CN101924288B

CN101924288B - 含碱金属和钯的银基滑动电接触材料

Info

Publication number: CN101924288B
Application number: CN 200910303091
Authority: CN
Inventors: 徐永红; 章应; 秦秀芳; 杨贤军
Original assignee: Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Current assignee: Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2029-06-09
Also published as: CN101924288A

Abstract

本发明公开了一种含碱金属和钯的银基滑动电接触材料，所述材料是在AgCuPdNi和AgCuPdZnNi中添加少量碱金属元素Li、Na、K，这几种元素可以分别单独加入，也可以两种或三种同时加入，但其总添加量不超过3.0％(重量百分数)。该合金具有良好的耐腐蚀、自润滑和灭弧性能，且高温、高湿使用性能优良，适合于制作直流电动机的换向器。

Description

含碱金属和钯的银基滑动电接触材料

技术领域

本发明涉及一种滑动电接触合金，具体涉及一种含碱金属和钯的银基滑动电接触材料。

背景技术

换向器和电刷片是小型直流电动机的核心部件，工作中其承受的主要载荷是载电条件下的滑动摩擦，但是在电流换向的瞬间，换向器和电刷片会断开，因此存在着“闭合开断”的变换，随着电机转速的升高，这一变换频率提高，由此产生的电弧作用不容忽视。电接触材料也因此而承受载电摩擦和电弧侵蚀的双重作用。前者造成材料的机械磨损，后者造成材料高温下的熔化、飞溅和熔焊等损伤。

直流电动机换向器的机械磨损形式主要是粘着磨损和磨粒磨损。通常磨粒磨损是比较轻微的，对电动机寿命不会造成显著影响。而粘着磨损通常引起换向器表面材料的快速流失以及向刷片表面的转移，大大降低其寿命，严重时会由于换向器和刷片的粘着而对电动机的运转产生附加阻力或对刷片产生附加拉应力，降低电动机的电机转换效率，有时还引起刷片断裂。由于换向器与刷片均为含银合金，二者冶金相容性好，金属表面直接接触时产生严重粘着磨损的危险增大。

电弧对换向器材料的损伤主要集中在极片之间的沟槽附近。它一方面使材料温度急剧升高而发生软化甚至熔化，极大地加速磨损过程，造成极片边缘材料很快损耗；另一方面使聚集在沟槽附近的磨屑颗粒表面熔化而相互焊接，或者造成磨屑颗粒的烧结，从而使小颗粒固结成大颗粒，并与换向器极片边缘形成冶金连接，造成极片早期短路，致使微电机死机。

此外，若电机的工作环境温度、湿度较高，或含有腐蚀性介质，则容易造成材料表面腐蚀，增大接触电阻，进一步加大接触面温升和磨损速率。因此严重影响了直流电动机的寿命和稳定性。

针对微电机换向器材料的工作条件和损伤特点，改进电接触合金的成分设计是提高换向器寿命的必由之路，目前已经报道了很多成果，其中在银合金中添加钯对于改善换向器在高温、高湿或有腐蚀性介质下的性能具有较好的效果。因此中国专利(公开号)CN1048817C发明了含钯的AgPdCuNi、AuAgPdCu等电接触合金，中国专利(公开号)CN 1231002C发明了AgZnPd、AgZnPdCu、AgZnPdNi和AgZnPdCuNi含钯合金。但是，随着技术的进步，各类电子产品不断向小型化、高精度和高可靠方向发展，对直流电动机的换向器材料性能要求也日益提高，现有银基含钯合金的耐磨和耐电弧等性能已经难以充分满足长寿命以及寿命期内的高稳定性要求，在寿命试验中转速波动大、波形不良、早期死机等现象时有发生。

发明内容

本发明的目的，是提供一种含碱金属和钯的银基滑动电接触材料。在现有AgCuPdNi和AgCuPdZnNi合金中进一步添加碱金属锂、钠、钾中的一种或几种，有良好的耐腐蚀、自润滑和灭弧性能，且高温、高湿使用性能优良，用于制作直流电动机的换向器，可以提高换向器的使用寿命、接触稳定性及可靠性，改善高温、高湿等恶劣条件下的使用性能，满足直流电动机小型化的需要。

本发明的技术方案是：

本发明的第一种含碱金属和钯的银基滑动电接触材料中Cu为1.0-8.0质量百分含量；Ni为0.1-1.0质量百分含量；Pd为0.1-2.0质量百分含量；0.01～3.0质量百分含量的Li、Na、K三种元素中的任一种；余量为Ag。

本发明的第二种含碱金属和钯的银基滑动电接触材料中Cu为1.0～8.0质量百分含量；Ni为0.1-1.0质量百分含量；Pd为0.1-2.0质量百分含量；Li、Na、K三种元素中的任两种，两种元素的质量百分含量不超过3.0％；余量为Ag。

本发明的第三种含碱金属和钯的银基滑动电接触材料中Cu为1.0～8.0质量百分含量；Ni为0.1-1.0质量百分含量；Pd为0.1-2.0质量百分含量；Li、Na、K三种元素质量百分含量不超过3.0％，余量为Ag。

本发明的第四种含碱金属和钯的银基滑动电接触材料中Cu为1.0～8.0质量百分含量；Ni为0.1-1.0质量百分含量；Zn为0.1-5.0质量百分含量；Pd为0.1-2.0质量百分含量；0.01～3.0质量百分含量的Li、Na、K三种元素中的任一种；余量为Ag。

本发明的第五种含碱金属和钯的银基滑动电接触材料中Cu为1.0～8.0质量百分含量；Ni为0.1-1.0质量百分含量；Zn为0.1-5.0质量百分含量；Pd为0.1-2.0质量百分含量；Li、Na、K三种元素中的任两种，两种元素的质量百分含量不超过3.0％；余量为Ag。

本发明的第六种含含碱金属和钯的银基滑动电接触材料中Cu为1.0～8.0质量百分含量；Ni为0.1-1.0质量百分含量；Zn为0.1-5.0质量百分含量；Pd为0.1-2.0质量百分含量；0.01～3.0质量百分含量的Li、Na、K三种元素中的任一种；余量为Ag。

上述含碱金属和钯的银基滑动电接触材料的任意一种为工作层，铜或铜合金为基层，制作成两层复合材料；或者，由上述材料的合金为中间层，金或金合金为表层，铜或铜合金为基层，制作成三层复合材料。

由上述材料制作的换向器和采用所述换向器的直流电动机。

碱金属锂、钠、钾性质活泼，在空气中容易氧化，电接触材料工作过程中，这些碱金属在材料表面形成氧化物薄膜，从而产生自润滑作用，特别是减少换向器与刷片金属表面的直接接触，在很大程度上降低粘着磨损造成的材料损伤。同时，这些金属的沸点较低，受高温作用时容易挥发，因而可以带走电弧的热量，使电弧尽快熄灭，极大地减少接触材料的烧蚀。

本发明的优点为：

1)采用本发明的含碱金属和钯的银基滑动电接触材料制作微电机换向器，具有更好的抗粘着磨损性能和抗电弧能力，适合于在要求长寿命和高稳定性条件下工作的微电机中使用。以产生自润滑和灭弧效果，作为滑动式电接触材料，

2)本发明的含碱金属和钯的银基滑动电接触材料可以采用与传统的电接触合金相同的生产工艺制造，设备和工艺技术不需要特殊的改造，生产中易于实施。

3)利用本发明的含碱金属和钯的银基滑动电接触材料制作两层或三层复合材料时，可以采用普通的电接触复合带材的工艺和设备进行生产，技术易于掌握和实施，且生产成本仅有少量增加。

具体实施方式

按照表1所述的配置，取原料，在真空感应熔炼炉中熔炼制备含碱金属和钯的银基滑动电接触材料。

实施例1至38的合金成分见表1.

表1各实施例合金成分(重量百分数)

其中Li、Na、K元素以中间合金形式加入，也可以纯金属形式加入。将制备的含碱金属和钯的银基滑动电接触材料铸锭，经开坯、轧制后，采用热轧复合技术，与铜或铜合金进行复合，制作成两层复合材料，其中本发明所述含碱金属和钯的银基滑动电接触材料为工作层，铜或铜合金为基层。或者，将制备的含碱金属的银基含钯滑动电接触材料铸锭，经开坯、轧制后，采用热轧复合技术，与金或金合金以及铜或铜合金进行复合，制作成三层复合材料，其中金或金合金为表层，本发明的含碱金属和钯的银基滑动电接触材料为中间层，铜或铜合金为基层。

各比较例电接触银合金成分见表2。

表2比较例合金成分(重量百分数)

比较例	Cu	Ni	Zn	Pd	Ag
						1	2.0	0.4		1.0	余量
2	6.0	0.5		1.5	余量
						3	2.0	0.4	1.0	1.0	余量
4	6.0	0.5	2.0	1.5	余量

按表1和2中的各成分配制并熔炼合金，然后与铜合金复合成层状复合材料，并轧制成银合金层厚0.03mm，总厚0.25mm的带材。

将带材用于制作成微电机三极换向器，将该换向器装配在微电机中，进行寿命试验。其对应的电刷片材料为AgPd30/BZn18-26或AgPd50/BZn18-26。

实施例1-19和比较例1、2的电刷片材料为AgPd30/BZn18-26，测试条件如下：

测试环境：常温、高湿

测试负荷：空载

测试电压：6V

运转方式：连续运行

测试过程中，通过检测电机转速和电流的变化来判定电机的工作状态，出现转速或电流超标或停止运转时均判定为寿命终止。

测试结果见表3。

表3实施例1-19及比较例1、2寿命测试结果

实施例20-38和比较例3、4的电刷片材料为AgPd50/BZn18-26，测试条件如下：

测试环境：高温、常湿

测试负荷：空载

测试电压：7V

运转方式：连续运行

测试结果见表6。

表6实施例20-38及比较例7、8寿命测试结果

实施例39

与实施例2不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1490小时。

实施例40

与实施例8不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1512小时。

实施例41

与实施例13不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1506小时。

实施例42

与实施例18不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1492小时。

实施例43

与实施例22不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1704小时。

实施例44

与实施例28不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1689小时。

实施例45

与实施例32不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1695小时。

实施例46

与实施例38不同的是，在该两层复合材料表面进一步复合一层厚约1μm的AuAg40合金，然后进行测试，其寿命为1696小时。

结论：上述测试结果表明，在AgCuPdNi和AgCuPdZnNi合金中添加碱金属元素Li、Na和/或K可以改善电接触合金的耐磨性、耐电弧性和电接触性能。以这些合金作工作层或中间层制成复合材料，用于制作微电机换向器，与采用不含碱金属的合金所制作的微电机换向器相比，在高温、高湿条件下显示出更长的使用寿命，达到了提高电机工作寿命和稳定性的目的。

Claims

1.含碱金属和钯的银基滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中Cu为1.0-8.0质量百分含量；Ni 为0.1-1.0质量百分含量；Pd为0.1-2.0质量百分含量；0.01～3.0质量百分含量的Li、Na、K三种元素中的任一种；余量为Ag。

2.含碱金属和钯的银基滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中Cu为1.0～8.0质量百分含量；Ni 为0.1-1.0质量百分含量；Pd为0.1-2.0质量百分含量；Li、Na、K三种元素中的任两种，两种元素的质量百分含量不超过3.0%；余量为Ag。

3.含碱金属和钯的银基滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中Cu为1.0～8.0质量百分含量；Ni 为0.1-1.0质量百分含量；Pd为0.1-2.0质量百分含量；Li、Na、K三种元素质量百分含量不超过3.0%，余量为Ag。

4.含碱金属和钯的银基滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中Cu为1.0～8.0质量百分含量；Ni 为0.1-1.0质量百分含量；Zn为0.1-5.0质量百分含量；Pd为0.1-2.0质量百分含量； 0.01～3.0质量百分含量的Li、Na、K三种元素中的任一种；余量为Ag。

5.含碱金属和钯的银基滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中Cu为1.0～8.0质量百分含量；Ni 为0.1-1.0质量百分含量；Zn为0.1-5.0质量百分含量；Pd为0.1-2.0质量百分含量；Li、Na、K三种元素中的任两种，两种元素的质量百分含量不超过3.0%；余量为Ag。

6.含碱金属和钯的银基滑动电接触材料，其特征在于：所述材料中Cu为1.0～8.0质量百分含量；Ni 为0.1-1.0质量百分含量；Zn为0.1-5.0质量百分含量；Pd为0.1-2.0质量百分含量；0.01～3.0质量百分含量的Li、Na、K三种元素中的任一种；余量为Ag。

7.用于滑动式电接触的复合材料，其特征在于：由权利要求1至6任一所述的含碱金属的银基含钯滑动电接触材料作为工作层，铜或铜合金作为基层，其中含碱金属的银基含钯滑动电接触材料层部分或全部覆盖在铜或铜合金基层上面。

8.用于滑动式电接触的复合材料，其特征在于：它由金或金合金作工作层，含碱金属的银基含钯滑动电接触材料作中间层，铜或铜合金作基层，该工作层全部或部分覆盖在含碱金属的银基含钯滑动电接触材料层上面。

9.一种换向器，其特征在于：使用权利要求7或8所述的复合材料。

10.一种直流电动机，其特征在于：使用权利要求9所述的换向器。