專利名稱：銀基電接觸復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及銀基電接觸復(fù)合材料，特別是由銅等金屬纖維增強(qiáng)的銀基電接觸復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
電接觸材料已有100多年的發(fā)展歷史，最初的電接觸材料為Cu、Ag、Au、Pt等純金屬?，F(xiàn)在以Cu、Ag、Au、Pt、Pd為基材的合金、復(fù)合材料等為主，廣泛應(yīng)用于電觸點(diǎn)。在所有金屬中，Ag的導(dǎo)電率最高、導(dǎo)熱性最好。并且具有相當(dāng)高的比熱、良好的機(jī)械加工性能等特點(diǎn)。在大氣條件下不氧化，能保持穩(wěn)定的接觸電阻。因此，Ag基材料是電子電器工業(yè)中應(yīng)用最廣的電接觸材料。但是純Ag抗硫化能力差、硬度低、易冷熔焊、在直流電下工作有材料轉(zhuǎn)移傾向。為此，人們研究了大量的具有較高力學(xué)性能和耐磨性能，而電學(xué)性能變化不大的Ag基合金材料和銀基復(fù)合材料來(lái)克服上述缺點(diǎn)。上世紀(jì)40年代以來(lái)采用AgCu、AgAu、AgCd等合金。60年代以來(lái)發(fā)展了多元貴金屬合金和各種形式的復(fù)合材料。目前，已研制出的低壓電接觸材料有數(shù)百種，但是能在實(shí)際中應(yīng)用和工程化的電接觸材料僅有十?dāng)?shù)種。其中AgCdO、AgSnO2、AgZnO等銀-金屬氧化物是較為常用的顆粒增強(qiáng)型復(fù)合材料，它們共同的缺點(diǎn)是材料的抗拉強(qiáng)度和塑性都比較低，在交流220V、15A和直流25V、電流15A條件使用條件下，觸點(diǎn)間發(fā)生嚴(yán)重的金屬轉(zhuǎn)移，相對(duì)于實(shí)際應(yīng)用要求而言仍欠理想。目前，常見(jiàn)的銀-金屬氧化物電接觸復(fù)合材料制備工藝有粉末冶金法、內(nèi)氧化法、共沉淀法等。其共同的一個(gè)缺陷，就是在材料的冷變形加工過(guò)程中，銀-金屬氧化物材料表現(xiàn)出加工硬化快，造成銀-金屬氧化物材料延伸率低、加工成型困難等。
國(guó)內(nèi)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書“一種電接觸復(fù)合材料(公開(kāi)號(hào)CN1468707A，
公開(kāi)日2004年1月21日)”，公開(kāi)的用于制造電器元件的電接觸復(fù)合材料，由銅合金層、復(fù)合在銅合金層上的銀合金層構(gòu)成。其中，銀合金層由含有0.10～6.00％Zn、0.10～15.00％Cu、0.05～2.00％Ni和余量Ag的合金制成。銀合金層層疊復(fù)合在銅合金層的全部表面上，或者鑲嵌復(fù)合在銅合金層的部分表面上。該發(fā)明的復(fù)合材料導(dǎo)電、導(dǎo)熱和機(jī)械強(qiáng)度性能與原有材料相當(dāng)，用于制造微電機(jī)的換向器、開(kāi)關(guān)、電插接件等，使用中對(duì)環(huán)境無(wú)污染，并具有滅弧作用。該文獻(xiàn)公開(kāi)的復(fù)合材料的成分含量不明確，且未涉及材料的物理電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種高塑性、高強(qiáng)度、高電導(dǎo)率的銀基電接觸復(fù)合材料。
本發(fā)明的銀基電接觸復(fù)合材料，由軸向相互平行的復(fù)合絲的外圓柱面相互貼合而成，單根復(fù)合絲的重量百分比成分為Ni10～20、Cu20～40、余量Ag，復(fù)合絲在其軸向橫截面上呈圓形，橫截面由Cu、Ag、Ni同心圓環(huán)相互貼合構(gòu)成，復(fù)合絲在其平行于軸向的柱面上連續(xù)分布有與橫截面同直徑圓環(huán)層金屬相同的金屬。
本發(fā)明的銀基電接觸復(fù)合材料，在Ag層與Cu層之間的界面位置可以包含有AgCu合金相，在Cu層與Ni層之間的界面位置可以包含有CuNi固熔體相，Ag層、Cu層、Ni層的厚度分別優(yōu)選為5～10μm。
上述技術(shù)方案中，單根復(fù)合絲的軸向橫截面由圓心向外的方向?yàn)镃u/Ag/Ni/…Cu/Ag/Ni/…Cu/Ag/Ni、Cu/Ni/Ag/…Cu/Ni/Ag/…Cu/Ni/Ag、Ni/Ag/Cu/…Ni/Ag/Cu/…Ni/Ag/Cu、Ni/Cu/Ag/…Ni/Cu/Ag/…Ni/Cu/Ag、Ag/Cu/Ni/…Ag/Cu/Ni/…Ag/Cu/Ni或Ag/Ni/Cu/…Ag/Ni/Cu/…Ag/Ni/Cu的層狀圓環(huán)分布，其外部柱面使用的材料與軸心部位使用的材料不存在匹配限制，外部柱面使用的材料可以是Cu、Ag、Ni之任一種。軸向相互平行的多根復(fù)合絲的外圓柱面在相互貼合時(shí)，相鄰復(fù)合絲外部柱面使用的材料也不存在匹配限制，即相鄰復(fù)合絲的外部柱面之間可以是Cu/Cu、Ag/Ag、Ni/Ni、Cu/Ag、Cu/Ni或Ag/Ni相同或不同的金屬層相互貼合。
在由多種金屬構(gòu)成的層狀復(fù)合材料中，界面間的擴(kuò)散固溶，是影響復(fù)合材料電導(dǎo)率和強(qiáng)度、硬度的主要因素。擴(kuò)散固溶度高時(shí)，電導(dǎo)率下降；無(wú)擴(kuò)散固溶時(shí)，難于獲得必需的結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明的銀基電接觸復(fù)合材料，根據(jù)具體使用環(huán)境對(duì)材料力學(xué)性能的要求，采用下列工藝技術(shù)，在復(fù)合材料中獲得了的Cu/Ag界面AgCu合金相、Cu/Ni界面CuNi固溶體相，獲得了塑性高、電導(dǎo)率高的復(fù)合材料。尤其是在銀基材中復(fù)合有Cu、Ni金屬纖維，使本發(fā)明的銀基電接觸復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度較之常用的AgSnO2、AgCdO電接觸材料提高近一倍。從表1所示的性能分析結(jié)果來(lái)看，本發(fā)明的銀基電接觸材料具有接觸電阻低、抗拉強(qiáng)度高、塑性較高的特點(diǎn)，且其銀含量較低，有效地降低了產(chǎn)品成本。
本發(fā)明銀基電接觸材料的制備方法，采用下列工藝步驟①制備圓柱形層狀預(yù)復(fù)合錠，層狀預(yù)復(fù)合錠中，圓柱軸向橫截面由圓心向外的方向?yàn)镃u/Ag/Ni/…Cu/Ag/Ni/…Cu/Ag/Ni、Cu/Ni/Ag/…Cu/Ni/Ag/…Cu/Ni/Ag、Ni/Ag/Cu/…Ni/Ag/Cu/…Ni/Ag/Cu、Ni/Cu/Ag/…Ni/Cu/Ag/…Ni/Cu/Ag、Ag/Ni/Cu/…Ag/Ni/Cu/…Ag/Ni/Cu或Ag/Cu/Ni/…Ag/Cu/Ni/…Ag/Cu/Ni的層狀圓環(huán)分布。
②采用間接擠壓方式，也即相對(duì)于模具預(yù)復(fù)合錠處于靜止?fàn)顟B(tài)的反擠壓方式擠壓步驟①所得復(fù)合錠，獲得單根復(fù)合絲。
③將多根軸向相互平行的復(fù)合絲的外圓柱面相互貼合成束，冷拉拔或冷軋制所得復(fù)合絲束至符合最終產(chǎn)品尺寸要求。
另外一種制備本發(fā)明銀基電接觸材料的方法，是將Ag、Cu、Ni原料制成片材，層疊后卷曲成圓柱形復(fù)合錠，拉制成單根復(fù)合絲，集束后拉制成最終產(chǎn)品。
在上述本發(fā)明基礎(chǔ)上，還可以將本發(fā)明的集束型銀基電接觸材料進(jìn)行二次以上集束，即將本發(fā)明獲得的多根銀基電接觸材料絲在沿平行于其軸向的外圓柱面之間相互貼合，之后經(jīng)過(guò)軋制、拉拔獲得復(fù)合集束型銀基電接觸材料。復(fù)合集束型銀基電接觸材料絲的軸向橫截面整體外觀呈圓形，橫截面上包括有Cu、Ag、Ni同心圓環(huán)構(gòu)成的若干個(gè)單絲類圓形截面區(qū)域，還包括有單絲集束后的多絲類圓形截面區(qū)域，以及二次集束復(fù)合后的區(qū)域。
本發(fā)明采用純度不低于99.95％的Cu、Ag、Ni原材料。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1原料經(jīng)過(guò)熔煉、澆注、剪片后，疊合成其軸向橫截面呈Ag/Cu/Ni/…Ag/Cu/Ni/…Ag/Cu/Ni分布的圓柱形錠坯，擠壓拉拔并輔以熱處理，制備成Φ0.5mm的重量百分比Ag40％、Cu40％、Ni20％單根復(fù)合絲材，將所得Ag、Cu、Ni絲材集束制備成復(fù)合錠坯，再經(jīng)過(guò)擠壓，在不退火條件下拉拔成Φ1.5mm線材。Ag/Cu/Ni復(fù)合材料的電阻率小于2.15μΩ.cm，抗拉強(qiáng)度大于740MPa。將該材料制備成復(fù)合觸點(diǎn)，在交流220V、15A、105次/min，閉合力100g，分?jǐn)嗔?5g，功率因子1的實(shí)驗(yàn)條件下，壽命大于6.8萬(wàn)次。在直流24V，15A，105次/min，閉合力100g，分?jǐn)嗔?5g，功率因子1的實(shí)驗(yàn)條件下，壽命可達(dá)到4.0萬(wàn)次以上。
實(shí)施例2將實(shí)施例1中制備的Ag/Cu/Ni單根復(fù)合絲材拉至Φ1.5mm，將所得單根復(fù)合絲集束復(fù)合后機(jī)械加工獲得一次復(fù)合絲，之后將一次復(fù)合絲進(jìn)行二次集束復(fù)合，制備成復(fù)合錠坯。再經(jīng)過(guò)擠壓，在不退火條件下拉拔成Φ1.5mm線材。材料的電阻率小于3.5μΩ.cm，抗拉強(qiáng)度大于1000MPa。將該材料制備成復(fù)合觸點(diǎn)，在交流220V、15A、105次/min，閉合力100g，分?jǐn)嗔?5g，功率因子1的實(shí)驗(yàn)條件下，壽命大于8.8萬(wàn)次。在直流24V，15A，105次/min，閉合力100g，分?jǐn)嗔?5g，功率因子1的實(shí)驗(yàn)條件下，壽命在5.5萬(wàn)次以上。
實(shí)施例3原料經(jīng)過(guò)熔煉、澆注、剪片，疊合成其軸向橫截面呈Cu/Ag/Ni/…Cu/Ag/Ni/…Cu/Ag/Ni分布的圓柱形錠坯，擠壓拉拔成并輔以熱處理，制備Φ0.5mm的重量百分比Ag60％、Cu20％、Ni20％單根復(fù)合絲材，將所得Ag、Cu、Ni絲材集束制備成復(fù)合錠坯，再經(jīng)過(guò)擠壓，在不退火條件下拉拔成Φ1.5mm線材。Ag/Cu/Ni復(fù)合材料的電阻率小于2.15μΩ.cm，抗拉強(qiáng)度大于750MPa。將該材料制備成復(fù)合觸點(diǎn)，在交流220V、15A、105次/min，閉合力100g，分?jǐn)嗔?5g，功率因子1的實(shí)驗(yàn)條件下，壽命大于6.9萬(wàn)次。在直流24V，15A，105次/min，閉合力100g，分?jǐn)嗔?5g，功率因子1的實(shí)驗(yàn)條件下，壽命可達(dá)到4.2萬(wàn)次以上。
實(shí)施例4按材料的按重量百分比Ag50％、Cu40％、Ni10％準(zhǔn)備原料，原料經(jīng)過(guò)熔煉、澆注成方形錠坯，軋制成≠0.1mm至≠0.4mm的片材，將片材層疊制備成其軸向橫截面呈Ag/Ni/Cu/…Ag/Ni/Cu/…Ag/Ni/Cu分布的圓柱形復(fù)合錠坯，軋制、拉拔并輔以熱處理，制備獲得單根復(fù)合絲材，集束后經(jīng)過(guò)擠壓，在不退火條件下拉拔成Φ1.5mm線材。Ag/Cu/Ni復(fù)合材料的電阻率小于2.10μΩ.cm，抗拉強(qiáng)度大于700MPa。將該材料制備成復(fù)合觸點(diǎn)，在交流220V、15A、105次/min，閉合力100g，分?jǐn)嗔?5g，功率因子1的實(shí)驗(yàn)條件下，壽命大于7.5萬(wàn)次。在直流24V，15A，105次/min，閉合力100g，分?jǐn)嗔?5g，功率因子1的實(shí)驗(yàn)條件下，壽命在5.0萬(wàn)次以上。
表1發(fā)明電接觸材料與現(xiàn)有材料的性能比較

權(quán)利要求
1.銀基電接觸復(fù)合材料，由軸向相互平行的復(fù)合絲的外圓柱面相互貼合而成，單根所述復(fù)合絲的重量百分比成分為Ni10～20、Cu20～40、余量Ag，所述復(fù)合絲在其軸向橫截面上呈圓形，所述橫截面由Cu、Ag、Ni同心圓環(huán)相互貼合構(gòu)成，所述復(fù)合絲在平行于其軸向的柱面上連續(xù)分布有與所述橫截面同直徑圓環(huán)層金屬相同的金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的銀基電接觸復(fù)合材料，其特征在于在所述Ag層與Cu層之間的界面位置包含有AgCu合金相，在所述Cu層與Ni層之間的界面位置包含有CuNi固熔體相，所述Ag層、Cu層、Ni層的厚度分別為5～10μm。
全文摘要
本發(fā)明是銀基電接觸復(fù)合材料，由軸向相互平行的復(fù)合絲的外圓柱面相互貼合而成，單根復(fù)合絲的重量百分比成分為Ni10～20、Cu20～40、余量Ag，復(fù)合絲在其軸向橫截面上呈圓形，橫截面由Cu、Ag、Ni同心圓環(huán)相互貼合構(gòu)成，復(fù)合絲在平行于其軸向的柱面上連續(xù)分布有與橫截面同直徑圓環(huán)層金屬相同的金屬。本發(fā)明銀基電接觸復(fù)合材料在交流220V、15A和直流24V、15A條件下用做觸點(diǎn)，具有接觸電阻低、抗拉強(qiáng)度高和塑性較高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01H1/02GK1617274SQ20041007960
公開(kāi)日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者張昆華, 管偉明, 盧峰, 孫加林 申請(qǐng)人:昆明貴金屬研究所