一種銅基無銀觸頭及其制備方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及電接觸元件，尤其是一種銅基無銀觸頭及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，電接觸元件制造材料主要是銀基復(fù)合材料。其具備較好的耐電磨損、抗熔焊性、電弧侵蝕性和導(dǎo)電性的特點(diǎn)，而因此廣泛用于從幾伏到上千伏多級電壓電器中。在實(shí)際應(yīng)用已形成產(chǎn)業(yè)化的AgCdO、AgNi, Agff, AgC四大系列銀基觸頭材料，最典型的材料為AgCdO, AgCdO由于具有上述一系列優(yōu)良的性能被稱為萬能觸點(diǎn)。但AgCdO材料在使用過程中不可避免的會產(chǎn)生“鎘毒，而且由于此材料價(jià)格高，并且使用過程中對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此有必要研制新的廉價(jià)且無污染的新型無銀觸頭材料取代傳統(tǒng)的銀基材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種成本低且無污染的銅基無銀觸頭及其制備方法。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種銅基無銀觸頭及其制備方法，銅基無銀觸頭的配方按重量百分?jǐn)?shù)配比如下:銅 65-85% ;鎳 10-35% ；Ig 3-9% ；0.5-1.5% ;鉻 0.2-0.5% ;稀土0.05-0.1%。
[0005]本發(fā)明的銅基無銀觸頭的最優(yōu)配比中:所述的銅的重量百分比為65%，所述的鎳的重量百分比鎳28%
本發(fā)明采用的銅基無銀觸頭的其制備方法:
有色金屬及中間合金混合一熔煉一澆注一固溶軟化處理一熱乳一熱處理一機(jī)械加工一沖壓落料一時效處理一檢驗(yàn)包裝成品。
[0006]用電解銅(純度>99.7% )、鎳(純度>99.7% )、銀(1#銀(純度>99.99% )在冶金中頻冶煉爐混合熔煉，在精煉前加入稀土。為防止由于金屬燒損、氧化、揮發(fā)而導(dǎo)致的成分偏差。并于熔煉過程中采用石墨粉和玻璃的混合物作為覆蓋劑。溫度1450°C ~1650°C，熔煉20~30分鐘，在精煉前加入稀土，精煉5分到10分鐘，再澆注。
[0007]熔煉后的合金加組織粗大，加工性能很差，需要均勻化處理，將合金成分熔入基體銅中，形成過飽和固熔體，以改善加工性能，在980°C ~1080°C之間固溶處理20~60小時，然后快速冷卻。
[0008]落料后的產(chǎn)品需要進(jìn)行時效處理，在430°C ~580°C之間固溶處理2~8小時，產(chǎn)品組織中形成均勻彌撒分布的析出物，產(chǎn)品導(dǎo)電性能得到大幅度提高。
[0009]本發(fā)明具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐電弧燒損、抗熔焊、同時抗氧化性能優(yōu)異、接觸電阻低且性能穩(wěn)定并且符合歐盟《關(guān)于在電氣電子設(shè)備中限制使用某些有毒物質(zhì)指令》(ROHS)的要求。
【具體實(shí)施方式】
[0010]在金屬材料中導(dǎo)電性能、導(dǎo)熱性能以及抗電弧性能與銀相近的金屬是銅，因此以銅作為基礎(chǔ)材料開發(fā)電接觸元件，但銅容易氧化是其最大的弱點(diǎn)。但銅合金卻具有較好的抗氧化的能力，其中銅鎳系列合金在多個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，因此考慮以其為基礎(chǔ)材料，添加提高強(qiáng)度擴(kuò)燒損的的成分來提高其綜合性能。
[0011]彌散強(qiáng)化類型合金，是根據(jù)在常溫下合金元素從固溶體中彌散均勻析出強(qiáng)化的特點(diǎn)應(yīng)用于電接觸元件中。彌散強(qiáng)化銅合金在工程中的應(yīng)用己顯現(xiàn)出非常明顯的優(yōu)越性。各種特殊用途的銅合金研制成功并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，使生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量大大提高，特別是近十幾年來對含Cr、Mo、Ag等元素合金機(jī)制研究的深化，發(fā)展了含低Cr、Ag稀土等元素的銅合金，大大改善了觸頭的使用性能。
[0012]根據(jù)使用要求，擬采用在銅鎳基體中添加一定的合金元素，以形成固溶體或過飽和固溶體，達(dá)到便于加工的目的。時效處理后，過飽和固溶體分解，大量的合金元素以沉淀相析出在銅基體中，導(dǎo)電率迅速提高，同對由于時效析出相的強(qiáng)化作用，從而獲得高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能兼?zhèn)涞你~合金的設(shè)計(jì)方案。固溶元素對銅的電學(xué)性能影響不大的元素主要有Ag、Cd、N1、Cr、Zr、Mg、Co等。其中比較理想的元素有Ag、Cd元素，少量加入Ag、cd元素后對銅的導(dǎo)電率幾乎不產(chǎn)生影響。然而，正如前面所述，Cd是有毒元素，易對環(huán)境造成污染，也限制了它的使用，在銅中的溶解度隨溫度降低而減小，從而有沉淀硬化效果的合金元素主要有cr、Zr、Be、Fe、Nb、Co等。其中Cr在銅合金中的沉淀硬化效果強(qiáng)烈，尤其是時效以后銅合金的導(dǎo)電率可以恢復(fù)到一個較高水平。以此依據(jù)，借鑒觸頭設(shè)計(jì)特點(diǎn)，通過材料制備工藝的篩選，本發(fā)明選擇了良好的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能以及抗電弧性能的少量高熔點(diǎn)N1、Mo、Ag、Cr以及微量稀土等元素來研制出一種新型銅基無銀觸頭材料。
[0013]最終配方按重量百分?jǐn)?shù)配比為:銅65-85% M 10-35% ;鉬3-9% ;銀0.5-1.5% ;絡(luò)0.2-0.5% ;稀土 0.05-0.1%
本發(fā)明采用的銅基無銀觸頭的其制備方法:
步驟1、將鎳、鉬熔煉成中間合金；
步驟2、將銅、銀、鉻與中間合金混合；
步驟3、將所述步驟2中的混合合金進(jìn)行熔煉，熔煉溫度1450 °C ~1650°C，熔煉處理20-30分鐘；
步驟4、加入稀土，5分到10分鐘后澆注；
步驟5、固溶軟化處理，固溶溫度980°C ~1080°C，固溶處理20~60小時；
步驟6、熱處理；
步驟7、機(jī)械加工；
步驟8、時效處理，時效溫度430°C ~580°C，時效處理2~8小時小時；
步驟9、檢驗(yàn)包裝。
[0014]特別地，所述的步驟3中，采用石墨粉和玻璃的混合物作為熔煉覆蓋劑。
[0015]特別地，所述的步驟3中，熔煉溫度1500°C，熔煉處理25分鐘。
[0016]進(jìn)一步地，所述的步驟5中，固溶溫度1050°C，固溶處理52小時。
[0017]更進(jìn)一步地，所述步驟8中，時效溫度500°C，時效處理3小時。
[0018]鑄態(tài)銅合金材料性能較差，尤其不利于加工成形，需進(jìn)行一定的熱處理工藝。對合金進(jìn)行一系列的熱處理實(shí)驗(yàn)，研究組織結(jié)構(gòu)變化和硬度變化曲線，確定合金的固溶時間、時效溫度和時間等熱處理參數(shù)。對合金的結(jié)構(gòu)形貌特征進(jìn)行詳細(xì)分析，并對不同狀態(tài)下合金的力學(xué)性能和電學(xué)性能影響進(jìn)行了試驗(yàn)對比。結(jié)果表明，經(jīng)過固溶處理后，硬度降低，合金具有良
好延展性，便于冷變形加工，其組織呈枝狀或穿晶組織明顯消除，成為單一固溶體，但接觸電阻仍偏大，需要進(jìn)行時效處理。時效處理后合金組織內(nèi)形成大量的彌散、均勻分布的析出相，處理將使銅合金的機(jī)械性能獲得很大提高的同時，接觸電阻在幅度下降，顯著提高了合金的電氣壽命，達(dá)到強(qiáng)度與電性能的良好配合，合金處于最佳時效狀態(tài)。其導(dǎo)電性能不低于銀基或含鎘的電接觸材料，有望取代AgCdO觸頭。采用一定的熱處理工藝后，它將是一種應(yīng)用前景較好的電接觸功能材料。
[0019]最佳實(shí)施例:用65%電解銅(純度>99.7% )、鎳鉬中間合金、28的鎳(純度>99? 7% );銀(1#銀(純度>99.99% )及鉻分批加入，在1500°C熔煉25分鐘，加入稀土，精煉8分鐘，澆注。在1050°C均勻化處理52小時，熱乳成8毫米，冷乳成2毫米，沖壓落料成10X15的產(chǎn)品，在500°C時效處理3小時，檢驗(yàn)包裝。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種銅基無銀觸頭及其制備方法，其特征在于:銅基無銀觸頭的配方按重量百分?jǐn)?shù)配比如下，銅 65-85% M 10-35% ;鉬 3-9% M 0.5-1.5% ;鉻 0.2-0.5% ;稀土 0.05-0.1%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅基無銀觸頭及其制備方法，其特征在于:所述的銅的重量百分比為65%，所述的鎳的重量百分比鎳28% 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅基無銀觸頭及其制備方法，其特征在于:本發(fā)明采用的銅基無銀觸頭的其制備方法: 步驟1、將鎳、鉬熔煉成中間合金； 步驟2、將銅、銀、鉻與中間合金混合； 步驟3、將所述步驟2中的混合合金進(jìn)行熔煉，熔煉溫度1450 °C ~1650°C，熔煉處理20-30分鐘； 步驟4、加入稀土，5分到10分鐘后澆注； 步驟5、固溶軟化處理，固溶溫度980°C ~1080°C，固溶處理20~60小時； 步驟6、熱處理； 步驟7、機(jī)械加工； 步驟8、時效處理，時效溫度430°C ~580°C，時效處理2~8小時小時； 步驟9、檢驗(yàn)包裝。3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銅基無銀觸頭及其制備方法，其特征在于:所述的步驟3中，采用石墨粉和玻璃的混合物作為熔煉覆蓋劑。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銅基無銀觸頭及其制備方法，其特征在于:所述的步驟3中，熔煉溫度1500°C，熔煉處理25分鐘。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銅基無銀觸頭及其制備方法，其特征在于:所述的步驟5中，固溶溫度1050°C，固溶處理52小時。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銅基無銀觸頭及其制備方法，其特征在于:所述步驟8中，時效溫度500°C，時效處理3小時。
【專利摘要】一種銅基無銀觸頭及其制備方法，銅基無銀觸頭的配方按重量百分?jǐn)?shù)配比如下：銅65~85%；鎳10~35%；鉬3~9%；銀0.5~1.5%；鉻0.2~0.5%；稀土0.05~0.1%，其制備方法？：有色金屬及中間合金混合一熔煉一澆注一固溶軟化處理一熱軋一熱處理一機(jī)械加工一沖壓落料一時效處理—檢驗(yàn)包裝成品。本發(fā)明具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐電弧燒損、抗熔焊、同時制造成本低，無毒無污染。
【IPC分類】C22C1/03, C22C9/06
【公開號】CN105063417
【申請?zhí)枴緾N201510434364
【發(fā)明人】宋和明, 胡登偉
【申請人】靖江市海源有色金屬材料有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月23日