能力。本發(fā)明的第二目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種具有自潤滑能力的復(fù)合帶材。本發(fā)明的第二目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種復(fù)合帶材，包括基層及鑲嵌復(fù)合或面復(fù)合于該基層上的Ag合金層；其中，基層為銅層或銅合金層；Ag合金層由含鈀的銀合金自潤滑電接觸材料制成。所述Ag合金層的上表面還復(fù)合有厚度1 2 μ m的Au或Au合金層。本發(fā)明的貴金屬復(fù)合帶材，大量節(jié)約Ag等貴金屬資源，將含有Ti3SiC2微粒的具有自潤滑能力的Ag合金帶材通過壓力加工的工藝，鑲嵌復(fù)合或面復(fù)合在銅或銅合金帶材上，形成一個(gè)結(jié)合牢固的精密的層狀復(fù)合帶材，供沖制直流微電機(jī)換向器使用。這種復(fù)合帶材，只有換向器工作面上使用很少的Ag合金，而其余大部份則使用廉價(jià)的導(dǎo)電性能仍然優(yōu)異的Cu合金。這種換向器使用的復(fù)合帶材，不但可以大大節(jié)約Ag等貴金屬資源，而且還可充分利用不同金屬材料的優(yōu)異性能。Ag合金層導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)異，耐高溫磨損，抗電弧燒蝕，作為工作層；Cu合金基層為Ag合金層提供機(jī)械支撐，并導(dǎo)通電流。對(duì)于表層為Au或Au合金，中間層為具有自潤滑能力的Ag合金這種3層復(fù)合帶材，由于表層有Au或Au合金層，因此其抗氧化能力極強(qiáng)，接觸導(dǎo)通可靠，接觸電阻穩(wěn)定。該3層復(fù)合帶材沖制的換向器主要用于高溫高濕環(huán)境或要求可靠性高的重要電機(jī)。本發(fā)明的復(fù)合帶材的生產(chǎn)工藝流程為:
1、將極細(xì)的Ti3SiC2粉末以粉末冶金的方法加入到AgCuPdNi或AgCuPdZnNi等合金中，制成含有Ti3SiC2微粒的AgCuPdNi或AgCuPdZnNi合金錠。2、將上述合金錠通過退火一壓延加工一退火的循環(huán)工藝流程，加工成Ag合金帶材。3、將上述Ag合金帶材通過壓力加工的工藝，鑲嵌復(fù)合或面復(fù)合在銅或銅合金帶材上，形成結(jié)合牢固的精密的2層層狀復(fù)合帶材，供沖制直流微電機(jī)換向器使用。上述2層精密復(fù)合帶材，Ag合金層必須與基層結(jié)合牢固。

4、在上述2層復(fù)合帶材的Ag合金層的上表面再復(fù)合上一層厚度I 2μπι的Au或Au合金層。這樣就形成一種以Au或Au合金層為表層、以Ag合金層為中間層、以Cu或Cu合金層為基層的3層復(fù)合帶材。Au或Au合金層可以采用鑲嵌復(fù)合形式，也可以是面復(fù)合形式。5、將上述2層精密復(fù)合帶材或3層精密復(fù)合帶材沖制成微電機(jī)換向器。本發(fā)明的有益效果是:由于在本發(fā)明的電接觸材料中含有Pd及Ti3SiC2微粒，這大大提高了由本發(fā)明的材料制成的直流微電機(jī)換向器的抗高溫磨損的能力，能夠有效延長微電機(jī)使用壽命。


圖1是本發(fā)明的二層復(fù)合帶材的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖中:1-基層；2_Ag合金層。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。實(shí)施例1: 二層復(fù)合帶材
1)材料(材料標(biāo)識(shí):復(fù)層材料主成份/基層材料)
AgCu4PdNiT/Tul (T 表示添加 Ti3SiC2，Tul 表示無氧銅)
2)帶材尺寸(尺寸標(biāo)注:復(fù)層Ag合金厚度X寬度/帶材總厚度X寬度)
0.02X1.2/0.10X6
3)工作層:AgCu4PdNiT成份(wt%)
Cu 4.2 Pd 1.0 Ni 0.32 Ti3SiC2 0.50 Ag 余量
4)復(fù)合帶材顯微硬度Hv(硬度標(biāo)識(shí)-.Ag合金層硬度/Cu合金基層硬度)
158.3 159.2 156.5/116.2 117.8 115.4
實(shí)施例2: 二層復(fù)合帶材1)材料:AgCu8PdNiT/Tul
2)帶材尺寸:0.02X2.0/0.20X12
3)工作層:AgCu8PdNiT成份(wt%)
Cu 8.0 Pd 0.5 Ni 0.42 Ti3SiC2 0.40 Ag 余量
4)復(fù)合帶材顯微硬度Hv
162.2165.4 163.7/116.1 117.6 113.2實(shí)施例3: 二層復(fù)合帶材
1)材料:AgCuPdZnNiT/Tul
2)帶材尺寸:0.03X2.2/0.25X 11
3)工作層=AgCuPdZnNiT成份(wt%)
Cu 1.0 Pd 1.0 Zn 1.0 Ni 0.35 Ti3SiC2 0.70 Ag 余量
4)復(fù)合帶材顯微硬度Hv
141.6143.2 138.7/116.5 115.0 116.8實(shí)施例4: 二層復(fù)合帶材
1)材料:AgCu6PdZnNiT/Tul
2)帶材尺寸:0.03X3.4/0.25X12
3)工作層:AgCu6PdZnNiT成份(wt%)
Cu6.0 Pd 0.5 Zn 1.0 Ni 0.43 Ti3SiC2 0.45 Ag 余量
4)復(fù)合帶材顯微硬度Hv
158.8 163.5 162.2/115.2 114.3 117.8實(shí)施例5: 二層復(fù)合帶材
1)材料:AgCuPdZnNiT/TuI
2)帶材尺寸:0.03X2.5/0.25X 10
3)工作層AgCuPdZnNiT 成份(wt%)
Cu 1.0 Pd 1.0 Zn 0.5 Ni 0.35 Ti3SiC2 0.55 Ag 余量
5)復(fù)合帶材顯微硬度Hv
136.3141.8 139.2/118.1 117.5 116.6實(shí)施例6: 二層復(fù)合帶材
I)材料:AgCu6PdZnNiT/Tul2 )帶材尺寸:0.02 X 2.4/0.25X93)工作層 AgCu6PdZnNiT 成份(wt%)
Cu 6.0 Pd 1.0 Zn 1.0 Ni 0.42 Ti3SiC2 0.40 Ag 余量5)復(fù)合帶材顯微硬度Hv
160.6157.6 162.5/114.9 118.5 115.2實(shí)施例7:三層復(fù)合帶材
1)材料:AuAg40/AgCu4PdNiT/Tul
2)帶材尺寸(0.001+0.019) X2.4/0.25X8
3)工作層:AuAg40成份(wt%) Au 60% Ag 余(40% )4)中間層:AgCu4PdNiT 成份(wt%)
Cu 4.2 Pd 1.0 Ni 0.32 Ti3SiC2 0.50 Ag 余量
5)復(fù)合帶材顯微硬度Hv
145.2 145.2 147.8/116.1 114.8 117.7 材料耐久試驗(yàn)
(O按上述實(shí)施方案中Ag合金成份加工貴金屬 Ag合金成份表(wt) %
權(quán)利要求
1.一種含鈀的銀合金自潤滑電接觸材料，其特征在于包括以下重量百分比的成分:0.1% 2.0% 的 Ti3SiC2 微粒；1% 15% 的 Cu ；0.05% 2.0% 的 Ni ；0.1% 3.0% 的 Pd ;余量為Ag ;本發(fā)明是采用粉末冶金的方法將Ti3SiC2粉末加入Ag合金中制成的電接觸材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈀的銀合金自潤滑電接觸材料，其特征在于:所述Ti3SiC2微粒的純度彡98%，平均粒徑< 2.0 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含鈀的銀合金自潤滑電接觸材料，其特征在于:合金成分還包括Zn、Mg、La、Ce、Y、Sm中的一種或多種，上述每種加入的金屬元素的含量為0.1% 3.0%，且上述加入的金屬元素的總量不超過3%。
4.一種復(fù)合帶材，其特征在于:包括基層及鑲嵌復(fù)合或面復(fù)合于該基層上的Ag合金層；其中，基層為銅層或銅合金層；Ag合金層由權(quán)利要求1、2、3中所述的含鈀的銀合金自潤滑電接觸材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合帶材，其特征在于:所述Ag合金層的上表面還復(fù)合有厚度I 2 μ m的Au或Au合金層。 ·
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含鈀的銀合金自潤滑電接觸材料及由這種電接觸材料制成的復(fù)合帶材。其中，含鈀的銀合金自潤滑電接觸材料包括以下重量百分比的成分0.1%～2.0%的Ti3SiC2微粒；1%～15%的Cu；0.05%～2.0%的Ni；0.1%～3.0%的Pd；余量為Ag；合金成分還可以包括Zn、Mg、La、Ce、Y、Sm中的一種或多種，上述每種加入的金屬元素的含量為0.1%～3.0%，且上述加入的金屬元素的總量不超過3%；本發(fā)明是采用粉末冶金的方法將Ti3SiC2粉末加入Ag合金中制成的電接觸材料。本發(fā)明的材料能夠大大提高直流微電機(jī)換向器的抗高溫磨損的能力，能夠有效延長電機(jī)的使用壽命。
文檔編號(hào)H01R39/04GK103194636SQ20131010545
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者鄭元龍, 鄭旭陽, 劉清澤 申請(qǐng)人:上海中希合金有限公司