銀鈀/鋅白銅層狀複合材料及製備方法

2023-04-25 23:39:16

專利名稱：銀鈀/鋅白銅層狀複合材料及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用於微電機電刷的材料，特別涉及一種銀鈀/鋅白銅層狀複合材 料及製備方法。
背景技術：
銀鈀合金(下稱AgPd)具有優異的電接觸性能和耐腐蝕性能，鋅白銅(銅鋅鎳合 金，下稱BZn)具有較高的強度和彈性等優良性能，二者組成的AgPd/BZn層狀複合材料(其 中AgPd為工作層，BZn為基層，兩種合金之間的斜線「/」表示兩者間的界面，下同。)擁有 上述兩方面的優點，因而成為微特電機中常用的電刷材料。這種複合帶材採用熱軋複合工 藝生產，或者採用冷軋複合生產，但在退火過程中需要經歷高溫。由於鋅白銅中含大量熔點 低、易揮發的Zn元素，在加熱過程中Zn容易揮發到爐氣中，尤其當溫度在650°C以上時其揮 發嚴重，這些爐氣中的鋅會沉積在AgPd表面，形成一層富Zn的合金層，遮蓋了 AgPd合金本 身的金屬光澤(銀灰色)，顯示為較暗的棕色(或咖啡色)，Zn揮發越多，沉積在貴金屬表 面的量就越多，顏色就越深。同時，在顯微鏡下還可以觀察到該富Zn層導致的垂直於軋制 方向的「魚鱗」形貌。該富Zn層是很薄的，在微電機運行初期的極短時間內就會消失，一般 情況下不會影響刷片的工作性能，所以目前微電機行業對這種存在富Zn層的材料是可以 接受的。但是，當BZn中的Zn揮發嚴重，造成富Zn層中的Zn含量達到13%以上時，對複合 材料的性能還是有產生不良影響的可能。首先，BZn中大量Zn揮發後，會造成基層貧Zn，降 低其力學性能，特別是在BZn合金成分分布不均勻的情況下，Zn的嚴重揮發會導致基層產 生開裂等現象；其次，AgPd表面Zn含量過高會引起刷片工作初期接觸電阻增大，降低微電 機的早期使用性能；第三，過高的Zn含量會降低刷片表面的耐腐蝕性，引起新電機啟動異 常(如啟動電流增大等)；最後，Zn對AgPd表面金屬光澤的影響導致部分高端用戶對AgPd/ BZn層狀複合材料在電刷領域中使用性能產生懷疑，降低材料的市場競爭力。因此，目前開 發了一些技術來減少Zn的沉積量，如機械打磨、提高吹爐強度和頻率等，但這些技術或者 造成貴金屬材料的損失、或者難以保證Zn含量的一致性，所以實用價值不大。有的企業已 經通過BZn表面電鍍銅來減少Zn揮發，而通過製備金屬鎳層來控制Zn揮發的技術尚未見 報導。

發明內容
本發明的目的是提供一種銀鈀/鋅白銅層狀複合材料及製備方法，在BZn表面鍍 金屬鎳層以控制Zn的揮發，減少AgPd層表面Zn的沉積於富集，改善其金屬色澤，提高電刷 材料的初期使用性能，可以滿足高端用戶的要求。本發明的技術方案是銀鈀/鋅白銅層狀複合材料，由表面鍍有金屬鎳的BZn合金與AgPd組成，其中 AgPd為工作層，BZn為基層。
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銀鈀合金中各成分的重量百分比為25. 0-55. OPd，餘量為Ag。鋅白銅為BZnl8_26合金或C7701銅合金。所述金屬鎳層厚度為5 0. 5 μ m。製備銀鈀/鋅白銅層狀複合材料的方法，有以下步驟清洗BZn合金，採用氨基磺酸鹽連續帶材電鍍在在BZn銅合金表面鍍金屬鎳層；AgPd合金在600°C -750°C溫度下，變形量為30-60%，在氮氣或氫氣或氮氣和氫氣 混合氣體的保護氣下進行熱軋複合，得到層狀複合材料。銀鈀合金層全部覆蓋鋅白銅表面或嵌入(條復)鋅白銅表面的槽中。條復時，在開槽前將金屬鎳層鍍在鋅白銅表面。條復時，也可以在開槽後將金屬鎳層鍍在鋅白銅表面。採用本發明技術方案，由於鎳與銅在固態下可以無限互溶，在銅合金表面製備鎳 覆蓋層可獲得很好的界面結合強度，在後續生產中不會剝落，因此可以在生產的全過程抑 制Zn的揮發，而且鎳的熔點很高(約為1453°C )，在生產過程中不會因其自身的揮發對 AgPd合金層產生影響。本發明的優點為1)採用本發明的技術在BZn表面製備鎳覆蓋層以後，用於生產AgPd/BZn複合材料 時，可以有效地減少Zn的揮發，從而顯著降低AgPd表面的Zn含量，提高AgPd層的表面質 量和性能。2)採用本發明的技術在BZn表面製備鎳覆蓋層以後，生產複合材料的工藝與採用 無金屬鎳層的基層一致，不需要對工藝和設備進行改動，技術易於掌握和實施。3)軋制到成品時BZn表面的鎳層厚度在0. 2μπι以下，所以對基層的硬度和整個材 料的彈性等力學性能不會產生不利影響。4)採用本發明所述具有金屬鎳層的BZn合金生產AgPd/BZn層狀複合材料的工藝， 與採用無金屬鎳層的BZn基層材料一致。本發明在將銀鈀複合在鋅白銅表面前，在鋅白銅合金帶材表面鍍金屬鎳層，用於 防止材料加熱過程中鋅的揮發，可以減少複合材料中銀鈀層表面的鋅汙染，改善銀鈀/鋅 白銅層狀複合材料表觀質量和電接觸性能，特別適用於製備微電機電刷。
具體實施例方式取表1中AgPd和BZn材料，按照下述工藝方法的製備本發明所述銀鈀/鋅白銅層 狀複合材料表 1實施例AgPd合金中各成分的重量 百分含量BZn合金130. 5Pd,餘量為AgBZnl8-26銅合金225. 5Pd,餘量為AgBZnl8-26銅合金335. 5Pd、餘量為AgBZnl8-26銅合金440. 5Pd,餘量為AgBZnl8-26銅合金530. 5Pd,餘量為AgC7701銅合金645. 5Pd,餘量為AgBZnl8-26銅合金750. 5Pd,餘量為AgC7701銅合金854. 5Pd,餘量為AgBZnl8-26銅合金在BZn表面鍍金屬鎳層，採用通常的氨基磺酸鹽連續帶材電鍍方法，以氨基磺酸 鎳為鍍液，以純鎳為陽極，鍍液溫度在60V 70°C，電流密度在40 80A/dm2 ；然後與AgPd 合金在600°C 750°C溫度範圍內，變形量在30 60%之間，氮氣或氫氣或氮氣和氫氣混合 氣體的氣氛的保護下進行熱軋複合得到層狀複合材料，金屬鎳層厚度為5 0. 5 μ m。軋制 成厚約0. 06mm的成品帶材。用能譜儀測試AgPd層表面的Zn含量，並利用掃描電鏡觀察測 試基層表面的鎳覆蓋層厚度，比較如下實施例1 8的AgPd層表面Zn含量的能譜測試結果及基層表面鎳覆蓋層厚度見 表2，比較例1、2分別是採用無鎳覆蓋層的BZn合金生產的AgPd30/BZnl8-26和AgPd50/ BZn 18-26複合材料。表2表2實施例1-8及比較例試驗結果
實施例Zn,重量％複合前BZn合金表面鎳層 厚度，μ m成品帶材BZn合金表面鎳 層厚度，μ m19. 352. 250. 0928. 622. 250. 0939. 042. 50. 1049. 863. 00. 1257. 352. 750. 1168. 893. 750. 1578. 373. 250. 1387. 262. 250. 09比較例118. 86/0比較例215. 56/0
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結論上述試驗結果表明，採用本發明的技術在BZn表面製備鎳覆蓋層，並用於生 產AgPd/BZn複合材料，顯著地降低了 AgPd表面的Zn含量，使其Zn含量控制在10%以下。
權利要求
一種銀鈀/鋅白銅層狀複合材料，其特徵在於由表面鍍有金屬鎳的BZn合金與AgPd組成，其中AgPd為工作層，BZn為基層。
2.根據權利要求1所述的複合材料，其特徵在於銀鈀合金中各成分的重量百分比為 25. 0-55. OPd，餘量為 Ag。
3.根據權利要求1所述的複合材料，其特徵在於鋅白銅為BZnl8-26合金或C7701銅合金。
4.根據權利要求1所述的複合材料，其特徵在於所述金屬鎳層厚度為5 0.5 μ m。
5.製備權利要求1所述的銀鈀/鋅白銅層狀複合材料的方法，其特徵在於有以下步驟清洗BZn合金，採用氨基磺酸鹽連續帶材電鍍在BZn銅合金表面鍍金屬鎳層； AgPd合金在600°C -750°C溫度下，變形量為30-60%，在氮氣或氫氣或氮氣和氫氣混合 氣體的保護氣下進行熱軋複合，得到層狀複合材料。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於銀鈀合金層全部覆蓋鋅白銅表面或嵌入 鋅白銅表面的槽中。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於開槽前將金屬鎳層鍍在鋅白銅表面。
8.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於開槽後將金屬鎳層鍍在鋅白銅表面。
全文摘要
本發明涉及一種銀鈀/鋅白銅層狀複合材料及製備方法，所述銀鈀/鋅白銅層狀複合材料，其特徵在於由表面鍍有金屬鎳的BZn合金與AgPd組成，其中AgPd為工作層，BZn為基層。材料的製備方法為採用氨基磺酸鹽連續帶材電鍍在BZn銅合金表面鍍金屬鎳層；AgPd合金在氮氣或氫氣或氮氣和氫氣混合氣體的保護氣下進行熱軋複合。本發明方法在BZn表面鍍金屬鎳層以控制Zn的揮發，減少AgPd層表面Zn的沉積於富集，改善其金屬色澤，提高電刷材料的初期使用性能，可以滿足高端用戶的要求。
文檔編號H01R43/12GK101924313SQ20091030309
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月9日 優先權日2009年6月9日
發明者劉安利, 周曉榮, 徐永紅, 楊賢軍, 章應, 趙明華 申請人:重慶川儀自動化股份有限公司