CN101707144B - 纤维结构AgNi电触头材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种纤维结构AgNi电触头材料及其制备方法，其中Ni增强相重量占整体材料重量比例为3-10％之间，余量为Ag；该材料具有明显的连续纤维状Ni增强相，纤维状增强相直径在0.5μm-10μm之间。本发明采用熔炼定向凝固及后续锻打挤压的方法，具有操作容易，工序简单，成本低廉的优点，避免了传统粉末冶金制备方法中工序复杂，容易引入杂质，制造成本高的缺点。并且通过本发明获得的AgNi复合材料具有明显的纤维状Ni增强相组织结构，其耐电弧烧蚀能力、导电率、抗拉强度、抗熔焊性比颗粒分散增强的相同材料体系触头材料均有提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种电触头材料及其制备方法，具体地说，涉及的是一种纤维结构AgNi电触头材料及其制备方法。
背景技术
AgNi材料以其低的接触电阻，良好的加工性能及导电率广泛应用于低电流密度工作环境中。随着电器行业的快速发展，电器开关的应用对于电触头材料的性能提出了越来越高的使用要求，具体为高的抗熔焊性，高的耐电弧烧蚀能力及优良的导电率。针对以上要求，国内外研究者作了大量工作。比如王永根发表的“纤维复合AgNi线材的工艺研究”(电工材料2007No.1)。现有技术主要从材料组分设计及增强相弥散均匀程度上去改善Ag-Ni材料性能。其中发现当采用挤压方法制备的材料中，增强相颗粒沿挤压方向具有纤维状结构，相比于弥散分布的增强相结构而言，此种结构具有更加优良的抗熔焊和耐电弧烧蚀能力，纤维状Ni增强相有利于提高材料的综合性能。但是单纯的通过混粉、烧结、挤压法，所形成的纤维状结构不明显，并且连续性不够，因此现有粉末冶金方法获得的Ag-Ni材料在大电流应用场合抗熔焊性能仍然显得不足。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种连续纤维结构AgNi电触头材料及其制备方法，具有操作容易，工序简单，成本低廉的优点，获得的AgNi复合材料具有明显的纤维状Ni增强相组织结构。
为实现上述的目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种纤维结构AgNi电触头材料，其中Ni增强相重量占整体材料重量比例为3-10％之间，余量为Ag；该材料具有明显的连续纤维状Ni增强相，纤维状增强相平均直径在0.5μm-10μm之间。
本发明还提供一种上述纤维结构AgNi电触头材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，熔炼。将Ag金属块和Ni金属块按照材料重量配比熔炼获得熔融液体。
所述熔炼，是指在中频感应加热的石墨坩埚中加热。
所述熔炼，其温度在1450-2000℃之间，熔炼时间为15-30分钟之间。
第二步，定向凝固。采用降温与定向磁场同时加入的方法，实施定向凝固。
所述降温，其速度可控在300-1000℃/min之间，降温至950℃以下。
所述定向磁场由中频感应炉的螺线管线圈切换到直流电源获得，电流大小为线圈额定电流，磁场方向为沿熔炼坩埚轴线方向。
第三步，将定向凝固后坯体进行锻打。
所述锻打，其温度范围在400-600℃之间。
第四步，将锻打后坯体沿定向凝固方向进行热挤压。
所述热挤压，其温度为400℃-800℃之间，挤压比在10-400之间。
稳恒磁场是一种无接触的、定向的物理场，它对材料凝固过程的作用主要是通过磁场对体系中液体流动的作用，间接地影响凝固体系的溶质分布、组织和性能。稳恒强磁场可以影响物质内部的微观电子运动状态，进而控制材料的物理化学反应过程。Ag-Ni合金在在磁场中凝固时，初生镍相沿磁场方向定向排列并且聚合长大，形成规则排列的棒状凝固组织。这样的规则排列的棒状凝固组织，经过锻打及后续热挤压后，将会形成明显的纤维状增强相组织。
本发明采用熔炼定向凝固及后续锻打挤压的方法，具有工序简单，成本低廉的优点，避免了传统粉末冶金制备方法中工序复杂，容易引入杂质，制造成本高的缺点。并且通过本发明获得的AgNi复合材料具有明显的纤维状Ni增强相组织结构，其沿挤压方向电阻率为1.7-2.2μΩ.cm之间，抗拉强度在240-330MPa之间，硬度在70-100HV之间。
具体实施方式
以下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。
实施例一
以制备10kg Ag-Ni3触头材料为例
首先将9.7kgAg金属与0.3kg Ni金属块置于中频感应石墨坩埚中熔炼，熔炼温度1450℃，熔炼时间15分钟，获得完全熔融金属液体。
然后对上述熔融液体实施定向凝固，降温速度为300℃/min，降温至950℃以下。在凝固的同时施加定向磁场，定向磁场由中频感应炉的螺线管线圈切换到直流电源获得，电流大小为线圈额定电流，磁场方向沿熔炼坩埚轴线方向。
将定向凝固后的坯体在400℃进行锻打。
再将锻打后的坯体沿定向凝固方向进行热挤压，热挤压温度为400℃，挤压比为10。
通过上述过程制备，可获得连续Ni纤维增强的AgNi复合材料，Ni纤维平均直径在0.5-3μm之间。所获得AgNi3材料沿挤压方向抗拉强度为240MPa，电阻率为1.7μΩ.cm，硬度为70HV。
实施例二
以制备10kg Ag-Ni5触头材料为例
首先将9.5kgAg金属与0.5kg Ni金属块置于中频感应石墨坩埚中熔炼，熔炼温度1850℃，熔炼时间30分钟，获得完全熔融金属液体。
然后对上述熔融液体实施定向凝固，降温速度为1000℃/min，降温至950℃以下。在凝固的同时施加定向磁场，定向磁场由中频感应炉的螺线管线圈切换到直流电源获得，电流大小为线圈额定电流，磁场方向沿熔炼坩埚轴线方向。
将定向凝固后的坯体在500℃进行锻打。
再将锻打后的坯体沿定向凝固方向进行热挤压，热挤压温度为600℃，挤压比为400。
通过上述过程制备，可获得连续Ni纤维增强的AgNi复合材料，Ni纤维平均直径为0.5-5μm之间。所获得AgNi5材料沿挤压方向抗拉强度为285MPa，电阻率为1.8μΩ.cm，硬度为85HV。
实施例三
以制备10kg Ag-Ni10触头材料为例
首先将9kgAg金属与1kg Ni金属块置于中频感应石墨坩埚中熔炼，熔炼温度2000℃，熔炼时间20分钟，获得完全熔融金属液体。
然后对上述熔融液体实施定向凝固，降温速度为400℃/min，降温至950℃以下。在凝固的同时施加定向磁场，定向磁场由中频感应炉的螺线管线圈切换到直流电源获得，电流大小为线圈额定电流，磁场方向沿熔炼坩埚轴线方向。
将定向凝固后的坯体在600℃进行锻打。
再将锻打后的坯体沿定向凝固方向进行热挤压，热挤压温度为800℃，挤压比为300。
通过上述过程制备，可获得连续Ni纤维增强的AgNi复合材料，Ni纤维平均直径为1.5-10μm之间。所获得AgNi10材料沿挤压方向抗拉强度为330MPa，电阻率为2.2μΩ.cm，硬度为100HV。
Claims (8)
1.一种纤维结构AgNi电触头材料，其特征在于，其中Ni增强相重量占整体材料重量比例为3-10％之间，余量为Ag；该材料具有连续纤维状Ni增强相，纤维状增强相平均直径在0.5μm-10μm之间。
2.一种如权利要求1所述的纤维结构AgNi电触头材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将Ag金属块和Ni金属块按照材料重量配比熔炼获得熔融液体；
第二步，采用降温与定向磁场同时加入的方法，实施定向凝固；
第三步，将定向凝固后坯体进行锻打；
第四步，将锻打后坯体沿定向凝固方向进行热挤压。
3.如权利要求2所述的纤维结构AgNi电触头材料的制备方法，其特征在于，第一步中，所述熔炼，其中熔炼温度在1450-2000℃之间，熔炼时间为15-30分钟之间。
4.如权利要求2或3所述的纤维结构AgNi电触头材料的制备方法，其特征在于，所述熔炼，是指在中频感应加热的石墨坩埚中加热。
5.如权利要求2所述的纤维结构AgNi电触头材料的制备方法，其特征在于，第二步中，所述降温，其速度在300-1000℃/min之间，降温至950℃以下。
6.如权利要求2所述的纤维结构AgNi电触头材料的制备方法，其特征在于，所述熔炼是指在中频感应加热的石墨坩埚中加热，所述定向磁场由中频感应炉的螺线管线圈切换到直流电源获得，电流大小为线圈额定电流，磁场方向沿所述石墨坩埚轴线方向。
7.如权利要求2所述的纤维结构AgNi电触头材料的制备方法，其特征在于，第三步中，所述锻打温度范围在400-600℃之间。
8.如权利要求2所述的纤维结构AgNi电触头材料的制备方法，其特征在于，第四步中，所述热挤压，其温度为400℃-800℃之间，挤压比在10-400之间。
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| 王永根等.纤维复合AgNi线材的工艺研究.《电工材料》.2007,(第1期),21－23，26. * |
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