CN107523715A - 一种高抗熔焊性的银镍电触头材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高抗熔焊性的银镍电触头材料及其制备方法，其材料组成及质量百分含量为：5%≤镍≤30%，0.05%≤氮化钛≤3%，余量为银。本发明主要目的提高银镍材料在较大电流等级下的抗熔焊性能，添加了氮化钛作为添加物，氮化钛具有熔点高、热稳定性良好、较低的导电率等优点，采用混粉工艺即可大批量生产。与常规的银镍材料相比银镍氮化钛材料在电弧作用下可以降低触点之间的熔焊力，从而达到提高抗熔焊性能的目的。

Description

一种高抗熔焊性的银镍电触头材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电触头材料领域，具体是指一种高抗熔焊性的银镍电触头材料及其制备方法。

背景技术

在电触头领域，银镍电触头材料在小电流条件下抗电弧烧损能力优良，接触电阻低且稳定。而在较大电流等级条件下，则体现出较差的抗熔焊性能和抗电弧烧损性能，难以满足使用要求。

因而增强银镍材料在较大电流等级下的抗熔焊性和抗电弧烧损能力，就具有重要的实际应用价值。

通过检索，部分专利已有在这方面进行改良。例如：

1）专利CN1193109C公开了一种银-镍-钨-二氧化锗-碳酸锂电触头材料，通过添加钨来降低接触过程中触头材料之间的熔焊强度，改善抗熔焊性，添加碳酸锂粉末用于扩散电弧弧根斑点，添加二氧化锗提高液态银对触头表面润湿性；

2）专利CN101127253B 公开了一种银镍导电陶瓷电触头材料及其制备方法，通过导电陶瓷和稀土的添加来改良电触头的抗电弧烧损能力；

3）专利CN200910196278.X公开了一种纤维AgNi电触头材料及其制备方法，主要是通过镦粗和多次挤压处理来达到细化晶粒，以改善材料组织的手段来改善材料性能；

4）专利CN101831571B公开了一种银-镍-碳化钽电触头材料，通过添加碳化钽来提高材料的抗熔焊性能，但是碳化钽电阻率较高，添加后会导致银镍材料的电阻率上升；

与上述专利相比较，本专利在银镍材料中添加的高熔点增强相不同，采用了氮化钛作为高熔点相，提高银镍材料在电接触过程中的抗熔焊性能。

5）专利CN201510018833.5公开了一种氮化钛增强银基电触头材料及其制备方法，其中氮化钛为主要增强相，采用氮化钛直接替代同为高熔点材料的钨、碳化钨的方法，其目的是在继承银钨、银碳化钨材料拥有的良好抗熔焊性、抗电弧侵蚀性能的同时，改善银钨、银碳化钨材料在长期使用过程中触头表面形成不导电的钨酸银从而影响触头间接触电阻及触头温升的问题。然而与采用熔渗工艺制作的银钨、银碳化钨材料不同，该氮化钛增强银基电触头材料不具备形成如多孔体钨骨架的结构，故而选择传统粉末冶金工艺进行制作。银钨、银碳化钨触头在电弧侵蚀过程中，低熔点的银首先熔化，液态银被钨骨架的毛细管所吸引，不易飞溅，只能在高温下汽化，同时汽化作用可吸收大量电弧能量，降低触头使用温度，即这种限制液态银流动的骨架才使该类触头具有良好的抗熔焊性及抗电弧侵蚀性能，而氮化钛增强银基电触头材料不具备这种骨架结构，在电弧侵蚀过程中容易发生液态银的飞溅，从而难以完全继承银钨类触头良好的抗电弧侵蚀性能。

而本发明是在目前使用广泛的银镍电触头材料中再添加一定比例的氮化钛，氮化钛仅作为其中一种特殊的添加物来改善触头的综合电性能。本发明采用粉末冶金法将氮化钛均匀的加入到银镍主体材料中，在电弧侵蚀过程中，弥散分布的镍颗粒可以减少基体中Ag的蒸发。在这过程中，氮化钛颗粒因其高熔点及高温化学稳定性而不会发生变化，从而当触头出现熔焊倾向时，均匀分布的氮化钛颗粒可以起到降低触头间熔焊力的作用，使熔焊的触头容易分断开，从而提高触点的抗熔焊性能。

本发明方法制备的银镍氮化钛复合电触头材料能够利用银镍和氮化钛两种材料各自的优势，在保持银金属氧化物触头材料优良的电学性能同时进一步提高其抗熔焊性能，降低电接触过程中触点间的熔焊倾向。

发明内容

本发明的目的是解决AgNi材料在较大电流等级下抗熔焊性能较差的问题，而提供一种高抗熔焊性的银镍电触头材料。

本发明的第二个目的是提供一种高抗熔焊性的银镍电触头材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是包括有以下组分，以质量百分比计：

5wt%≤镍≤30wt%，0.05wt%≤氮化钛≤3wt%，余量为银，其中氮化钛作为增强相。

进一步设置是氮化钛采用二氮化二钛和四氮化三钛其中的一种或两种的混合物。

进一步设置是氮化钛粉平均粒度0.1～20μm。

进一步设置是镍粉为羰基镍粉，平均粒度0.5～10μm。

为实现本发明的第二个发明目的，其技术方案是一种高抗熔焊性的银镍电触头材料的制备方法，包括以下步骤：

a、混粉：称取重量百分比为0.05wt%-3wt% 的氮化钛、重量百分比为5wt%-30wt%的镍和余量银粉放入犁铲式混粉机中，混粉2-6 小时；

b、压制：将混合均匀的粉在冷等静压设备上压制成规定形状坯料，压强为200-400MPa；

c、烧结：坯料在真空或氩气保护下烧结2-6小时，烧结温度800-900 ℃；

d、挤压：烧结后的锭子挤压成板材或丝材；

e、冲制/拉拔：将挤压成的板材冷轧至半成品厚度，然后冲制片状触点；或者挤压后的丝材拉拔至半成品直径，然后冷镦制打铆钉触点。

本发明添加氮化钛元素具有优良的各项物理性能，其熔点为2950℃，密度为5.43～5.44g/cm³，热膨胀系数为6.81×10^-6/℃，电阻率为22μΩ·cm。氮化钛具有良好的热稳定性和机械稳定性，极好的抗腐蚀性能，氮化钛与金属之间的润湿性较小，作为添加物相可以有效降低接触过程中触头材料之间的熔焊强度，达到提高银镍材料的抗熔焊性能的目的。

本发明具有的优点和积极效果：

1、与银镍材料相比，银-镍-氮化钛材料在较大等级电流下具有良好的抗熔焊性能，可明显提高银镍材料在较大电流等级下使用时的抗熔焊能力；

2、采用氮化钛替代银，可以起到一定的节银效果；

3、本发明设计的工艺路线简单，与常规的银镍材料生产工艺基本相同，材料利用率高，生产周期短，适合大批量生产。

下面结合具体实施方式对本发明做进一步介绍。

附图说明

图1 AgNi（15）和AgNi（15）TiN（3）熔焊力的测试对比图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例一：制作按重量百分比Ni为30wt%、TiN为1.5wt%、余量为银的片状触点 。

a)取11.775kg银粉与4.5kg镍粉，过筛200目；

b)银镍混合粉与0.225kg的二氮化二钛粉在犁铲式混粉机中混合4h；

c)银-镍-二氮化二钛混合粉在冷等静压机上，压力250MPa下，保压时间20S压制成锭子；

d)锭子在氩气保护下，经850℃烧结2h，然后挤压为40×4mm规格的板材；

e)板材经冷轧-冲制，加工为片状触点。

实施例二：制作按重量百分比Ni为15wt%、TiN为3wt%、余量为银的铆钉触点 。

a)取12.30kg银粉与2.25kg镍粉，过筛150目；

b)银镍混合粉与0.45kg的四氮化三钛粉在犁铲式混粉机中混合6h；

c)银-镍-四氮化三钛混合粉在冷等静压机上，压力300MPa下，保压时间30S压制成锭子；

d)锭子在氩气保护下，经800℃烧结4h，然后挤压为Φ6mm规格的丝材；

e)丝材经冷拉拔加工，制打铆钉触点。

实施例三：制作按重量百分比Ni为30wt%、TiN为3wt%、余量为银的片状触点 。

a)取10.05kg银粉与4.5kg镍粉，过筛200目；

b)银镍混合粉与0.45kg的二氮化二钛粉在犁铲式混粉机中混合6h；

c)银-镍-二氮化二钛混合粉在冷等静压机上，压力350MPa下，保压时间30S压制成锭子；

d)锭子在氩气保护下，经850℃烧结4h，然后挤压为40×4mm规格的板材；

e)板材经冷轧-冲制，加工为片状触点。

实施例四：制作按重量百分比Ni为15wt%、TiN为1.5wt%、余量为银的铆钉触点 。

a)取12.525kg银粉与2.25kg镍粉，过筛200目；

b)银镍混合粉与0.135kg的四氮化三钛粉和0.09kg的二氮化二钛粉在犁铲式混粉机中混合6h；

c)银-镍-四氮化三钛混合粉在冷等静压机上，压力300MPa下，保压时间30S压制成锭子；

d)锭子在氩气保护下，经850℃烧结2h，然后挤压为Φ6mm规格的丝材；

e)丝材经冷拉拔加工，制打铆钉触点。

实施例五：制作按重量百分比Ni为10wt%、TiN为0.05wt%、余量为银的铆钉触点 。

a）取53.97kg银粉与6kg镍粉，过筛200目；

b）银镍混合粉与0.03kg的四氮化三钛粉在犁铲式混粉机中混合4h；

c）银-镍-氮化钛混合粉在冷等静压机上，压力250MPa下，保压时间20S压制成锭子；

d）锭子在氩气保护下，经800℃烧结2h，然后挤压为Φ6mm规格的丝材；

e）丝材经冷拉拔加工，制打铆钉触点。

试验例

我们选择AgNi（15）和AgNi（15）TiN（3）（重量百分比为15wt%的Ni和3wt%的TiN）两种材料进行电接触过程中熔焊力的对比，制打整体铆钉规格R4×1+2×2mm，试验条件为：电压220V，电流20A，交流阻性负载，在电性能模拟试验机上试验10万次后记录的参数以5000个点取其平均值，这两种材料的熔焊力曲线参见附图1所示，

通过试验数据可知，AgNi（15）TiN（3）材料的平均熔焊力比AgNi（15）材料更小，氮化钛的加入可以降低AgNi材料电接触过程中的熔焊力。

Claims (5)

1.一种高抗熔焊性的银镍电触头材料，其特征在于包括有以下组分，以质量百分比计：

5wt%≤镍≤30wt%，0.05wt%≤氮化钛≤3wt%，余量为银，其中氮化钛作为增强相。

2.根据权利要求1所述的一种高抗熔焊性的银镍电触头材料，其特征在于：氮化钛采用二氮化二钛和四氮化三钛其中的一种或两种的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种高抗熔焊性的银镍电触头材料，其特征在于：氮化钛粉平均粒度0.1～20μm。

4.根据权利要求1所述的一种高抗熔焊性的银镍电触头材料，其特征在于：镍粉为羰基镍粉，平均粒度0.5～10μm。

5.一种高抗熔焊性的银镍电触头材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a、混粉：称取重量百分比为0.05wt%-3wt% 的氮化钛、重量百分比为5wt%-30wt%的镍和余量银粉放入犁铲式混粉机中，混粉2-6 小时；

b、压制：将混合均匀的粉在冷等静压设备上压制成规定形状坯料，压强为200-400MPa；

c、烧结：坯料在真空或氩气保护下烧结2-6小时，烧结温度800-900 ℃；

d、挤压：烧结后的锭子挤压成板材或丝材；

e、冲制/拉拔：将挤压成的板材冷轧至半成品厚度，然后冲制片状触点；或者挤压后的丝材拉拔至半成品直径，然后冷镦制打铆钉触点。