一種銅基電接觸復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種銅基電接觸復(fù)合材料及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電接觸材料是開關(guān)電器和電子儀器儀表中非常重要的元件，直接起到分斷和接通 電路的作用W及承受正常工作電流的功能，其性能對開關(guān)電器能否正常運行和使用壽命長 短有至關(guān)重要的作用。銅銘材料早在20世紀(jì)屯十年代就已經(jīng)開始應(yīng)用于真空開關(guān)，主要應(yīng) 用于真空中高壓大電流，銅銘合金研究居多而對于銅銘復(fù)合材料的研究相對較少。含有銅、 銘、碳化鶴的合金，性能較好，現(xiàn)有技術(shù)中，公開號為CN1070432A的"一種耐磨導(dǎo)電合金材 料及其制品"公開了一種耐磨導(dǎo)電合金材料，該材料組分的重量含量為2-4%WC，20-70% W，20-50%Cu, 0. 1-4%Co,還可W加入0. 1-1 %Ni或0. 5-2%Cr，該合金材料具備良好的耐 磨性和導(dǎo)電性。
[0003] 傳統(tǒng)的制備銅銘復(fù)合材料的主要方法有混粉燒結(jié)法、烙滲法、粉末冶金法和內(nèi)氧 化法等。銅銘復(fù)合材料雖然兼有銅、銘的優(yōu)點，但也有相應(yīng)的缺點。由于純銅強度較低，一般 低于200MPa，導(dǎo)致無論采用烙滲法還是粉末燒結(jié)法制備的復(fù)合材料，不僅制備過程復(fù)雜，周 期長而且強度、電導(dǎo)率等性能難W達到使用要求?，F(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合鍛、合金化對銅基電接 觸材料組織及性能的影響"（牟振，復(fù)合鍛、合金化對銅基電接觸材料組織及性能的影響，濟 南大學(xué)，2014年。）記載了一種銅基電接觸材料及其制備方法：將質(zhì)量百分比為4%的鋒粉、 0~10%的碳化鶴粉、余量為銅粉的混合粉末球磨均勻，時間為30min，球料比為15:1，后在 200噸液壓機上，壓制成巧，壓制壓力500MPa，保壓時間2min，然后在管式爐真空（IOPa)環(huán) 境下進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為800°C，燒結(jié)時間為60min。得到的銅基電接觸復(fù)合材料的致密 度在84~89%之間，材料硬度在35~54皿之間，IACS值在40~51 %之間，采用40A阻 性交變電流，電壓54V，開閉20000次，燒蝕失重在0. 2~0. 7%之間。該材料是含有鋒的銅 基材料，其材料的致密度、硬度及導(dǎo)電性能還不能滿足使用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的第一個目的在于提供一種銅基電接觸復(fù)合材料，該銅基電接觸復(fù)合材料 致密度高、組織均勻，而且具有較高的電導(dǎo)率和較好的抗電弧侵蝕性。 陽〇化]本發(fā)明的第二個目的在于提供一種銅基電接觸復(fù)合材料的制備方法，解決現(xiàn)有制 備方法燒結(jié)所需時間過長、耗能大和晶粒容易長大的問題。
[0006] 為實現(xiàn)W上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 一種銅基電接觸復(fù)合材料，由W下質(zhì)量百分比的組分組成：銘10%~30%、碳化 鶴1%~5%，余量為銅。
[0008] 本發(fā)明的銅基電接觸復(fù)合材料，致密度高、組織均勻、而且具有較高的電導(dǎo)率和較 好的抗電弧侵蝕性。
[0009] 所述銅基電接觸復(fù)合材料，是將銘粉、碳化鶴粉與銅粉混合后，將混合粉末進行放 電等離子燒結(jié)（SP巧制備的。
[0010] 一種上述的銅基電接觸復(fù)合材料的制備方法，包括W下步驟：
[0011] 1)取配方量的銘粉、碳化鶴粉和銅粉，混合均勻，得混合物；
[0012] 2)將步驟1)所得混合物置于模具中，在真空或保護氣氛下進行放電等離子燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為850~1000°C，施加壓力為20~50MPa，燒結(jié)保溫時間為3~lOmin，后冷卻即 得。 陽01引步驟1)中，所述銘粉的粒度為35~150ym;所述碳化鶴粉的粒度為10~50ym; 所述銅粉的粒度為300~500目。
[0014] 所述銘粉是由粒徑范圍為50~200ym、中位粒度為100ym的原料銘粉經(jīng)球磨制 得的；所述碳化鶴粉是由粒徑范圍為30~80ym、中位粒度為50ym的原料碳化鶴粉經(jīng)球 磨制得的；所述球磨的轉(zhuǎn)速為40化/min,球磨的時間為10~20h，球料質(zhì)量比為15:1。所 述球磨為高能球磨。通過對銘粉和碳化鶴粉的球磨，使得原料粒徑尺寸配比均勻、合理，有 利于氣孔的減少，使得致密度增加，有利于燒結(jié)。
[0015] 步驟1)中，所述混合為球磨混合，所述球磨混合所用磨球為紫銅球，球料質(zhì)量比 為10:1。采用紫銅球進行球磨混合，保證粉料不發(fā)生團聚現(xiàn)象，易于混合均勻。
[0016] 步驟2)中，所述模具為石墨模具。
[0017] 步驟2)中，將所得混合物置于模具中時，在模具墊片與混合物之間墊一層石墨 紙。為便于燒結(jié)后產(chǎn)品的取出，可在模具墊片與原料混合物之間墊一層石墨紙W保證燒結(jié) 后順利脫模，并且還能夠保護樣品表面的平整，同時延長模具的使用壽命。
[0018] 步驟2)中，所述放電等離子燒結(jié)過程中，將燒結(jié)爐腔抽真空到5化時開始加熱，W 100°C/s的速度到650°C，保溫1~3min后，再W100°C/s的速度升溫至燒結(jié)溫度850~ IOOCTC。
[0019] 步驟2)中，所述保護氣氛為氣氣。
[0020] 所得銅基電接觸復(fù)合材料經(jīng)冷擠壓變形、熱擠壓變形或社制變形加工成電接觸元 件。
[0021] 本發(fā)明的銅基電接觸復(fù)合材料的制備方法，將微米級的銘粉、碳化鶴粉和銅粉混 合后，采用放電等離子燒結(jié)工藝制備銅銘碳化鶴復(fù)合材料；所得銅基復(fù)合材料既有銘的高 強度、高烙點，又有碳化鶴良好的導(dǎo)電性和耐磨性，W及銅的較高導(dǎo)電、導(dǎo)熱率；該制備方法 可控環(huán)保，工藝相對簡單，生產(chǎn)成本相對低廉而且生產(chǎn)周期短，實現(xiàn)了抗電弧侵蝕性能、抗 烙焊能力、強度、導(dǎo)電率性能高的電接觸復(fù)合材料的制備，適合推廣應(yīng)用。
[0022] 本發(fā)明的銅基電接觸復(fù)合材料的制備方法中，為了防止銅晶粒的長大，通過放電 等離子燒結(jié)工藝（SP巧制備銅銘碳化鶴復(fù)合材料。SPS的特點在于其燒結(jié)過程不僅具有熱 壓燒結(jié)的焦耳熱和加壓造成塑性變形促進燒結(jié)，而且還在顆粒間產(chǎn)生直流脈沖電壓，使顆 粒間產(chǎn)生放電，激發(fā)等離子體，等離子體的高速運動伴隨著極高的溫度，促進粉末顆粒原子 的擴散，短時間內(nèi)即可完成燒結(jié)，避免晶粒長大。此外，脈沖放電產(chǎn)生的放電沖擊波W及電 子、離子在電場中反方向的高速運動，可W使得粉末吸附的氣體逸散，粉末表面的起始氧化 膜在一定程度上被擊穿，使粉末得W凈化、活化，同時也促進燒結(jié)。
[0023] 進一步的，將銘粉和碳化鶴粉進行高能球磨，增加了銘和碳化鶴的表面積，有利于 和銅粉充分結(jié)合。
[0024]與傳統(tǒng)工藝過程相比，本發(fā)明的制備方法極大地縮短了復(fù)合材料的生產(chǎn)周期，細 化了晶粒，同時也保證了銘和碳化鶴顆粒與銅基體的良好的結(jié)合，可簡單快速制備出組織 中孔桐較少的銅基電接觸復(fù)合材料。試驗證明，本發(fā)明所得銅基電接觸復(fù)合材料的致密度 為95. 2 %~96 %，材料硬度為79~83HV，電導(dǎo)率為54. 3 %~56 %IACS，將所得復(fù)合材料 線切割及冷加工變形制備成電接觸元件，在30V、30A條件經(jīng)過20000次閉開電接觸試驗后， 質(zhì)量損失率為0. 30 %~0. 76 %;該銅基電接觸復(fù)合材料致密度高、組織均勻，而且具有較高 的電導(dǎo)率和較好的抗電弧侵蝕性。
【具體實施方式】
[00巧]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。 陽0%] 實施例1
[0027] 本實施例的銅基電接觸復(fù)合材料，由W下質(zhì)量百分比的組分組成：銘20%、碳化 鶴3 %,余重為銅。
[002引本實施例的銅基電接觸復(fù)合材料的制備方法，包括W下步驟：
[0029] 1)取粒徑范圍為50~200ym、中位粒度為100ym的原料銘粉和粒徑范圍為30~ 80ym、中位粒度為50ym的原料碳化鶴粉，分別置于高能球磨機罐中，按照球料質(zhì)量比為 15:1的比例加入研磨球進行球磨，球磨機的轉(zhuǎn)速40化/min,球磨時間為15h，分別得到粒度 為35~150ym的銘粉和10~50ym的碳化鶴粉；
[0030] 2)按配方量取步驟1)球磨所得銘粉、碳化鶴粉和400目的銅粉，在Y型混料機內(nèi) 充分混合均勻，得混合物；
[0031] 3)將步驟2)所得混合物置于石墨模具內(nèi)（石墨模具墊片與混合物之間放置一層 石墨紙），然后放入放電等離子燒結(jié)爐內(nèi)，抽真空到5化時開始加熱，W100°C/s的速度到 650°C，保溫2min后，再W100°C/s的速度升溫至950°C，施加壓力為30MPa，保溫8min，隨 爐冷卻后，取出即得所述銅基電接觸復(fù)合材料。
[0032] 將實施例1制得的銅基電接觸復(fù)合材料進行物理性能測試，測得致密度為96%， 硬度為82HV，電導(dǎo)率為56%IACS;將所得復(fù)合材料線切割及冷加工變形制備成電接觸元 件，在30V、30A條件經(jīng)過20000次閉開電接觸試驗后，質(zhì)量燒蝕率為0. 34%。 陽〇3引實施例2
[0034] 本實施例的銅基電接觸復(fù)合材料，由W下質(zhì)量百分比的組分組成：銘10%、碳化 鶴1%，余量為銅。
[0035] 本實施例的銅基電接觸復(fù)合材料的制備方法，包括W下步驟：
[0036] 1)取粒徑范圍為50~200ym、中位粒度為100ym的原料銘粉和粒徑范圍為30~ 80ym、中位粒度為50ym的原料碳化鶴粉，分別置于高能球磨機罐中，按照球料質(zhì)量比為 15:1的比例加入研磨球進行球磨，球磨機的轉(zhuǎn)速4(K)r/min，球磨時間為lOh，分別得到粒度 為35~150ym的銘粉和10~50ym的碳化鶴粉；
[0037] 2)按配方量取步驟1)球磨所得銘粉、碳化鶴粉和300目的銅粉，在Y型混料機內(nèi) 充分混合均勻，得混合物；
[0038] 3)將步驟2)所得混合物置于石墨模具內(nèi)（石墨模具墊片與混合物之間放置一層 石墨紙），然后放入放電等離子燒結(jié)爐內(nèi)，抽真空到5化時開始加熱，W100°C/s的速度到 650°C，保溫Imin后，再W100°C/s的速度升溫至850°C，施加壓力為20MPa，保溫5min，隨 爐冷卻后，取出即得所述銅基電接觸復(fù)合材料。
[0039]將實施例2制得的銅基電接觸復(fù)合材料進行物理性能測試，測得致密度為 95. 2%，硬度為79HV，電導(dǎo)率為54. 3%IACS;將所得復(fù)合材料線切割及冷加工變形制備成 電接觸元件，在30V、30A條件經(jīng)過20000次閉開電接觸試驗后，質(zhì)量燒蝕率為0. 42%。 W40]