银氧化物电触点材料及其制备方法.pdf

本发明公开一种银氧化物电触点材料及其制备方法，所述材料包含的组分及重量百分比含量：SnO2 5～12％，ZnO 2～8％，CuO 0.5～5％，0.1～1％NiO，0.1～0.5In2O3，0.1～0.5％ Bi2O3，氧化物颗粒粒度在0.1～10μm之间，余量为Ag。本发明由于在原材料中采用了多相增强，综合各增强相优点，从而达到生产过程的加工性能良好，材料电性能优良的目的，满足了大功率继电器复合型铆钉触点的要求，可以部分或全部代替银氧化镉应用于大功率继电器，避免了银氧化镉触点生产应用过程对环境的污染。

1.  一种银氧化物电触点材料，其特征在于，包含的组分及重量百分含量为：SnO₂ 5～12％，ZnO 2～8％，CuO 0.5～5％，0.1～1％NiO，0.1～0.5In₂O₃，0.1～0.5％Bi₂O₃，余量为Ag。

2、  如权利要求1所述的银氧化物电触点材料，其特征在于，所述SnO₂，ZnO，CuO，NiO，In₂O₃，Bi₂O₃颗粒平均粒度在0.1～10μm之间。

3.  一种如权利要求1所述的银氧化物电触点材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将银锭与Sn、Cu、Ni、Zn、Bi、In按比例置于熔炼炉中熔炼；
第二步，将熔炼后熔融金属进行雾化制粉；
第三步，将雾化获得的粉末经预氧化；
第四步，将氧化后粉末等静压制成坯体；
第五步，将等静压获得坯体在氧气气氛下烧结；
第六步，将烧结后坯体进行热压；
第七步，对热压后坯体进行复烧；
第八步，将复烧后坯体进行热挤压获得线材或带材。

4.  如权利要求3所述的银氧化物电触点材料的制备方法，其特征在于，第一步中，所述熔炼，熔炼温度为950～1300℃之间。

5.  如权利要求3所述的银氧化物电触点材料的制备方法，其特征在于，第三步中，所述预氧化，其中气体压力在0.1～3MPa之间，温度在450℃～850℃之间，氧化时间在1h～10h之间。

6.  如权利要求3所述的银氧化物电触点材料的制备方法，其特征在于，第四步中，所述等静压压强在100～500MPa之间。

7.  如权利要求3所述的银氧化物电触点材料的制备方法，其特征在于，第五步中，所述烧结温度在600～900℃，烧结时间在2h～10h之间。

8.  如权利要求3所述的银氧化物电触点材料的制备方法，其特征在于，第六步中，所述热压温度为400～900℃，热压压力为300～700MPa，热压时间为1min～30min。

9.  如权利要求3所述的银氧化物电触点材料的制备方法，其特征在于，第七步中，所述复烧工艺同第四步，即烧结温度在600～900℃，烧结时间在2h～10h之间。

10.  如权利要求3所述的银氧化物电触点材料的制备方法，其特征在于，第八步中，所述将复烧后坯体进行热挤压，其中坯体加热温度在600～900℃，挤压比在10～400之间，挤压速度为5～8cm/min，挤压模具预热温度100～500℃。

银氧化物电触点材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种电触点材料及其制备方法，具体地说，涉及的是一种银氧化物电触点材料及其制备方法。
背景技术
随着电器产品向大容量、小体积的方向发展，对电触点材料的要求日益提高：要求材料在极大电弧热和焦耳热的条件下不发生熔焊、机械及耐电磨损性能良好；在分断过程中产生的减少金属飞溅，缩短燃弧时间；在直流环境下，抗熔焊性好，材料转移少，接触电阻低而稳定。
目前广为使用的银氧化镉电触点材料虽然有极好的性能和较低的材料成本，尤其是高氧化镉含量更是如此，制作工艺也很稳定成熟，如中国专利95111070所述，但使用较多金属镉，产品中含有镉氧化物，以后在环境中会残留镉盐，由于金属镉和镉盐对人体有很大的毒副作用，对环境有害，将来的趋势是逐渐减少乃至停止使用含镉或其化合物的金属触点材料。
因此寻找能够替代Ag-CdO新型电触点材料成为目前国内外研究的焦点。最有希望替代Ag-CdO材料的材料体系主要有Ag-SnO₂、Ag-ZnO等系列材料。具体如下：
(1)一种银氧化锡材料的制备方法CN1425790A
(2)银氧化锡氧化铜合金触点材料CN1441071A
(3)银氧化锡氧化铟电触点线材及其生产工艺CN1167835A
(4)新型银氧化锡丝材电触头材料制造方法CN101202169A
(5)一种银氧化锡电触头材料的制备方法CN10999789A
(6)银氧化锡氧化锌合金电触点及其生产工艺CN1443864A
文献(1)和(4)介绍了一种粉末预氧化制备Ag-SnO₂的方法，采用此种方法制备的AgSnO₂材料组织分布均匀，无贫锡区域产生，其缺点为单一SnO₂颗粒增强的Ag基材料在使用过程中由于SnO₂颗粒与基体润湿不良从而容易导致温升过高的问题。
文献(2)，(3)，(5)和(6)描述了在Ag-SnO₂材料中添加如Zn，Cu，La等各种不同元素对材料的影响，表明分别添加这些元素之后对AgSnO₂材料的电接触性能均有不同程度的改善。但是由于只是微量的加入，从而无法改变Ag-SnO₂材料后续难以加工的难题。
综上所述，现在国内外关于替代AgCdO材料的研究主要集中于AgSnO₂材料的组分设计与制备方法，开发出来多个系列的AgSnO₂基的无镉复合材料。但是目前AgSnO₂基复合材料存在的两个问题：后续加工困难和使用过程中温升过高依旧没有得到很好的解决。
发明内容
本发明针对现有技术存在的以上不足，提供一种银氧化物合金电触点材料及其制备方法，采用SnO₂、ZnO、CuO等多种颗粒增强Ag基体，综合各增强相优点，使其不但具有良好的电接触性能，而且具有良好的变形加工性能，并可节省价格昂贵的金属铟的用量。
为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明提供一种银氧化物合金电触点材料，其包含的组分及重量百分含量为：SnO₂ 5～12％，ZnO 2～8％，CuO 0.5～5％，0.1～1％NiO，0.1～0.5In₂O₃，0.1～0.5％Bi₂O₃，余量为Ag。
所述氧化物SnO₂，ZnO，CuO，NiO，In₂O₃，Bi₂O₃颗粒平均粒度在0.1～10μm之间。
本发明还提供上述的银氧化物合金电触点材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将银锭与Sn、Cu、Ni、Zn、Bi、In按比例置于熔炼炉中熔炼；
所述熔炼，熔炼温度为950-1300℃之间。
第二步，将熔炼后熔融金属进行雾化制粉；
所述雾化制粉是利用高压气体或水冲击熔融液态金属流，使其雾化成金属小液滴，随后冷却获得粉末。
第三步，将雾化获得的粉末经预氧化；
所述预氧化，其中气体压力在0.1～3MPa之间，温度在450℃～850℃之间，氧化时间在1h～10h之间；
第四步，将氧化后粉末等静压制成坯体；
所述等静压压强在100～500MPa之间。
第五步，将等静压获得坯体在氧气气氛下烧结；
所述烧结温度在600～900℃，烧结时间在2h～10h之间。
第六步，将烧结后坯体进行热压；
所述热压温度为400～900℃，热压压力为300～700MPa，热压时间为1min～30min。
第七步，对热压后坯体进行复烧；
所述复烧工艺同第四步，即烧结温度在600～900℃，烧结时间在2h～10h之间。
第八步，将复烧后坯体进行热挤压获得线材或带材。
所述将复烧后坯体进行热挤压，其中坯体加热温度在600～900℃，挤压比在10～400之间，挤压速度为5～8cm/min，挤压模具预热温度100～500℃。
本发明采用多元氧化物增强相共同增强的材料设计原理，综合各元素增强相的特点，获得不仅电接触性能优良，而且加工性能良好，成本低廉的电接触材料。具体而言，各元素的作用如下：Sn元素预氧化后变成SnO₂颗粒，可以增强材料的耐电弧烧蚀能力；Zn元素预氧化变成ZnO颗粒，可以使得材料在保持良好抗熔焊性的同时保持良好的变形加工能力；Cu元素的存在有助于减少In金属的含量，促进Sn元素的预氧化；In元素与Bi元素的少量存在可以改善材料使用中温升过高的问题，并可以减少预氧化时间；Ni元素的存在可以细化Ag基体晶粒，提高材料力学强度。
因此与现有电触点用片材相比，本发明由于在原材料组分上进行了科学设计，并采用了与之相适应的制备工艺，具有良好的电接触性能满足了大功率继电器使用双金属复合型铆钉触点的要求，可以部分或全部代替银氧化镉应用于大功率继电器，避免了银氧化镉触点生产应用过程对环境的污染。
附图说明
图1为本发明实施例中制备方法流程图
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，以下描述只是用于理解本发明，并不用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明以下实施例中的制备方法按照图1中所示的流程进行实施。
实施例一
以Ag-5SnO₂-4ZnO-1CuO-0.2NiO-0.3Bi₂O₃-0.5In₂O₃材料制备为例
1、称取16.8Kg银锭，置于中频感应炉中升温至1000℃熔化后，加入1Kg Sn、0.8Kg Zn、0.2kg Cu、0.04kg Ni、0.06kg Bi、0.1kg In，经15分钟均匀化后获得Ag合金熔液；
2、在0.5MPa空气气压力下，1200℃雾化制粉；
3、将雾化制得粉末装入高压容器中加热至600℃预氧化，氧气压力为0.1MPa，氧化7h；
4、将氧化好的粉末在等静压150MPa下压制成坯体；
5、随后在氧气气氛850℃烧结5h；
6、将烧结后的坯体在750℃，400MPa压力下热压，热压时间为10分钟；
7、然后将热压坯体在氧气气氛850℃复烧5h；
8、将复烧后坯体进行热挤压，热挤压温度800℃，模具预热温度为350℃，挤压比为250，挤压速度5cm/min。
本实施例所获得的材料性能为：抗拉强度：300MPa；电阻率：2.12μΩ.cm；硬度：85HV(退火态)；密度：9.8g/cm³；氧化物颗粒平均粒度为1.5μm。
实施例二
以Ag-6SnO₂-2ZnO-1.5CuO-0.2NiO-0.3Bi₂O₃-0.1In₂O₃材料制备为例
1、称取18Kg银锭，置于中频感应炉中升温至1000℃熔化后熔化，随后依次加入1.2Kg Sn、0.4Kg Zn、0.3kg Cu、0.04kg Ni、0.06kg Bi、0.02kg In，经15分钟均匀化后，获得Ag合金熔液；
2、在0.5MPa氮气压力下，1200℃雾化制粉；
3、然后将雾化制得粉末装入高压容器中加热至800℃，氧化5h；
4、将氧化好的粉末在等静压250MPa下压制成坯体；
5、随后在氧气气氛800℃烧结8h；
6、将烧结后的坯体在700℃，500MPa压力下热压，热压时间为15分钟；
7、然后将热压坯体在氧气气氛900℃复烧5h；
8、将复烧后坯体进行热挤压，热挤压温度830℃，模具预热温度为400℃，挤压比为300，挤压速度6cm/min。
本实施例所获得的材料性能为：抗拉强度：310MPa；电阻率：2.2μΩ.cm；硬度：90HV(退火态)；密度：9.8g/cm³；氧化物颗粒平均粒度为1μm。
实施例三
以Ag-7SnO₂-6ZnO-1CuO-0.5NiO-0.3Bi₂O₃-0.2In₂O₃材料制备为例
1、称取17Kg银锭，置于中频感应炉中升温至1000℃熔化，随后依次加入1.4KgSn、1.2KgZn、0.2kgCu、0.1kgNi、0.06kgBi、0.04kgIn，经15分钟均匀化后获得Ag合金熔液；
2、在0.8MPa氮气压力下，1150℃雾化制粉；
3、然后将雾化制得粉末装入高压容器中加热至650℃，氧化10h；
4、将氧化好的粉末在等静压450MPa下压制成坯体；
5、随后在氧气气氛750℃烧结8h；
6、将烧结后的坯体在650℃，600MPa压力下热压，热压时间为20分钟；
7、然后将热压坯体在氧气气氛750℃复烧8h；
8、将复烧后坯体进行热挤压，模具预热温度为450℃，热挤压温度700℃，挤压比为150，挤压速度5cm/min。
本实施例所获得的材料性能为：抗拉强度：360MPa；电阻率：2.4μΩ.cm；硬度：105HV(退火态)；密度：9.5g/cm³；氧化物颗粒平均粒度为5μm。
实施例四
以Ag-12SnO₂-2ZnO-5CuO-0.2NiO-0.5Bi₂O₃-0.3In₂O₃材料制备为例
1、称取16.8Kg银锭，置于中频感应炉中升温至1000℃熔化，随后依次加入2.0KgSn、0.6KgZn、1.0kgCu、0.04kgNi、0.1kgBi、0.06kgIn，经15分钟均匀化后获得Ag合金熔液。
2、在2MPa氮气压力下，1050℃雾化制粉；
3、然后将雾化制得粉末装入高压容器中加热至500℃，氧化10h；
4、将氧化好的粉末在等静压300MPa下压制成坯体；
5、随后在氧气气氛850℃烧结5h；
6、将烧结后的坯体在750℃，400MPa压力下热压，热压时间为20分钟；
7、然后将热压坯体在氧气气氛850℃复烧5h；
8、将复烧后坯体进行热挤压获得丝材，热挤压温度600℃，模具预热温度为400℃，挤压比为100，挤压速度5cm/min。
本实施例所获得的材料性能为：抗拉强度：350MPa；电阻率：2.42μΩ.cm；硬度：110HV(退火态)；密度：9.6g/cm³；氧化物颗粒平均粒度为2μm。
实施例五
以Ag-5SnO₂-2ZnO-0.5CuO-0.1NiO-0.1Bi₂O₃-0.3In₂O₃材料制备为例
1、称取17.6Kg银锭，置于中频感应炉中升温至1000℃熔化，随后依次加入1Kg Sn、0.4KgZn、0.1kg Cu、0.02kg Ni、0.02kg Bi、0.06kg In，经15分钟均匀化后获得Ag合金熔液。
2、在1MPa氮气压力下，1250℃雾化制粉；
3、然后将雾化制得粉末装入高压容器中加热至800℃，氧化3h；
4、将氧化好的粉末在等静压300MPa下压制成坯体；
5、随后在氧气气氛850℃烧结5h；
6、将烧结后的坯体在750℃，400MPa压力下热压，热压时间为30分钟；
7、然后将热压坯体在氧气气氛850℃复烧5h；
8、将复烧后坯体进行热挤压获得丝材，热挤压温度850℃，模具预热温度为450℃，挤压比为350，挤压速度5cm/min。
本实施例所获得的材料性能为：抗拉强度：310MPa；电阻率：2.2μΩ.cm；硬度：95HV(退火态)；密度：9.6g/cm³；氧化物颗粒平均粒度为0.1μm。
实施例六
以Ag-9SnO₂-2ZnO-4CuO-0.2NiO-0.3Bi₂O₃-0.3In₂O₃材料制备为例
1、称取16.8Kg银锭，置于中频感应炉中升温至1000℃熔化，随后依次加入1.8Kg Sn、0.4Kg Zn、0.8kg Cu、0.04kg Ni、0.06kg Bi、0.1kg In，经15分钟均匀化后获得Ag合金熔液。
2、在3MPa氮气压力下，1100℃雾化制粉；
3、然后将雾化制得粉末装入高压容器中加热至800℃，氧化10h；
4、将氧化好的粉末在等静压450MPa下压制成坯体；
5、随后在氧气气氛700℃烧结10h；
6、将烧结后的坯体在800℃，400MPa压力下热压；
7、然后将热压坯体在氧气气氛700℃复烧10h；
8、将复烧后坯体进行热挤压获得丝材，热挤压温度850℃，模具预热温度为450℃，挤压比为400，挤压速度5cm/min。
本实施例所获得的材料性能为：抗拉强度：400MPa；电阻率：2.8μΩ.cm；硬度：120HV(退火态)；密度：9.3g/cm³；氧化物颗粒平均粒度为10μm。