新型電接觸材料及制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了新型電接觸材料Ag(W.Ti)C19C2/Ag(W.Ti)C 42Co3 RE0.1體系，用碳化鎢碳化鈦固溶體取代銀碳化鎢石墨材料的碳化鎢和銀鎢材料中的鎢成分，并采用化學鍍技術(shù)在(W.Ti)C粉體的表面鍍銀制成Ag/(W.Ti)C復合粉末，經(jīng)粉末冶金工藝制成新型復合電接觸材料。本發(fā)明取代了AgWC12C3/AgW50體系電接觸材料；改善了材料的抗電弧燒損能力，同時化學鍍的方法改進了銀與(W.Ti)C組元間的結(jié)合狀況；降低了復合材料的密度，在同樣體積情況下，所耗用材料降低，尤其是降低了貴金屬銀的用量；作為中強電流等級的觸頭材料具有優(yōu)良的性能。
【專利說明】新型電接觸材料及制備工藝
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬基復合材料【技術(shù)領域】，特別涉及一種新型電接觸材料及制備工 藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 在低壓中強電流等級的電器開關(guān)中，作為觸頭材料，銀基復合材料占據(jù)統(tǒng)治地位， 這主要是取決于銀的良好導電導熱性能和穩(wěn)定的化學性質(zhì)。但銀是稀貴金屬，據(jù)統(tǒng)計，口前 世界上每年用于觸頭材料的銀占全部銀用量的四分之一。因此在使銀基復合材料的性能 進一步提高的情況下盡可能降低含銀量，是材料工作者共同關(guān)注的一個很有現(xiàn)實意義的問 題。
[0003] 目前，我國在低壓中強電流等級的電器開關(guān)中廣泛使用機械工業(yè)部1983年推廣 的AgWC12C3/AgW50體系電接觸材料。
[0004] 銀鎢是以鎢為骨架的含銀燒結(jié)觸頭材料，其燒結(jié)材料將銀的高導電率、導熱率與 高熔點金屬鎢的高硬度、抗熔焊、材料轉(zhuǎn)移小、高燒損性結(jié)合為一體，因而通斷過程的機械 磨損也比其它材料小。但銀鎢觸頭材料接觸電阻不穩(wěn)定，在使用過程中有溫升逐漸升高的 現(xiàn)象。大量研究表明，這是由于在分斷過程中，觸頭表面材料中生成氧化鎢或鎢酸鹽的原 因，因而很多國家提出用難熔化合物來替代鎢。其中碳化鎢是極好的一個選擇。銀炭化鎢 材料硬度極高，極耐磨損，接觸電阻略高于銀鎢，很穩(wěn)定，由于電弧作用時游離碳起著還原 作用，防止氧化層形成，耐電弧作用好，因而燒損少，熔焊傾向小。但銀碳化鎢材料中碳化鎢 容易發(fā)射熱電子，在一定程度上了對材料的電流分斷能力造成負面影響。
[0005] 為了解決這個問題，日本采用了加入部份碳化釩的方案，但相關(guān)資料很少，據(jù)公開 資料中介紹，日本采用了外加壓力方式進行生產(chǎn)，這種生產(chǎn)方式，需要大型設備，生產(chǎn)效率 沒有足夠數(shù)據(jù)支持。美國的西屋電氣公司研究用WC.TiC的固溶體代替碳化鎢作為銀基電 接觸材料中的高熔點添加物，取得了美國專利，生產(chǎn)工藝未見報道，且未見批量生產(chǎn)的報 道，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：AgTiC混合物作為電觸頭材料，有較低的接觸電阻，但是缺乏強度，且制造 相當困難，原因就是Ag與TiC潤濕性差，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品相對密度低，強度低，電阻率高。 [0006] 電觸頭的性能除取決于材料成份外，在很大程度上取決于其制造工藝及組織的控 制。對于AgWCC系觸頭材料，傳統(tǒng)的制造工藝是機械混粉固相燒結(jié)復壓，由于各相之問比重 相差懸殊（石墨的密度為2. 24g/cm3,碳化鎢的密度是15. 5g/cm3,銀的密度是10. 5g/cm3) 且相互之問浸潤性差，經(jīng)機械混合后，難免存在一定程度的成份偏析和顆粒聚集，從而影響 了觸頭的性能，AgWCC材料的燒結(jié)是在銀的熔化溫度下進行的，銀和碳化鎢及石墨等熔點懸 殊，并且相互之問既不固溶也不潤濕，因此銀與碳化鎢及石墨之問不能允分燒結(jié)，碳化鎢、 石墨與銀之問可能存在微細縫隙，這樣的微觀組織不僅會使材料的電阻率上升而且組織疏 松，結(jié)構(gòu)強度低下，在熱電弧和氣流作用下，燒蝕、飛濺、磨損都會增加。
[0007] Ag與（W.Ti)C潤濕性差，采用日常工藝生產(chǎn)出的材料，氣體含量高，材料的電性能 潛力無法得到有效的發(fā)揮。為了降低材料的含氣量，采用了較大粒徑的（WC.TiC)顆粒，會 造成材料抗電弧燒損能力的很大的分散性，限制了材料的性能潛力的發(fā)揮。
[0008] 在孫明《觸頭材料的電弧侵蝕特性及其數(shù)學模型研究》（博士學位論文西安交通 大學）；王可健《電觸頭材料的分斷電弧侵蝕研究》（博士學位論文西安交通大學）；徐堅 《汽車繼電器用AgMeO電觸頭材料抗熔焊行為的研究》（博士論文）中，分別談到電弧與觸 頭相到作用過程及機理，并建立了硬質(zhì)相粒度與相互間距對材料在電弧作用下的響應行為 之數(shù)學模型，根據(jù)這上數(shù)學模型，硬質(zhì)相粒度間距在一定范圍時，材料能表現(xiàn)出最好的綜合 性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 本發(fā)明的目的要解決上述技術(shù)問題，提供一種抗電弧燒損能力好，能提高材料的 綜合性能，降低貴金屬銀用量的新型電接觸材料及制備工藝。
[0010] 為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采取了如下的技術(shù)解決方案：新型電接觸材料及制 備工藝，其特征在于：所述新型電接觸材料包括作為動觸頭的Ag(W.Ti)C42C〇3RE0. 1和 作為靜觸頭的Ag(W.Ti)C19C2。
[0011] 所述作為動觸頭的Ag(W.Ti)C42Co3RE0. 1，原料質(zhì)量百分比為：銀53?55%， (W.Ti)C41 ?45%，鈷 2. 5 ?3. 5%，添加物 0· 05 ?0· 2%。
[0012] 所述添加物是釔、鈰、鑭中的一種或幾種。
[0013] 所述作為動觸頭的Ag(W.Ti)C42C〇3RE0. 1制備工藝，步驟如下： A、 沉積金屬鈷，通過化學法在（W.Ti)C顆粒表面沉積一層金屬鈷，形成復合粉末，在 600?750度氫氣保護下熱處理； B、 化學鍍，對上述復合粉末按如下流程處理：堿處理、敏化處理、活化處理、化學鍍；在 化學鍍過程中，形成以（W.Ti)C為核心，銀包覆在（W.Ti)C粉表面的精細結(jié)構(gòu)，銀層厚度控 制在 0. 1 ?0. 2μπι; C、 熱處理，化學鍍后粉末立即進行480?650度氫氣保護下的熱處理，熱處理后粒度在 2?4. 5μm之間，銀與（W.Ti)C粒結(jié)在一起形成較大的顆粒；因兩種成分的粘接在一起，保 證材料最終組織中（W.Ti)C之間的距離和均勻性； D、 合格粉末成型，控制尺寸參數(shù)，對成型后的坯體進行預燒處理，預燒處理采取電火花 燒結(jié)技術(shù)，溫度短時達到l〇〇〇°C?1050°C的高溫，并快速冷卻；坯體經(jīng)預燒后，銀與保碳化 鎢碳化鈦固溶體顆粒已經(jīng)處于良好的浸潤狀態(tài)下； E、 熔滲銀加入微量稀土，將銀重新熔煉，向其中加入0. 1%的Y稀土，將合格銀材壓力加 工，最后沖壓成計算好重時的銀片，與步驟D所述坯料熔滲，可在氫氣或真空環(huán)境下熔滲， 熔滲后坯料進行壓力加工，經(jīng)檢驗合格即為成品。
[0014] 所述作為靜觸頭的Ag(W.Ti)C19C2,原料質(zhì)量百分比為：銀78?81%，（W.Ti)C 17?20%，石墨1?3%，添加物0· 05?0· 15%。
[0015] 所述添加物是鈷、鎵、鋰中的一種或幾種。
[0016] 所述作為靜觸頭的Ag(W.Ti)C19C2制備工藝如下： A、 采用化學鍍工藝在（W.Ti)C表面全量鍍銀得復合粉末； B、 復合粉末熱處理，溫度為450°C?650°C; C、 成型及熱處理； D、冷壓復成品。
[0017] 所述（W.Ti)C粒度為0. 7?4μm;在最終材料間距為0. 1?0. 7μm。
[0018]本發(fā)明用Ag(W.Ti)C19C2/Ag(W.Ti)C42Co3REO. 1 體系取代了AgWC12C3/AgW50 體系電接觸材料；用碳化鎢碳化鈦固溶體取代銀碳化鎢石墨材料的碳化鎢和銀鎢材料中的 鎢成分，并采用化學鍍技術(shù)在（w.Ti)C粉體的表面鍍銀制成AgAw.Ti)C復合粉末，經(jīng)粉末 冶金工藝制成新型復合電接觸材料；改善了材料的抗電弧燒損能力，同時化學鍍的方法改 進了銀與（W.Ti)C組元間的結(jié)合狀況；降低了復合材料的密度，在同樣體積情況下，所耗用 材料降低，尤其是降低了貴金屬銀的用量；作為中強電流等級的觸頭材料具有優(yōu)良的性能， 推廣應用具有良好的經(jīng)濟和社會效益。
【具體實施方式】
[0019] 下面對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限制： 具體實施時，材料八8(1.11)(：1902/^8(1.11)〇42&)3 1?0.1作空氣斷路器的靜/動觸 頭配對使用。
[0020] 實施例一、作為動觸頭的Ag(W.Ti)C42C〇3RE0. 1，原料質(zhì)量百分比為：銀53? 55%，（W.Ti)C41?45%，鈷2. 5?3. 5%，添加物0. 05?0. 2% ;添加物是釔、鈰、鑭中的一種 或幾種；(W.Ti)C粒度為0. 7?4μm;在最終材料間距為0. 1?0. 7μm。
[0021] 作為動觸頭的Ag(W.Ti)C42Co3REO. 1制備工藝，步驟如下： A、 沉積金屬鈷，通過化學法在（W.Ti)C顆粒表面沉積一層金屬鈷，形成復合粉末，在 600?750度氫氣保護下熱處理； B、 化學鍍，對上述復合粉末按如下流程處理：堿處理，敏化處理，活化處理，化學鍍；在 化學鍍過程中，形成以（W.Ti)C為核心，銀包覆在（W.Ti)C粉表面的精細結(jié)構(gòu)，銀層厚度控 制在 0. 1 ?0. 2μπι; C、 熱處理，化學鍍后粉末立即進行480?650度氫氣保護下的熱處理，熱處理后粒度在 2?4. 5μm之間，銀與（W.Ti)C粒結(jié)在一起形成較大的顆粒；因兩種成分的粘接在一起，保 證材料最終組織中（W.Ti)C之間的距離和均勻性； D、 合格粉末成型，控制尺寸參數(shù)，對成型后的坯體進行預燒處理，預燒處理采取電火花 燒結(jié)技術(shù)，溫度短時達到l〇〇〇°C?1050°C的高溫，并快速冷卻；坯體經(jīng)預燒后，銀與保碳化 鎢碳化鈦固溶體顆粒已經(jīng)處于良好的浸潤狀態(tài)下； E、 熔滲銀加入微量稀土，將1#銀重新熔煉，向其中加入0. 1%的Y稀土，將合格銀材壓 力加工，最后沖壓成計算好重時的銀片，與步驟D所述坯料熔滲，可在氫氣或真空環(huán)境下熔 滲，熔滲后坯料進行壓力加工，經(jīng)檢驗合格即為成品。
[0022] 具體參數(shù)如下表：
【權(quán)利要求】
1. 新型電接觸材料及制備工藝，其特征在于：所述新型電接觸材料包括作為動觸頭的 Ag(W. Ti)C 42Co3 REO. 1 和作為靜觸頭的 Ag(W. Ti)C19C2。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電接觸材料及制備工藝，其特征在于：所述作為動觸頭 的 Ag (W. Ti) C 42Co3 REO. 1，原料質(zhì)量百分比為：銀 53 ?55%，（W. Ti) C 41 ?45%，鈷 2. 5 ? 3. 5%，添加物 0? 05 ?0? 2%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型電接觸材料及制備工藝，其特征在于：所述添加物是釔、 鈰、鑭中的一種或幾種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型電接觸材料及制備工藝，其特征在于：所述作為動觸頭 的Ag(W.Ti)C 42Co3 REO. 1制備工藝，步驟如下： A、 沉積金屬鈷，通過化學法在（W. Ti) C顆粒表面沉積一層金屬鈷，形成復合粉末，在 600?750度氫氣保護下熱處理； B、 化學鍍，對上述復合粉末按如下流程處理：堿處理、敏化處理、活化處理、化學鍍；在 化學鍍過程中，形成以（W. Ti) C為核心，銀包覆在（W. Ti) C粉表面的精細結(jié)構(gòu)，銀層厚度控 制在 0. 1 ?0. 2 ii m ; C、 熱處理，化學鍍后粉末立即進行480?650度氫氣保護下的熱處理，熱處理后粒度在 2?4. 5 ii m之間，銀與（W. Ti ) C粒結(jié)在一起形成較大的顆粒； D、 合格粉末成型，控制尺寸參數(shù)，從而控制最后成品的銀含量，對成型后的坯體進行預 燒處理，預燒處理采取電火花燒結(jié)技術(shù)，溫度短時達到l〇〇〇°C?1050°C的高溫，并快速冷 卻； E、 熔滲銀加入微量稀土，將銀重新熔煉，向其中加入0. 1%的Y稀土，將合格銀材壓力加 工，最后沖壓成計算好重時的銀片，與步驟D所述坯料熔滲，可在氫氣或真空環(huán)境下熔滲， 熔滲后坯料進行壓力加工，經(jīng)檢驗合格即為成品。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電接觸材料及制備工藝，其特征在于：所述作為靜觸頭 的Ag (W. Ti) C19C2,原料質(zhì)量百分比為：銀78?81%，（W. Ti)C 17?20%，石墨1?3%，添加 物 0? 05 ?0? 15%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型電接觸材料及制備工藝，其特征在于：所述添加物是鈷、 鎵、鋰中的一種或幾種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型電接觸材料及制備工藝，其特征在于：所述作為靜觸頭 的Ag (W. Ti) C19C2制備工藝，步驟如下： 采用化學鍍工藝在（W.Ti)C表面全量鍍銀得復合粉末； 復合粉末熱處理，溫度為450°C?650°C ; 成型及熱處理； 冷壓復成品。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的新型電接觸材料及制備工藝，其特征在于：所述（W. Ti) C粒度為0. 7?4 ii m ;在最終材料間距為0. 1?0. 7 ii m。
【文檔編號】H01H1/0237GK104493164SQ201410845872
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】宋和明, 胡登偉 申請人:靖江市海源有色金屬材料有限公司