原位生成彌散強化化合物的銀基滑動電接觸材料的製作方法
2023-09-23 09:13:25 2
專利名稱：原位生成彌散強化化合物的銀基滑動電接觸材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種滑動電接觸材料，，特別涉及一種原位生成彌散強化化合物的銀基滑動電接觸材料。
背景技術：
換向器和電刷片是小型直流電動機的核心部件，工作中其承受的主要載荷是載電條件下的滑動摩擦，滑動摩擦磨損和電弧侵蝕對材料造成的損傷是換向器和電刷失效，並最終導致微電機失效的主要原因；在磨損嚴重的情況下，磨屑由於電弧熔焊等作用在換向器溝槽中造成短路還造成微電機的早期死機。同時，電接觸過程中由於機械摩擦和電流作用所產生的溫升會使加工硬化的材料產生再結晶，降低其硬度和耐磨性，進一步加劇了材料的機械磨損。因此，通過各種強化手段來提高換向器用滑動式電接觸合金的耐磨性是這類材料的主要發展方向。 銀合金具有優良的導電性和耐腐蝕性能，因而是換向器中最常見、用量最大的滑動式電接觸合金；其常用的合金化強化方式有合金元素的固溶強化、沉澱強化和彌散強化。Zn、Pd等是常用的固溶強化元素，但若固溶量太大，會導致導電性的大幅度下降，難以滿足電學性能方面的要求。Cu在銀合金中有很大的固溶度變化，可以通過熱處理來獲得不同數量、尺寸和分布的Cu基析出相，是最常用的沉澱強化元素。Ni在銀中不固溶，也不形成化合物，常常作為彌散強化元素使用。稀土元素如La、Ce等與銀可以形成不固溶於基體的多種金屬間化合物，也能夠發揮很好的彌散強化作用。上述這些元素在銀基滑動式電接觸材料中已經獲得了成功的應用，作為換向器材料也表現出良好的服役性能。但是，用戶對於微電機性能和壽命的要求是不斷提高的，由此帶來的換向器材料性能要求也在不斷提高。因此，材料的改進是一個永恆的主題。然而，大量研究工作表明，通過增加現有合金化元素的添加量來改善性能的作用是十分有限的，而且這種方式常常給材料的電學性能和耐腐蝕性能等造成較為嚴重的損害。
發明內容
本發明的目的是提供一種原位生成彌散強化化合物的銀基滑動電接觸材料，該材料採用熔煉法製備，凝固過程中，Se或Sr與Ag發生原位反應，生成細小、彌散分布的Ag2Se或Ag5Sr,使該材料強化，該材料組織均勻、電學性能以及耐磨性和耐腐蝕性好，適合製作微電機的換向器，其微電機的使用壽命長。該材料可以單獨使用，也可以作為工作層複合在銅或銅合金表面使用。本發明的技術方案是本發明的第一種銀基滑動電接觸材料中Cu為I 8%重量百分含量，Ni為O. I 1%重量百分含量，Se為O. 5 2%重量百分含量,RE為O. 05 O. 5%重量百分含量，餘量為Ag。本發明的第二種銀基滑動電接觸材料中Cu為I 8%重量百分含量，Ni為O. I 1%重量百分含量，Sr為O. 5 2%重量百分含量,RE為O. 05 O. 5%重量百分含量，餘量為Ag。本發明的第三種銀基滑動電接觸材料中Cu為I 8%重量百分含量，Ni為O. I 1%重量百分含量，Zn為O. 5 5%重量百分含量、Se為O. 5 2%重量百分含量，RE為O. 05 O. 5%重量百分含量,餘量為Ag。本發明的第四種銀基滑動電接觸材料中Cu為I 8%重量百分含量，Ni為O. I 1%重量百分含量，Zn為O. 5 5%重量百分含量、Sr為O. 5 2%重量百分含量，RE為O. 05 O. 5%重量百分含量,餘量為Ag。上述四種材料中所述RE為La或Ce。上述任一種銀基滑動電接觸材料作為工作層，銅或銅合金為基層，銀基滑動電接觸材料部分或全部覆蓋在銅或銅合金的表面，製成兩層複合材料。 由上述任一種複合材料製作的換向器和米用所述換向器製作的微電機。本發明中Se或Sr可溶解於液態的Ag中，因此在熔煉過程中，容易獲得均勻的成分分布，凝固時，其在材料合金中與Ag發生原位反應,分別形成Ag2Se和Ag5Sr,這些化合物均不固溶於基體，從而對材料產生彌散強化作用，提高材料(合金)的耐磨性。如果Se或Sr的添加量低於O. 5%，則其彌散強化作用難以充分發揮；如果添加量高於2%，則生成的化合物過多，對導電性的不利影響太大。本發明所述材料成分配比合理，各元素在液態下的互溶性好，高溫熔煉過程中均沒有嚴重的燒損，成分容易保證；並且凝固過程中也不會發生嚴重的成分偏析，成分的均勻性容易得到保證。因此生產的換向器用電接觸材料成分、組織和性能的均勻性和一致性容易控制，適合大規模批量生產。將上述銀基滑動電接觸材料作為工作層複合在銅基層表面，用於製作微電機換向器，可以節約貴金屬，降低換向器和微電機的生產成本。本發明所述銀基滑動電接觸材料的製備方法如下I)採用真空感應爐熔煉製備合金，其中各元素可以以中間合金形式加入，也可以以純金屬形式加入；另外，還可以利用生產過程中廢棄的、成分合格的邊角料作為製備新合金的原料。2)將製備的合金鑄錠經開坯、軋制、中間退火、拉拔等工藝，製備成帶材或絲材。3)採用熱軋、溫軋或冷軋複合技術，將上述帶材或絲材與銅進行複合，製作成層狀複合材料。其中本發明所述的銀基滑動電接觸材料為工作層，銅或銅合金為基層。本發明的優點為I)採用本發明所述技術方案，綜合利用了 Ni、RE和Se或者Ni、RE和Sr三種元素的彌散強化作用，其強化效果明顯優於只有Ni和RE兩種彌散強化元素的合金；從而避免了為了提高耐磨性而大幅度增加合金元素含量，以至於對換向器合金的導電性造成明顯惡化的問題。採用熔煉法製備，凝固過程中，Se或Sr與Ag發生原位反應，生成細小、彌散分布的Ag2Se或Ag5Sr,使銀基滑動電接觸材料強化，該材料組織均勻、電學性能以及耐磨性和耐腐蝕性好。2)本發明所述銀基滑動電接觸材料可以採用普通真空熔煉工藝製造，設備和工藝技術不需要特殊的改造，生產中易於實施。
3)利用本發明所述銀基滑動電接觸材料製作層狀複合材料時，可以採用現有的換向器用銀合金/銅電接觸複合帶材的工藝和設備進行生產，製備工藝簡單、技術易於掌握和實施,也不會增加生產成本。4)本發明所述銀基滑動電接觸材料中各元素在熔煉過程中燒損量容易控制，凝固過程中成分偏析不嚴重，因而其成分和成分均勻性容易保證，適合於大規模生產。本發明所述材料，適合製作微電機的換向器，其微電機的使用壽命長。本發明所述銀基滑動電接觸材料可以單獨使用，也可以作為工作層複合在銅或銅合金表面使用。
具體實施例方式實施例I至32的銀基滑動電接觸材料各組分的配比見表I.表I各實施例化學成分(重量％)
權利要求
1.一種銀基滑動電接觸材料，其特徵在於，該材料由Cu、Ni、Se、RE和Ag組成，各組分重量百分含量為Cu為1 8%重量百分含量，Ni為O. 1 1%重量百分含量，Se為O. 5 2%重量百分含量，RE為O. 05 O. 5%重量百分含量，餘量為Ag。
2.根據權利要求I所述的材料，其特徵在於所述RE為La或Ce。
3.一種銀基滑動電接觸材料，其特徵在於，該材料由Cu、Ni、Sr、RE和Ag組成，各組分重量百分含量為Cu為1 8%重量百分含量，Ni為O.1 1%重量百分含量，Sr為O. 5 2%重量百分含量，RE為O. 05 O. 5%重量百分含量，餘量為Ag。
4.根據權利要求3所述的材料，其特徵在於所述RE為La或Ce。
5.一種銀基滑動電接觸材料，其特徵在於，該材料由Cu、Ni、Zn、Se、RE和Ag組成，各組分重量百分含量為Cu為1 8%重量百分含量,Ni為O. 1 1%重量百分含量,Zn為O. 5 5%重量百分含量、Se為O. 5 2%重量百分含量,RE為O. 05 O. 5%重量百分含量,餘量為Ag。
6.根據權利要求5所述的材料，其特徵在於所述RE為La或Ce。
7.一種銀基滑動電接觸材料，其特徵在於，該材料由Cu、Ni、Zn、Sr、RE和Ag組成，各組分重量百分含量為Cu為1 8%重量百分含量,Ni為O.1 1%重量百分含量,Zn為O. 5 5%重量百分含量、Sr為O. 5 2%重量百分含量,RE為O. 05 O. 5%重量百分含量,餘量為Ag。
8.銀基滑動電接觸複合材料，其特徵在於，用權利要求1-7任一所述的材料作為工作層，銅或銅合金為基層，銀基滑動電接觸材料部分或全部覆蓋在銅或銅合金的表面。
9.一種微電機換向器，其特徵在於，它使用權利要求8所述的任一複合材料。
10.一種微電機，其特徵在於，它使用權利要求9所述的換向器。
全文摘要
本發明涉及一種原位生成彌散強化化合物的銀基滑動電接觸材料，該材料中Cu為1～8%重量百分含量，Ni為0.1～1%重量百分含量，Se為0.5～2%重量百分含量，RE為0.05～0.5%重量百分含量，餘量為Ag。該材料採用熔煉法製備，凝固過程中，Se或Sr與Ag發生原位反應，生成細小、彌散分布的Ag2Se或Ag5Sr，使該材料強化，該材料組織均勻、電學性能以及耐磨性和耐腐蝕性好，適合製作微電機的換向器，其微電機的使用壽命長。該材料可以單獨使用，也可以作為工作層複合在銅或銅合金表面使用。
文檔編號H01B1/02GK102876912SQ20121033070
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月7日 優先權日2012年9月7日
發明者徐永紅, 章應 申請人:重慶川儀自動化股份有限公司