电接触复合材料 【技术领域】
本发明涉及电接触复合材料，特别是用于摩托车和汽车闪光灯继电器直流触点的电接触复合材料。
背景技术
在汽车、摩托车闪光灯继电器、报警闪光装置以及电话上使用的触点材料，应满足电导率好、寿命长的要求。目前，应用于汽车和摩托车的闪光灯继电器、报警闪光装置以及电话继电器的电接触材料主要包括熔炼态重量比PdCu15合金、熔炼态重量比PdCu40合金以及纯Pd材料。这些材料的共同特点是，抗烧损性能好，耐腐蚀性能好，特别是在直流条件下使用，其触点的材料转移轻微。但上述材料由于贵金属含量高，因而价格昂贵，且其电导率和热导率仍然偏低，因而其抗直流触点的材料转移能力仍有待于提高，尤其是因为有机蒸气对贵金属Pd的聚合而使摩擦接触时的接触电阻增大，导致触点通断效率降低，寿命缩短。上述PdCu15合金、PdCu40合金、纯Pd的物理性能和电学性能见表1。
表1 PdCu15合金、PdCu40合金、纯Pd的物理性能和电学性能 触点材料 成 分密度g/cm3 熔 点 ℃ 电导率 m/Ω·mm2 电阻温度系数 ×10-3/K PdCu15合金11.3 1370～1410 2.6 0.49 PdCu40合金10.4 1200～1230 3.0 0.28 纯Pd12.0 1552 9.3 3.77
其他触点材料，如Ag/Fe、Ag/Ni、Ag/CdO、Ag/SnO2等，在直流12V、电流7～8A使用条件下，触点间发生严重的金属转移，其寿命不超过50小时(通断次数约为24万次)，达不到应用要求。
国内发明专利申请公开说明书“一种电接触复合材料(公开号：CN1468707A，公开日：2004年1月21日)”，公开的用于制造电器元件的电接触复合材料，由铜合金层、复合在铜合金层上的银合金层构成。其中，银合金层由含有0.10～6.00％Zn、0.10～15.00％Cu、0.05～2.00％Ni和余量Ag的合金制成。银合金层层叠复合在铜合金层的全部表面上，或者镶嵌复合在铜合金层的部分表面上。该发明的复合材料导电、导热和机械强度性能与原有材料相当，用于制造微电机的换向器、开关、电插接件等，使用中对环境无污染，并具有灭弧作用。该文献公开的复合材料的成分含量不明确，且未涉及材料的物理电学性能，其所涉及的用途范围极为宽泛，而未介绍其在汽车、摩托车闪光灯发生器、报警闪光装置触点材料应用领域地适用性。
【发明内容】
本发明目的是提供一种电接触复合材料，该材料具有优良的导电率，应用于继电器直流触点具有长寿命的特点。
本发明的电接触复合材料，重量百分比成分为：20～80Cu、余量Pd，其结构为Cu与Pd相互叠合的层状，在Cu和Pd界面位置有一厚度极薄的扩散固溶区。
本发明的电接触复合材料可以为带材或片材，在沿带材或片材的厚度方向的截面上，Cu与Pd呈相互叠合的层状。带材或丝材宏观上呈现为具有一定厚度的平面形材料。
本发明的电接触复合材料可以为圆柱状丝材或管材，在沿丝材或管材的径向截面上，Cu与Pd呈相互叠合的层状。丝材或管材宏观上呈现为具有一定厚度的长线形材料。
本发明的电接触复合材料，Cu、Pd界面处的扩散固溶区可以通过真空、惰性气体或还原性气氛中280～400℃热处理0.5～1.5小时获得。
本发明的电接触复合材料，其结构中Cu和Pd的总层数可以为50～180。
上述技术方案中，Cu与Pd相互叠合的层状是指Cu与Pd按照Cu/Pd/Cu…Pd/CuPd、Pd/CuPd…Cu/Pd/Cu、Cu/Pd/Cu…Pd/Cu或Pd/Cu/Pd…Cu/Pd之任一种顺序叠合。即任意两层Cu之间复合有Pd层，或任意两层Pd之间复合有Cu层。在带材或片材情形下，其外部两个平面可以都是Cu或Pd。也可以一面是Cu，一面是Pd。在丝材或管材情形下，其外部柱面使用的材料与轴心部位使用的材料也不存在匹配限制。即外部柱面材料与轴心部位材料的搭配关系可以是Cu对Cu、Cu对Pd或Pd对Cu、Pd对Pd。
本发明的电接触用Cu/Pd复合材料是一种新型的功能性复合材料，它具有优良的抗直流触点间材料微小迁移的特性，特别适宜作汽车及摩托车闪光灯继电器直流触点材料及其他直流电触点材料。在以下几方面，与现有相同应用领域的电接触材料相比，其表现尤其优异。首先，本发明的电接触用Cu/Pd复合材料较之相应领域电接触材料在很大程度上降低了贵金属Pd的用量，降低了发明电接触材料的成本，节约了贵金属资源，经济效益极为显著。特别是其中的低Pd含量的Cu/Pd40和Cu/Pd20复合材料较之高Pd含量的PdCu15合金或纯Pd电接触材料，可节约贵金属Pd45％以上。其次，本发明的电接触用Cu/Pd复合材料较之相应领域电接触材料，其电导率有大幅度的改善。例如，与PdCu15合金电接触材料比较，本发明Cu/Pd复合材料的电导率是其10倍以上，且其热导率也大大高于PdCu15合金电接触材料。因此，本发明Cu/Pd复合材料在应用于触点时，其直流压降特别小，从而大大提高触点寿命。再次，本发明Cu/Pd复合材料抗直流触点间的材料微小迁移性能特别优异，既可用于弱电流继电器触点，也可用于较大负荷的汽车直流继电器触点或其他领域，突破了多年来相应领域传统材料只能用作弱电流继电器触点的限制，为实际应用需求提供了更广阔的选择材料。最后，本发明的Cu/Pd复合材料只存在界面层的微小扩散固溶，从而Cu/Pd复合材料同时兼具良好的电导率和的塑性，后续加工极为容易，为实际应用带来便利。
根据初步的实际应用试验，本发明Cu/Pd60复合材料，通过了直流12V、40A，负载为阻性，通断次数为10万次的电寿命试验考核。本发明Cu/Pd40复合材料、Cu/Pd30复合材料、Cu/Pd25复合材料，经耐潮和耐久试验后，均符合JSG154汽车闪光灯继电器企业标准，其寿命均达到236小时以上，取代汽车闪光灯继电器中原用的纯Pd触点和PdCu15合金触点，效果都非常好。本发明Cu/Pd40复合材料用作直流12V、7～8A，在开断频率80次/分条件下，可达到连续工作200小时以上，其寿命高达通断次数96万次。该材料目前已销往日本，用于250摩托车闪光灯继电器触点。
本发明选用纯度99.9％的无氧Cu，纯度99.95％pd。
图面说明
图1本发明电接触复合材料带材在沿厚度方向截面上的结构示意图。
图2本发明电接触复合材料丝材在沿径向横截面上的结构示意图。
图1中，在垂直于带材平面的截面上，Cu(1)与Pd(2)按照Cu/Pd/Cu…Pd/CuPd、Pd/CuPd…Cu/Pd/Cu、Cu/Pd/Cu…Pd/Cu或Pd/Cu/Pd…Cu/Pd之任一种顺序叠合。即任意两层Cu之间复合有Pd层，或任意两层Pd之间复合有Cu层。其外部两个平面可以都是Cu或Pd。也可以一面是，一面是Pd。1-Cu；2-Pd。
图2中，在垂直于丝材中心线的横截面上，Cu(1)与Pd(2)按照Cu/Pd/Cu…Pd/CuPd、Pd/CuPd…Cu/Pd/Cu、Cu/Pd/Cu…Pd/Cu或Pd/Cu/Pd…Cu/Pd之任一种顺序叠合。即任意两层Cu之间复合有Pd层，或任意两层Pd之间复合有Cu层。其外部柱面使用的材料与轴心部位使用的材料为自由匹配。即外部柱面材料与轴心部位材料的搭配关系可以是Cu对Cu、Cu对Pd或Pd对Cu、Pd对Pd。
【具体实施方式】
实施例1
按厚度比Cu/Pd：0.34/1制备层状预复合锭，Cu的重量百分比为20wt％。通过热挤压、轧制或拉拔成丝材触点原料。该触点原料经390℃真空退火0.5小时。丝材中，Cu和Pd的总层数为92层。所得丝材密度为10.79g/cm3，电导率为22.3m/Ω·mm2。该丝材制成的Cu/Pd层状复合触点，在直流12V，40A阻性负载条件下通断次数大于13万次。
实施例2
按厚度比Cu/Pd：0.9/1制备层状预复合锭，Cu的重量百分比为40wt％，通过热挤压、轧制或拉拔成丝材触点原料。该触点原料经380℃氢气气氛中退火0.6小时。丝材中，Cu和Pd的总层数165层。所得丝材密度为10.35g/cm3，电导率为30.5m/Ω·mm2。该丝材制成的Cu/Pd层状复合触点，在直流12V，40A阻性负载条件下通断次数大于10万次。
实施例3
按厚度比Cu/Pd：2.01/1制备层状预复合锭，Cu的重量百分比为60wt％。通过热挤压、轧制或拉拔成丝材触点原料。该触点原料经350℃一氧化碳气氛退火0.8小时。丝材中，Cu和Pd的总层数120层。所得丝材密度为9.85g/cm3，电导率为39.4m/Ω·mm2。该丝材制成的Cu/Pd层状复合触点，在摩托车闪光灯继电器直流12～15V，7～8A灯负载条件下，闪光频率80次分条件下，寿命约96万次。经耐潮和耐久试验后，符合JSG154汽车闪光灯继电器企业标准，其寿命均达到236小时以上，取代汽车闪光灯继电器中原用的纯Pd触点和PdCu15合金触点，效果非常好。
实施例4
按厚度比Cu/Pd：2.01/1制备层状预复合锭，Cu的重量百分比为60wt％。通过热挤压、轧制或拉拔成带材触点原料。该触点原料经350℃真空退火0.8小时。带材中，Cu和Pd的总层数120层。所得带材密度为9.85g/cm3，电导率为39.4m/Ω·mm2。该带材制成的Cu/Pd层状复合触点，在摩托车闪光灯继电器直流12～15V，7～8A灯负载条件下，闪光频率80次/分条件下，寿命约96万次。经耐潮和耐久试验后，符合JSG154汽车闪光灯继电器企业标准，其寿命均达到236小时以上，取代汽车闪光灯继电器中原用的纯Pd触点和PdCu15合金触点，效果极优。
实施例5
按厚度比Cu/Pd：5.38/1制备层状预复合锭，Cu的重量百分比为80wt％。通过热挤压、轧制或拉拔成丝材触点原料。该触点原料经290℃一氧化碳气氛退火1.5小时。丝材中，Cu和Pd的总层数58层。所得丝材密度为9.43g/cm3，电导率为47.5m/Ω·mm2。该丝材制成的Cu/Pd层状复合触点，在摩托车闪光灯继电器直流12～15V，7～8A灯负载条件下，闪光频率80次/分条件下，寿命约90万次。
表1本发明电接触复合材料物理性能及与同类触点材料的比较 材 料 成 分 密 度 g/cm3 电导率 m/Ω·mm2 极限抗拉强度 MPa(软态) 硬度 Hv(软态) Cu/Pd80丝材 10.79 22.3 377 80～100 Cu/Pd60丝材 10.35 30.5 365 80～100 Cu/Pd40丝材 9.85 39.4 345 80～100 Cu/Pd30丝材 9.68 43.5 305 80～100 Cu/Pd25丝材 9.54 45.0 316 80～100 Cu/Pd20丝材 9.43 47.5 302 80～100 Cu/Pd60带材 10.35 30.5 365 80～100 PdCu15合金 11.3 2.6 490 100～130 PdCu40合金 10.4 3.0 550 120～145 纯Pd 12.0 9.3 200 40～50