银基合金电接触材料.pdf

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摘要
申请专利号:

CN91111014.3

申请日:

1991.12.12

公开号:

CN1073292A

公开日:

1993.06.16

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

|||授权||||||公开

IPC分类号:

H01B1/02; H01H1/02; C22C5/06

主分类号:

H01B1/02; H01H1/02; C22C5/06

申请人:

中国有色金属工业总公司昆明贵金属研究所;

发明人:

秦国义; 谢宏潮; 黎鼎鑫

地址:

650221云南省昆明市北郊上马村85号信箱

优先权:

专利代理机构:

云南省专利事务所

代理人:

刘娟宜

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内容摘要

本发明的银基合金电接触材料,其组成包括稀土元素Sm,Yb,Eu,Tm,Ho,Dy,Er中至少一种,Fe,Co,Ni,W,V,Cr,Zr,B,C,Si中至少一种元素,以及Sn,Al,Cu,Zn,Ga,Ge,In,Mn,Bi,Mg中至少一种元素。该合金还可添加La,Ca,Y,Gd,Pr,Nd,Lu中至少一种元素。该合金材料具有灭弧性、抗熔焊性、抗烧损,抗粘接性能好的优点,接触电阻低而稳定,生产工艺简单,成本低,加工性好,在微型继电器上使用寿命可达10万次,在一定程度上可代替AgCdO使用。

权利要求书

1: 1、一种银基合金电接触材料,其特征在于这种合金材料的组成(重量%)为: (1)稀土元素,Sm,Yb,Eu,Tm,Ho,Dy,Er中至少一种元素,含量为0.05~2; (2)Fe,Co,Ni,W,V,Cr,Zr,Si,B,C中至少一种元素,含量为0.005~0.5; (3)Sn,Al,Cu,Zn,Ga,Ge,In,Mn,Bi,mg中至少一种元素,含量为0.1~5; (4)余量为银。 2、按照权利要求1所说的合金材料,其特征在于(1)组元素含量最佳范围为0.5~
2: 5w.t%,(2)组元素最佳范围0.05~0.3wt%,(3)组元素含量最佳为0.3~2wt%。 3、按照权利要求1、2所说的合金材料,其特征在于所说的合金中还可添加La,Ce,Y,Gd,Pr,Nd,Lu中至少一种元素,添加范围为0~1wt%,最佳范围为0.1~0.5wt%。

说明书


本发明属于银基合金电接触材料。

    银基合金被广泛用作电接触材料。传统的银基电接触材料包括有:纯银、Ag-CdO、Ag-Ni、等等,而其中运用范围较宽的是Ag-CdO,近年来,为了适应新的技术要求,降低材料成本,消除镉的毒害,传统的银基电接触材料得到了改进,并发展了Ag-SnO2系、Ag-Bi2O3系以及银-稀土金属氧化物系等新的银基电接触材料。日本《工业材料》(Vol,NO3.1979.P15)报道了Ag中添加Ce族(La、Ce、Pr、Lu)及Mg、Mn、Zn、Ti、Ni、Zr中至少一种金属元素进行内氧化制备的银-稀土金属氧化物电接触材料,其性能在某些条下与AgCdO相当,特别适用于中小电流的继电器。为了提高小型整流器接点片Ag-Cd,Ag-Cu、Ag-Sn合金的耐磨性,JP58-107445公开了在Ag中添加Sn、W、Ce、Sb、Cd、Mo、Se、Zn、Ca、Mg以及Fe族元素制备的接点材料;JP58-107452公开了在Ag中添加Cu、Si、Zr、Bi、Ga以及Fe族元素的接点材料:JP61-130442公开了在Ag中添加C、B、Si、Ge、Te以及Fe族元素的接点材料;JP61-130444公开了在Ag中添加C、In、Sn以及Fe族元素的接点材料:JP61-130445公开了在Ag中添加C、Al、Ga、Mn以及Fe族元素的接点材料;JP61-130447公开了一种在Ag中添加C、Cr、Mg、Zr以及Fe族元素的接点材料。这些材料的耐磨性都有较大提高,但接触电阻都比较大。

    随着继电器的微型化,接触力、断开力、接电间隙减小,要求电接触材料有低而稳定的接触电阻、温升小,有更好的灭弧性、抗熔焊性,耐电损耗,抗粘接,抗金属转移等。上述银基电接触材料用于微型继电器上都存在一定的问题。在220V,10A,接触力6g,通断频率30次分的微继电器上,性能较好的Ag-CdO的电寿命不到3万次,达不到10万次地电寿命设计要求。其他银基电接触材料不是因为接触电阻高,就是因为电寿命短而用不上。此外,上述电接触材料除少数合金外,都是粉末冶金或内氧化生产,工艺复杂,加工性能差,成本高,Ag-CdO还造成公害,而且Ag-CdO不易焊接。

    本发明提出一种新的银基合金电接触材料。这种材料接触电阻低而稳定,灭弧性、抗熔焊性、抗粘接性、抗烧损性、耐磨性、抗电蚀性以及加工性能好。这种材料不仅能用于微型继电器上,而且在中小电流的交直流继电器上可部分代替Ag-CdO及其他一些银基电接触材料。

    本发明提出的银基合金材料的组成(wt%)为:1.稀土元素Sm、Yb、Eu、Tm、Ho、Dy、Er中至少一种元素,含量为0.05~2,最佳为0.5~1.5;Fe、Co、Ni、W、V、Cr、Zr、B、C、Si中至少一种元素,含量为0.005~0.5,最佳为0.05~0.3;Sn、Al、Cu、Zn、Ga、Ge、In、Mn、Bi、Mg中至少一种元素,含量为0.1~5,最佳为0.3~2;余量为银。

    2、在上述合金中,还可添加La、Ce、Y、Gd、Pr、Nd、Lu中至少一种元素,含量为0~1,最佳为0.1~0.5。

    银由于具有金属中最高的导电性和导热性,极好的加工性能,所以银或银合金被广泛用作电接触材料。稀土元素Sm、Yb、Eu、Tm、Ho、Dy、Er以及La、Ce、Y、Gd、Pr、Nd、Lu能够强有力细化银的晶粒组织和提高银再结晶温度,同时它们的蒸气压都较高,易挥发,尤其是Sm、Yb、Eu、Tm等的蒸气压比其他稀土元素更高,更容易挥发,在接点起弧时,蒸发出来的大量稀土元素的蒸气可以迅速灭弧,降低温升,从而大大提高接点的灭弧性能和抗电蚀性能。电弧的迅速熄灭使熔化的银很快凝固,避免了熔焊,本发明的银基合金不进行内氧化处理,从而避免了稀土元素以氧化物形式存在于银中,而由于稀土氧化物熔点很高。蒸气压低,在燃弧过程中起不到灭弧作用而有可能使电弧重燃的问题。但稀土元素少于0.05Wt%时作用不大,大于2.Wt%时难于加工Fe、Co、Ni、W、V、Cr、Zr、Si及B、C的加入有利于进一步细化晶粒,提高微观硬度,提高合金耐磨性,抗粘接性,抗熔焊性,加入量少于0.005wt%时作用不大,而大于0.5wt%时,要用粉末冶金方法加工,而且合金的接触电阻会增高。选择的Sn、Al、Cu、Zn、Ga、Ge、In、Mn、Bi、Mg元素是一些低熔点的金属,它们能与Ag形成合金,又能与Fe、Co、Ni、W、V、Cr、Zr、Si及B、C形成熔点较低的中间合金,可以均匀地把不能与Ag互溶的金属和非金属(Fe、Co、Ni、W、V、Cr、Zr、Si及B、C)添加到银中,改善材料的性能,另一方面,它们还具有一定的抗硫化性,可以降低材料的接触电阻和使其稳定,但加入量少于0.1wt%时作用不大,而大于5wt%时,又会使接触电阻升高。

    本发明的合金具有以下的优点:

    1、灭弧性、抗熔焊性、抗损耗、抗粘接性以及抗金属转移性好,接触电阻低而且稳定,温升小,在微型继电器(220V、10A、接触力6g、通断频率30次/分)上通过全性能试验,达到电寿命为10万次的设计要求。

    2、生产工艺简单,成本低,本发明的合金按常规熔炼方法,加工方法制成丝材或片材,不进行内氧化处理,加工过程中能耗低,劳动量小,故生产成本低,生产技术工艺具有明显经济效益。

    3、加工性能好,冷变形量可达95%以上,本发明的合金制成的片材、丝材很容易成型为各种形状的接点,该合金还可以与其他贱金属的合金形成各种复合接点。此外,本发明的合金焊接性能好,且无毒害。

    4本发明的合金可代替目前在电流10A以下大量使用的纯银、细晶银等,减小触点尺寸,延长寿命,使继电器小型化、高可靠,长寿命,有效节约白银和降低继电器的成本。还可在20A以下的某些场合代替AgCdO和其他一些加工性能较差的银基接点材料,降低Cd的公害和降低材料成本。该发明的合金很容易与铜及铜合金形成复合接点材料,因此在某些场合可用它代替一些难加工的银基接点材料,是节约白银的又一有效途径。

    实施例:

    1、Sm0.8wt.%,Cu1.14wt%,Ni0.3wt%,B0.06wt%,余量为银。合金于中频炉中真空充氩熔炼,浇铸于石墨炉中,常规方法加工成各种规格形状的触点材料。

    2、Sm0.8wt.%,Tm0.3wt%,A10.35wt%,W0.15wt%,余量为银,加工方法同实施例1。

    3、Sm0.5wt%,Y0.3wt%,Si0.15wt%,In0.35wt%,余量为银,加工方法同上。

    4、Yb0.5wt%,Si0.15wt%,Ge0.35wt%余量为银。

    5、Sm0.8wt.%,Ga0.3wt.%,V0.2wt.%,B0.02wt.%,Ni0.19wt.%,余量为银

    实施例4、5的合金加工方法同1。

    以上实施例的合金材料的性能列于表1中。

    表1银基合金电接触材料的性能

    注:接触电阻的测试条件为:与金配对,测量电流10mA、接触压力10g,用四探针法测。

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本发明的银基合金电接触材料,其组成包括稀土元素Sm,Yb,Eu,Tm,Ho,Dy,Er中至少一种,Fe,Co,Ni,W,V,Cr,Zr,B,C,Si中至少一种元素,以及Sn,Al,Cu,Zn,Ga,Ge,In,Mn,Bi,Mg中至少一种元素。该合金还可添加La,Ca,Y,Gd,Pr,Nd,Lu中至少一种元素。该合金材料具有灭弧性、抗熔焊性、抗烧损,抗粘接性能好的优点,接触电阻低而稳定,生产工艺简单。

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