CN110923785A - 共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法 - Google Patents

共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法，如下：银合金板表面镀镍，镀镍液配制：硫酸镍，氯化镍，硼酸，十二烷基硫酸钠；以待镀银合金板材为阴极，纯镍板为阳极，待镀银合金板材表面面对阳极，施镀，使镍层达到厚度，之后洗净干燥；银合金板复合镀：复合镀液配制：硫酸铜，硫酸，平均粒度为氧化锡、氧化镧、碳化钛、碳化钨、氮化硼、金刚石、石墨的固体微粒，用超声波分散；以待镀银合金板材为阴极，不锈钢为阳极，待镀银合金板材镀镍面面对阳极，在超声波分散下施镀,然后洗净干燥；烧结；冷轧到规定尺寸；本发明能够可靠、低成本的将银合金与铜合金的覆合到一起；使复合镀层具备较强的抗熔焊性。

Description

共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法
技术领域
本发明涉及一种共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法。
背景技术
触头是低压电器的核心元件，起着接通、载流和分断电流的作用。触头材料的发展一直伴随着各种节银方法的实施，其中最普遍的就是采用银合金/铜复合的方式节银，其结构如图1所示，一般可节银50％以上。银合金/铜复合工艺多采用粉末冶金法和热轧覆合法。
粉末冶金法是将银合金粉、铜粉压制成两层的坯料，经过烧结、复压、复烧得到最终产品。热轧复合法是将铜带材和触头带材在加热到一定温度后，用轧机进行大变形量轧制，然后进行热处理，从而将两种材料形成冶金结合的一种工艺。
这两种工艺都存在一定的问题和局限性，粉末冶金法制备的触点密度较低，一般只能达到相对密度的95％左右，不但电性能较差，而且强度较低，可能导致在后续的焊接过程中可能存在因冲击而开裂的问题。同时由于不同材质的银合金粉与铜合金粉烧结时因润湿性以及收缩率不同，导致很多材料无法进行复合。热轧复合法解决了粉末冶金法的不足，但却存在无法复合银碳化物、银氧化物这些采用熔渗法制备的或延展率较差但电性能优良的触头材料，严重限制了应用的范围。
此外，断路器用触头材料要求具有良好的导电、抗熔焊和耐电弧烧损的特性。而以纯铜或无氧铜与银合金复合的触头材料，在使用过程中，当银合金层被电弧烧蚀后，纯铜层由于不具有抗熔焊性，此时触点失效，出现重大安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法，能够可靠、低成本的将银合金与铜合金的覆合到一起。
本发明的技术方案是这样实现的：一种共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法，步骤如下：
步骤1、银合金板待镀表面喷砂处理；
步骤2、银合金板表面镀镍：
步骤2-1、镀镍液配制：硫酸镍250-300g/L，氯化镍30-60g/L，硼酸35-40
g/L，十二烷基硫酸钠0.05-0.1g/L，pH＝3-4；
步骤2-2、施镀：以待镀银合金板材为阴极，纯镍板为阳极，将喷砂处理的待镀银合金板材表面面对阳极，施镀，使镍层达到规定要求的厚度，之后洗净干燥；
步骤3、银合金板复合镀：
步骤3-1、复合镀液配制：硫酸铜150-250g/L，硫酸45-110g/L，平均粒度为0.5-6μm、1-3g/L的氧化锡、氧化镧、碳化钛、碳化钨、氮化硼、
金刚石、石墨的固体微粒或以上任意比例组合，用超声波分散；
步骤3-2、以待镀银合金板材为阴极，不锈钢为阳极，待镀银合金板材镀镍面面对阳极，在超声波分散下施镀,然后洗净干燥；
步骤4、烧结；
步骤5、重复3、4步骤，直到获得规定厚度的铜合金层；
步骤6、冷轧：复合带材冷轧到规定尺寸；
步骤7、退火：在氩气保护下进行350-650℃烧结，保温时间2-3h。
本发明还具有如下特征：
1、如上的步骤2，施镀，温度45-60℃，电流密度1-2.5A/dm2，施镀2-5min。
2、如上的步骤3，施镀，温度20-50℃，电流密度1-3A/dm2，施镀15-30min。
3、如上的步骤3.1，超声波分散30-60min。
4、如上的步骤4，在氩气500-780℃烧结，保温时间1-2h。
5、如上的步骤7，在氩气保护下进行350-650℃烧结，保温时间2-3h。
6、如上所述的方法制备的一种断路器用银合金/铜合金复合触头材料。
本发明的优点及有益效果如下：本发明采用分散电镀，是用电镀方法将固体颗粒与金属共沉积，即将不溶性固体微粒均匀分散在电镀液中，制成悬浮液进行电镀，从而在基体上获得基质金属上弥散分布颗粒结构的一定厚度的复合镀层。上述固体微粒指各种难熔的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、单质碳等，如氧化锡、氧化镧、碳化钛、碳化钨、氮化硼、金刚石、石墨等。电镀基质金属有镍、铜、铬和一些合金。根据不同微粒的特性，如金刚石具有高硬度、高导热性、电弧烧蚀时产生的还原性以及易从基体金属脱落而露出新鲜基质量金属等特性，使复合镀层具备较强的抗熔焊性；如氧化镧具有燃弧特性，使复合镀层具备较强移动电弧能力，减轻触头局部电弧烧蚀。特别是中间镍层的存在，解决了反复施镀、反复烧结所造成的银铜扩散所形成的层间孔隙等缺陷，从而使得分散电镀方法得以应用，并提高复合强度。
附图说明
图1为银合金/铜的触头材料结构图，其中，1、银合金，2、铜。
具体实施方式
下面举例对本发明做进一步的说明：
实施例1
步骤1、喷砂：将长度约500×70×0.8mm的AgSnO(10)带材固定到夹具上，进行喷砂，使其表面粗化无异物并露出新鲜表面。
步骤2、镀镍：
步骤2.1、镀镍液配制：配制含硫酸镍250g/L、氯化镍30g/L、硼酸35g/L、十二烷基硫酸钠0.05g/L的镀镍液，并调节pH＝3-4。
步骤2.2、以待镀银合金板材为阴极，纯镍板为阳极，待镀银合金板材喷砂面面对阳极，温度45℃，电流密度1.0A/dm2，施镀5min。
步骤2.3、以自来水漂洗三次，以蒸馏水漂洗二次，晾干。
步骤3、复合镀
步骤3.1、配制含硫酸铜150g/L、硫酸45g/L，并加入平均粒度为0.5-1.5μm的金刚石0.5g/L、碳化钛1.5g/L后，以超声波分散30min。
步骤3.2、以待镀银合金板材为阴极，不锈钢为阳极，待镀银合金板材镀镍面面对阳极，在超声波分散下，温度20℃，电流密度1.0A/dm2，施镀15min。
步骤3.3、以自来水漂洗三次，以蒸馏水漂洗二次，晾干。
步骤4、镀后带材在氩气保护下进行500℃烧结，保温时间2h。
步骤5、重复3、4步骤共20次，获得0.8mm厚度的铜合金层。
步骤6、将烧结后的复合带材进行冷轧，每次轧下量≥10％，轧制后进行复合带材在氩气保护下进行350℃退火处理，保温时间2h。重复轧制与退火6次，使厚度达到1.0mm。
本实施例通过以上方法获得AgSnO(10)层厚度为0.5mm，铜合金层厚度为0.5mm含金刚石5wt％的复合板材料。
实施例2
步骤1、喷砂：将长度约500×70×1.0mm的AgZnO(8)带材固定到夹具上，进行喷砂，使其表面粗化无异物并露出新鲜表面。
步骤2、镀镍：
步骤2.1、镀镍液配制：配制含硫酸镍300g/L、氯化镍60g/L、硼酸40g/L、十二烷基硫酸钠1.0g/L的镀镍液，并调节pH＝3-4。
步骤2.2、以待镀银合金板材为阴极，纯镍板为阳极，待镀银合金板材喷砂面面对阳极，温度60℃，电流密度2.5A/dm2，施镀2min。
步骤2.3、以自来水漂洗三次，以蒸馏水漂洗二次，晾干。
步骤3、复合镀
步骤3.1、配制含硫酸铜250g/L，硫酸110g/L，并加入平均粒度为0.5-1.5μm的金刚石0.5g/L、碳化钛1.0g/L后，以超声波分散60min。
步骤3.2、以待镀银合金板材为阴极，不锈钢为阳极，待镀银合金板材镀镍面面对阳极，在超声波分散下，温度50℃，电流密度3A/dm2，施镀30min。
步骤3.3、以自来水漂洗三次，以蒸馏水漂洗二次，晾干。
步骤4、镀后带材在氩气保护下进行780℃烧结，保温时间1h。
步骤5、重复3、4步骤共8次，获得1.0mm厚度的铜合金层。
步骤6、将烧结后的复合带材进行冷轧，每次轧下量≥10％，轧制后进行复合带材在氩气保护下进行650℃退火处理，保温时间2h。重复轧制与退火3次，直到厚度达到1.5mm。
本实施例通过以上方法获得AgZnO(8)层厚度为0.75mm，铜合金层厚度0.75mm，铜合金层含金刚石、碳化钛为2w％、4wt％的复合板材料。
实施例3
步骤1、喷砂：将长度约500×70×0.6mm的AgWC30带材固定到夹具上，进行喷砂，使其表面粗化无异物并露出新鲜表面。
步骤2、镀镍：
步骤2.1、镀镍液配制：配制含硫酸镍280g/L、氯化镍50g/L、硼酸37g/L、十二烷基硫酸钠0.08g/L的镀镍液，并调节pH＝3-4。
步骤2.2、以待镀银合金板材为阴极，纯镍板为阳极，待镀银合金板材喷砂面面对阳极，温度50℃，电流密度2.0A/dm2，施镀3min。
步骤2.3、以自来水漂洗三次，以蒸馏水漂洗二次，晾干。
步骤3、复合镀
步骤3.1、配制含硫酸铜200g/L，硫酸75g/L，并加入平均粒度为0.5-1.5μm的金刚石0.5g/L、氧化镧1.0g/L后，以超声波分散45min。
步骤3.2、以待镀银合金板材为阴极，不锈钢为阳极，待镀银合金板材镀镍面面对阳极，在超声波分散下，温度30℃，电流密度2.5A/dm2，施镀20min。
步骤3.3、以自来水漂洗三次，以蒸馏水漂洗二次，晾干。
步骤4、镀后带材在氩气保护下进行750℃烧结，保温时间1.5h。
步骤5、重复3、4步骤共8次，获得0.6mm厚度的铜合金层。
步骤6、将烧结后的复合带材进行冷轧，每次轧下量≥10％，轧制后进行复合带材在氩气保护下进行650℃退火处理，保温时间2h。重复轧制与退火2次，直到厚度达到1.0mm。
本实施例通过以上方法获得AgWC30层厚度为0.50mm，铜合金层厚度0.50mm，铜合金层含金刚石、氧化镧为2w％、4wt％的复合板材料。

Claims (7)

1.一种共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法，其特征在于，方法步骤如下：
步骤1、银合金板待镀表面喷砂处理；
步骤2、银合金板表面镀镍：
步骤2-1、镀镍液配制：硫酸镍250-300g/L，氯化镍30-60g/L，硼酸35-40g/L，十二烷基硫酸钠0.05-0.1g/L，pH＝3-4；
步骤2-2、施镀：以待镀银合金板材为阴极，纯镍板为阳极，将喷砂处理的待镀银合金板材表面面对阳极，施镀，使镍层达到规定要求的厚度，之后洗净干燥；
步骤3、银合金板复合镀：
步骤3-1、复合镀液配制：硫酸铜150-250g/L，硫酸45-110g/L，平均粒度为0.5-6μm、1-3g/L的氧化锡、氧化镧、碳化钛、碳化钨、氮化硼、金刚石、石墨的固体微粒或以上任意比例组合，用超声波分散；
步骤3-2、以待镀银合金板材为阴极，不锈钢为阳极，待镀银合金板材镀镍面面对阳极，在超声波分散下施镀,然后洗净干燥；
步骤4、烧结；
步骤5、重复3、4步骤，直到获得规定厚度的铜合金层；
步骤6、冷轧：复合带材冷轧到规定尺寸；
步骤7、退火：在氩气保护下进行350-650℃烧结，保温时间2-3h。
2.根据权利要求1所述的一种共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法，其特征在于：步骤2，施镀，温度45-60℃，电流密度1-2.5A/dm2，施镀2-5min。
3.根据权利要求1所述的一种共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法，其特征在于：步骤3，施镀，温度20-50℃，电流密度1-3A/dm2，施镀15-30min。
4.根据权利要求1所述的一种共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法，其特征在于：步骤3-1，超声波分散30-60min。
5.根据权利要求1所述的一种共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法，其特征在于：步骤4，在氩气500-780℃烧结，保温时间1-2h。
6.根据权利要求1所述的一种共沉积制备断路器用银合金/铜合金复合触头材料的方法，其特征在于：步骤7，在氩气保护下进行350-650℃烧结，保温时间2-3h。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法制备的一种断路器用银合金/铜合金复合触头材料。
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