CN112927956A - 一种电接触材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种电接触材料及其制备方法，涉及电接触材料技术领域。主要采用的技术方案为：所述电接触材料具有网格状的耐磨结构；其中，网格状的耐磨结构仅位于电接触材料的表面；网格状的耐磨结构包括单层或多层网格和分布在网格的孔隙中的基体；其中，网格的目数为10‑900目、丝径为5‑900μm、孔径为5‑850μm。所述电接触材料为铜基电接触材料或银基电接触材料。采用熔渗工艺或浇铸成型工艺制备上述的电接触材料。本发明主要用于提高电接触材料的表面耐磨损性能，并确保该电接触材料还具有较高的导电性以及抗电冲击性能，以最终实现显著提升电接触触头的服役效果，从而延长其使用寿命。

Description

一种电接触材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电接触材料技术领域，特别是涉及一种电接触材料及其制备方法。

背景技术

电接触部件是继电器、断路器、隔离开关等电器的重要接触部件，主要担负电路的接通与断开，载流及隔离的任务，其性能的优劣直接影响到开关的性能，从而关系到整个电路及***的安全及正常运行。电接触材料在服役过程中往往需要伴随着长时间，高频次的摩擦，对于电接触材料的表面有着严重的磨损作用，这直接影响到电接触材料乃至整个设备的使用寿命。因此提高电接触材料的耐磨损性能，对于提高用电设备的使用寿命以及其服役安全有着重要的意义。

目前，常见的电接触材料主要分为铜基电接触材料和银基电接触材料两大类。铜基电接触材料一般以铜或铜合金为基体相，以钨、碳化钨等高熔点金属或化合物为第二相；银基电接触材料一般以银或银合金为基体相，以钨、镍或石墨等金属或化合物为第二相，采用熔渗骨架或铸造的工艺制备成型。其结构通常为在连续的多孔骨架中间隙分布基体相，材料表面表现为彼此夹杂分布的小块基体与骨架相。这种结构使得材料可以保持较高的导电性，但由于骨架相的面积较小且分散于基体之间，因此不能完全发挥其强化作用，对于材料的耐磨损性能增强效果有限。

现有技术中，一种相关技术是通过将钨纤维进行三维编织制备为编织体，随后在高温环境下进行渗铜，从而得到组织均匀的钨铜复合材料；即该种技术主要是通过钨网在基体中的支撑来提高材料的性能。另一种相关技术是通过将混合后的钨-铜粉体与钨网进行分层铺布，经热压后在高温气氛烧结炉中进行渗铜，使纤维网起到加强筋的作用，从而使复合材料的高温强度显著提高；即该种技术主要是将钨网与粉末分层铺布烧结来提高材料的性能。

但是，本发明的发明人发现上述现有技术至少存在如下技术问题：

(1)电接触材料的磨损仅限于表面，而上述现有技术制备的材料的表面均没有对电接触材料的表面结构进行针对性强化，因此其表面耐磨损性能不足；

(2)上述现有技术中的网格(或编织体)分布于基体整体的内部；基体内部中的网格含量高，会出现电导率、抗电冲击性能降低等问题；

(3)上述现有技术使得所选用的工艺受限，只能选用熔渗法制备，不能应用于基体含量较高复合材料的制备方法；

(4)只选用了钨网作为增强相，且工艺仅能应用于铜基复合材料，适用性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电接触材料及其制备方法，主要目的在于主要目的在于在确保电导率的前提下，提供或制备一种具有优异耐磨损性能的电接触材料。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种电接触材料，其中，所述电接触材料具有网格状的耐磨结构；其中，所述网格状的耐磨结构仅位于所述电接触材料的表面；所述网格状的耐磨结构包括单层或多层网格和分布在所述网格的孔隙中的基体；优选的，网格的目数为10-900目、丝径为5-900m、网格的网格孔径为5-850μm；优选的，所述网格是由多根横向丝和多根纵向丝编织而成；其中，所述网格的编方式为：

所述横向丝是以N1根纵向丝为周期进行上下交替穿插编织；优选的，所述N1为1-3根，优选为2根；和/或

所述纵向丝是以N2根横向丝为周期进行上下交替穿插编织；优选的，所述N2为1-3根，优选为2根。

优选的，所述电接触材料为铜基电接触材料，其中，所述基体为铜或铜合金；优选的，所述铜合金选用铜铬锆合金，进一步优选为C18150铜铬锆合金；优选的，所述网格的丝径为10-800μm、网格的网格孔径为5-750μm。优选的，所述网格为钨网。

优选的，所述电接触材料为银基电接触材料，其中，所述基体为银或银合金；优选的，所述银合金选用银镍合金或银铁合金(优选为AgFe7合金)。优选的，所述网格为钨网、不锈钢网、镍网中的任一种。

另一方面，本发明实施例还提供了上述的电接触材料的一种制备方法，其中，采用熔渗工艺制备所述电接触材料，其中，所述制备方法包括如下步骤：

制备增强骨架步骤：制备一种至少部分表面处具有网格的增强骨架；

高温熔渗步骤：采用高温熔渗的方法将基体熔渗到所述增强骨架中，冷却后得到复合材料；然后，对多余的基体进行去除处理以使所述网格状的耐磨结构暴露于复合材料的表面，得到所述电接触材料。

优选的，在所述制备增强骨架步骤中：

将增强粉体烧结成增强骨架本体；将网格贴合在所述增强骨架本体的表面上，得到增强骨架；

优选的，所述将网格贴合在所述增强骨架本体的表面上的步骤，具体为：将所述网格包覆在所述增强骨架本体上，并使所述网格与所述增强骨架本体贴合；

优选的，所述将增强粉体烧结成增强骨架本体的步骤，包括：将所述增强粉体压制成坯块，然后对所述坯块进行烧结处理，得到增强骨架本体；进一步优选的，对所述坯块烧结处理的步骤，包括：在保护气氛中，将所述坯块以5-12℃/min的速率升温至750-1600℃并保温20min-1h获得增强骨架本体。

优选的，在所述制备增强骨架步骤中：

将所述增强粉体压制成坯块；将网格包贴合在所述坯块的表面上，然后对表面贴合有网格的坯块进行烧结处理，得到增强骨架；

优选的，所述将网格贴合在所述坯块的表面上的步骤，包括：将网格包覆在所述坯块上或垫在所述坯块的下表面，并使所述网格与所述坯块贴合；

优选的，对表面贴合有网格的坯块进行烧结处理的步骤，包括：在保护气氛中，将所述贴合有网格的坯块以5-12℃/min的速率升温至750-1600℃并保温20min-1h获得增强骨架。

优选的，若所述电接触材料为铜基电接触材料，则所述增强粉体选用钨粉或碳化钨粉，优选的，所述增强粉体的粒径为30-50μm；若所述电接触材料为银基电接触材料，则所述增强粉体选用镍粉或铁粉，优选的，所述增强粉体的粒径为30-50μm。

优选的，所述高温熔渗步骤，包括：将基体、增强骨架放置在一起；在保护气氛下，对放置在一起的基体和增强骨架进行加热，直至温度为设定温度，并在设定温度下保温设定时间，冷却后得到复合材料；其中，设定温度高于基体的熔点、低于增强骨架的熔点；优选的，所述设定温度为1050-1300℃；优选的，设定时间为30min-1.5h；优选的，将所述基体放置在所述增强骨架上，或者将所述增强骨架放置在所述基体上。

优选的，在所述高温熔渗步骤中：将基体、增强骨架放置在坩埚上，且所述基体放置在所述增强骨架上；再将所述坩埚放置在加热设备的炉腔内；抽真空后，再充入保护气体，待加热炉内的气压稳定后，以5-10℃/min的速率升温至1050-1300℃，保温30min-1.5h后，再以5-10℃/min的速率降温至800-900℃后，随炉冷至室温。

再一方面，本发明实施例还提供了上述的电接触材料的另一种制备方法，其中，采用浇铸成型工艺制备所述电接触材料，其中，所述制备方法包括如下步骤：

将网格安置在坩埚的底部或将呈包覆结构状的网格放置在坩埚中，然后将熔融态的基体浇铸于坩埚中，冷却后得到浇铸件；对所述浇铸件上的多余的基体进行去除处理，以使所述网格状的耐磨结构暴露于浇铸件的表面，得到电接触材料；

优选的，所述基体的浇注的温度比所述基体的熔点高100-200℃；

优选的，所述网格与所述坩埚之间留有5-15mm的间隙；

优选的，若所述电接触材料为铜基电接触材料，其中，所述基体为铜合金；若所述电接触材料为银基电接触材料，其中，所述基体为银合金。

与现有技术相比，本发明的电接触材料及其制备方法至少具有下列有益效果：

一方面，本发明实施例提供一种电接触材料，该电接触材料具有网格状的耐磨结构，且所述网格状的耐磨结构仅位于所述电接触材料的表面；网格状的耐磨结构包括单层或多层网格和分布在所述网格的孔隙中的基体；优选的，网格的目数为10-900目、丝径为5-900m、孔径为5-850μm。在此，本发明实施例提供的电接触材料由于具有上述特征的网格状耐磨结构，使得该电接触材料的耐磨性能优异；并且由于网格仅位于材料的表面，不会影响电接触材料的电导率。

另一方面，本发明实施例提供一种电接触材料的制备方法，可以采用熔渗工艺，具体只需经过将增强粉体压制成坯块、将网格包覆在烧结好的坯块表面或将坯块与网格整体烧结、高温熔渗这三个步骤的处理，即可得到表面耐磨损的电接触材料；由此可见，本发明提供的电接触材料的制备方法不仅能制备出耐磨损性能优异的电接触材料，而且该制备方法的工艺简单，可批量生产，成本低。

再一方面，本发明实施例提供一种电接触材料的制备方法，可以采用浇铸成型工艺，该工艺适用于具有较高基体含量的电接触材料的制备，只需要将熔体浇铸进事先制备好的网状骨架中，即可得到表面耐磨损的电接触材料。

由此可见，本发明提供的电接触材料的制备方法的工艺灵活，可针对不同的基体含量需求选用不同的工艺，适用性广泛。

另外，本发明实施例提供的一种电接触材料的制备方法，在制备过程中通过采用10-900目、5-900μm丝径、5-850μm孔径的网格，该尺寸的网格可以对材料的表面进行针对性的强化，提高表面耐磨性，进而能够提高电接触材料的使用寿命，具有比传统电接触材料强化方法更为优良的耐磨性强化效果。并且，上述范围的网格孔径有利于熔体的浸渗，同时能够有效控制材料表面的基体含量，保持较高的电导率。进一步地，本发明实施例提供的一种电接触材料中的网格是由多根横向丝和多根纵向丝编织而成；其中，所述网格的编方式为：横向丝是以N1根纵向丝为周期进行上下交替穿插编织；优选的，所述N1为1-3根，优选为2根；和/或纵向丝是以N2根横向丝为周期进行上下交替穿插编织；优选的，所述N2为1-3根，优选为2根。这种编织方式有利于维持网格的稳定性，在加工过程中不易破损。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的实施例提供的一种利用熔渗工艺制备电接触材料的一原理图；

图2是本发明的实施例提供的一种利用熔渗工艺制备电接触材料的另一原理图；

图3是本发明的实施例提供的一种利用浇铸成型工艺制备电接触材料的原理图；

图4是本发明的实施例1-实施例3所使用的钨网的形貌图；其中，该钨网的丝径为50μm；

图5是本发明的实施例1所制备的电接触材料的微观组织结构图；

图6是本发明实施例1所制备的电接触材料、现有技术电接触材料(未在材料表面引入耐磨网格结构的电接触材料)与氮化锆陶瓷球对磨的磨损曲线对比图；

图7是本发明实施例1所制备的电接触材料与氮化锆陶瓷球对磨后的磨损形貌示意图；

图8是本发明实施例3所制备的电接触材料的微观组织结构图；

图9是本发明实施例4所采用的镍网的形貌图；其中，该镍网的丝径为50μm；

图10是本发明实施例5所采用的316L不锈钢网的形貌图；其中，该不锈钢网的丝径为25μm；

图11是本发明的对比例1中的电接触材料与氮化锆陶瓷球对磨后的磨损形貌示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

基于背景技术中提及现有技术存在的技术问题，本发明提出一种电接触材料及其制备方法，主要是在电接触材料的表面引入由连续的具有一定丝径的纤维编织成的网格，利用连续分布的网格来提高纤维的耐磨性能。在此，在材料表面连续分布的网格具有比骨架更大的纤维尺度，因此在宏观上由纤维承担了更大的摩擦载荷，同时由于网格相比于烧结的骨架结构更为致密，其本身即具有更好的耐磨损性能。因此在材料表面引入连续的网格有利于提高材料的耐磨损性能，是一种强化电接触材料的有效途径。本发明的方案具体如下：

一方面，本发明提供一种电接触材料，其中，所述电接触材料具有网格状的耐磨结构；其中，网格状的耐磨结构仅位于电接触材料的表面；网格状的耐磨结构包括单层或多层网格和分布在网格的孔隙中的基体；其中，网格的目数为10-900目、丝径为5-900μm、网格的孔径为5-850μm(在此，需要说明的是：孔可以为圆孔，也可以是矩形孔等等；孔其实是极不规则的，通常把它视作圆形而以半径来表示孔的大小)。

较佳地，网格是由多根横向丝和多根纵向丝编织而成；其中，所述网格的编方式为：横向丝是以N1根纵向丝为周期进行上下交替穿插编织；优选的，所述N1为1-3根，优选为2根；和/或纵向丝是以N2根横向丝为周期进行上下交替穿插编织；优选的，所述N2为1-3根，优选为2根。这种编织方式有利于维持网格的稳定性，在加工过程中不易破损。

在此，若电接触材料为铜基电接触材料，其中，基体为铜或铜合金；铜合金优选铜铬锆合金，进一步优选为C18150铜铬锆合金；网格的丝径为10-800μm、网格的孔径为5-750μm；网格为钨网。

在此，若电接触材料为银基电接触材料，其中，基体为银或银合金；银合金选用银镍合金或银铁合金，进一步优选为AgFe7合金；网格为钨网、不锈钢网、镍网中的任一种。

另一方面，关于电接触材料，本发明还提供了该电接触材料的制备方法，具体地，该制备方法可以选择熔渗工艺和浇铸成型工艺这两种工艺中的任一种。

熔渗工艺：采用熔渗工艺制备所述电接触材料，其中，所述制备方法包括如下步骤(具体原理图参见图1和图2所示)：

在以下步骤中，若所述电接触材料为铜基电接触材料，则所述增强粉体选用钨粉，优选的，所述钨粉的粒径为30-50μm。基体为铜或铜合金，优选为铜。

若所述电接触材料为银基电接触材料，则所述增强粉体选用镍粉，优选的，所述镍粉的粒径为30-50μm。基体为银或银合金，优选为银。

1)制备增强骨架步骤：制备一种至少部分表面处具有网格的增强骨架。对于制备增强骨架的步骤有如下两种方案：

第一种方案(参见图1)：将增强粉体烧结成增强骨架本体；将网格贴合在增强骨架本体的表面上，得到增强骨架。具体如下：

先将增强粉体压制成坯块，然后将坯块烧结成增强骨架本体(具体地，采用模压成型方式，先用脱脂棉蘸少量酒精擦拭模具，特别是内壁与底部。然后在模具内腔加入增强粉末。接着，调节液压机行程至完全开模状态，将整个模具置于液压机中心位置。最后，手动加压至30-40MPa，待保压0.5-1.5h后，卸去载荷并取出模具与坯块。

将所述坯块以5-12℃/min的速率升温至750-1600℃并保温20min-1h获得增强骨架本体。

将网格置于丙酮中，用超声的方式将其表面洗净，取出网格后将其置于干燥箱内烘干，再以手工方式将一层或多层网格贴合在增强骨架本体的表面。然后，将网格压平，使其与增强骨架本体(即，烧结后的坯块)紧密贴合，得到增强骨架。

第二种方案(参见图2)：将增强粉体压制成坯块；将网格贴合在坯块的表面上，然后对表面贴合有网格的坯块进行烧结处理，得到增强骨架。具体如下：

先将增强粉体压制成坯块，然后将坯块烧结成增强骨架本体(具体地，采用模压成型方式，先用脱脂棉蘸少量酒精擦拭模具，特别是内壁与底部。然后在模具内腔加入增强粉末。接着，调节液压机行程至完全开模状态，将整个模具置于液压机中心位置。最后，手动加压至30-40MPa，待保压0.5-1.5h后，卸去载荷并取出模具与坯块。

将网格置于丙酮中，用超声的方式将其表面洗净，取出网格后将其置于干燥箱内烘干，再以手工方式将一层或多层网格包覆在坯块的表面或置于坯块下方，得到表面贴合有网格的坯块。

对表面贴合有网格的坯块进行烧结处理，具体地：在保护气氛中，将所述贴合有网格的坯块以5-12℃/min的速率升温至750-1600℃并保温20min-1h，得到增强骨架。

2)高温熔渗步骤：采用高温熔渗的方法将基体熔渗到所述增强骨架中，冷却后得到复合材料；然后，去除多余的基体以使所述网格状的耐磨结构暴露于复合材料的表面，得到所述电接触材料。

该步骤具体为：将基体、增强骨架放置在一起；在保护气氛下，对放置在一起的基体和增强骨架进行加热，直至温度为设定温度，并在设定温度下保温设定时间，冷却后得到复合材料；其中，设定温度高于基体的熔点、低于增强骨架的熔点。优选的，所述设定温度为1050-1300℃；优选的，将所述基体放置在所述增强骨架上。

较佳地，在所述高温熔渗步骤中：将基体、增强骨架放置在坩埚上，且所述基体放置在所述增强骨架上；再将所述坩埚放置在加热设备的炉腔内；抽真空后，再充入保护气体，待加热炉内的气压稳定后，以10℃/min的速率升温至1050-1300℃，保温30分钟后，再以10℃/min的速率降温至800-900℃后，随炉冷至室温。

浇铸成型工艺：采用浇铸成型工艺制备所述电接触材料，其中，如图3所示，所述制备方法包括如下步骤：

将网格铺在模具的底部或将呈包覆结构状的网格放置在模具中，然后将熔融态的基体浇铸于模具中，冷却后得到浇铸件；去除所述浇铸件上的多余的基体，以使网格状的耐磨结构暴露于浇铸件的表面，得到电接触材料；优选的，基体的浇注的温度比所述基体的熔点高100-200℃；优选的，若电接触材料为铜基电接触材料，其中，基体为铜合金；若电接触材料为银基电接触材料，其中，基体为银合金。

较佳地，该步骤具体为：将作为增强相的网格置于丙酮中，用超声的方式将其表面洗净，取出网格后将其置于干燥箱内烘干，再以手工方式将网格折叠成所需要的特定形状，然后将制备好的骨架置于石墨坩埚中，或可以将一层或多层网格直接平铺在石墨坩埚底部，确保网格骨架边缘距离坩埚内壁5-15mm以防止出现铸造缺陷，该步骤完成。通过熔体浇铸入事先放好网格的坩埚中制备得到浇铸件，冷却得到铸锭后去除多余的金属基体，即得到表面强化的耐磨损电接触材料。

综上，本发明提出的上述方案对电接触材料的表面进行了针对性的强化，且适用性广泛，可以应用于不同的成型工艺，在强化的同时，材料中的网格含量较低，从而保证了较高的电导率，对于改善电接触材料的强度，提高使用寿命以及提高产品质量稳定性具有重要的意义。

下面通过具体实验实施例进一步对本发明说明如下：

实施例1-5均使用同一热压设备与模具进行模压成型，采用同一加热炉设备与直径26mm石墨坩埚进行高温熔渗或浇铸成型，摩擦性能均在10N、1Hz的循环载荷下与氮化锆陶瓷球对磨测定。

实施例1

本实施例制备一种铜基电接触材料，具体为铜钨复合材料，其中，所采用的原材料包括粒径为30-50μm的钨粉、钨网与纯铜块。如图1所示，具体制备步骤如下：

增强骨架本体制备步骤：采用模压成型方式，先用脱脂棉蘸少量酒精擦拭模具，特别是模具的内壁与底部。然后向模具内腔中加入20g粒径为30-50μm的钨粉。接着，调节液压机行程至完全开模状态，将整个模具置于液压机中心位置。最后，手动加压至35MPa，待保压1小时后，卸去载荷并取出模具与坯块。在氮气气氛中，将坯块以10℃/min的速率升温至1470℃并保温1h获得烧结好的坯体，即为增强骨架本体。

包覆网格，制备增强骨架步骤：选取200目、丝径为50μm、孔径为60μm的单层钨网置于丙酮中(其中，本实施例选用的钨网微观形貌如图4所示，网格表面较为光滑，孔隙为规则矩形)。使用超声法将其表面清洗干净，并置于烘干箱中烘干。随后将钨网包覆在增强骨架本体上，通过手动挤压确保钨网与增强骨架本体之间紧密贴合。然后使用丝径为50μm的钨丝将钨网之间的连接处绑紧，在绑的过程中确保钨网没有出现松脱，随后用剪刀将多余的钨网剪去，得到增强骨架。

高温熔渗步骤：称取120g纯铜块，机械磨抛去除表面氧化层，然后依次在丙酮、酒精中清洗，使用吹风机冷风吹至干燥。与此同时，将石墨坩埚在无水乙醇中超声清洗5分钟后吹干。然后，将上述的增强骨架与铜块放置于坩埚中(其中，增强骨架在下，铜块在上)，再将坩埚放入加热设备的炉腔内。经抽真空、充保护气体氮气等过程，待炉内气压稳定后，以10℃/min的速率升温至1300℃，保温30分钟后，以10℃/min的速率降温至900℃，最后炉冷至室温。制备过程结束，关闭仪器，取出试样，用电锯将多余的基体切除，并使用砂纸打磨直至钨网露出表面，得到铜基电接触材料(铜钨复合材料)。

在此，本实施例所制备的铜基电接触材料的表面微观形貌如图5所示，从图5可以看出：在钨网格的孔隙中分布有形状规则的铜基体，网格较为均匀地包覆在基体表面，界面处未出现析出相或裂纹，界面结合良好。

利用Image-pro plus软件分析可知：本实施例所制备的铜基电接触材料中的钨的体积分数为72.14％。

在10N、1Hz的循环载荷下，本实施例所制备的铜基电接触材料、现有技术的铜钨复合材料(即未引入网格的铜钨复合材料，其中钨的体积分数为70％)分别与氮化锆陶瓷球对磨的磨损曲线如图6所示，从图6可以看出：本实施例所制备的铜基电接触材料的摩擦系数为0.11-0.49。

本实施例所制备的铜基电接触材料与与氮化锆陶瓷球对磨，磨损形貌如图7所示，从图7可以看出：本实施例所制备的材料中的基体及网格中均未出现大面积的剥落现象，界面处未出现基体的分离，裂纹数量较少，能够保留完整的整体结构。

另外，实验测得本实施例的铜基电接触材料的电导率为32％IACS，表面磨损率为0.29×10^-5mm³/N·m。

实施例2

本实施例制备一种铜基电接触材料，具体为铜钨复合材料，其中，所采用的原材料包括粒径为30-50μm的钨粉、钨网与纯铜块。如图2所示，具体制备步骤如下：

制备表面贴合有网格的坯块步骤：采用模压成型方式，先用脱脂棉蘸少量酒精擦拭模具，特别是模具的内壁与底部。然后向模具内腔中加入20g粒径为30-50μm的钨粉。接着，调节液压机行程至完全开模状态，将整个模具置于液压机中心位置。最后，手动加压至35MPa，待保压1小时后，卸去载荷并取出模具与坯块。选取150目、丝径为10μm、孔径为23μm的单层钨网置于丙酮中，使用超声法将其表面清洗干净，并置于烘干箱中烘干。随后将钨网包裹在坯块上，通过手动挤压确保钨网与坯体之间紧密贴合。然后使用丝径为100μm的钨丝将钨网之间的连接处绑紧，在绑的过程中确保钨网没有出现松脱，随后用剪刀将多余的钨网剪去，得到表面贴合有网格的坯块。

制备增强骨架步骤：在氮气气氛中，将表面贴合有网格的坯块以10℃/min的速率升温至1470℃并保温1h获得烧结好的增强骨架，该步骤完成。

高温熔渗步骤：称取120g纯铜块，机械磨抛去除表面氧化层，然后依次在丙酮、酒精中清洗，使用吹风机冷风吹至干燥。与此同时，将石墨坩埚在无水乙醇溶液中超声清洗5分钟后吹干。然后，将增强骨架与铜块放置于坩埚(增强骨架在下，铜块在上)，再将坩埚放入加热设备的炉腔内。经抽真空、充保护气体氩气等过程，待炉内气压稳定后，以10℃/min的速率升温至1300℃，保温30分钟，以10℃/min的速率降温至900℃，最后炉冷至室温。制备过程结束，关闭仪器，取出试样，用电锯将多余的基体切除，并使用砂纸打磨直至钨网露出表面，得到铜基电接触材料(铜钨复合材料)。

在此，利用Image-pro plus软件分析可知：本实施例所制备的铜基电接触材料(铜钨复合材料)中的钨的体积分数为71.36％。实验测得复合材料的电导率为34％IACS，摩擦系数为0.09-0.46，表面磨损率为0.31×10^-5mm³/N·m。

实施例3

本实施例制备一种铜基电接触材料(铜钨复合材料)，其中，所采用的原材料包括钨网与C18150铜铬锆合金块(其中铬、锆的含量均占0.65％)，如图3所示，具体制备步骤如下：

准备网格步骤：先将200目，丝径为50μm、孔径为60μm单层钨网置于丙酮中使用超声进行清洗，之后将钨网放于烘干箱进行烘干。将烘干后的钨网通过手工方式折叠成矩形，随后用同样50μm丝径的钨丝将折叠后钨网的连接处绑紧，在绑缚过程中确保没有出现松脱，随后用剪刀将多余的钨网剪去，该步骤完成。

浇铸成型步骤：称取120gC18150铜铬锆合金块机械磨抛去除其表面氧化层，然后在丙酮中超声清洗，将合金块放入干燥箱烘干，随后将合金块放入石墨坩埚中，再将坩埚放入加热设备的炉腔内，以10℃/min的速率升温至1300℃，保温1h以确保所有的固体都已熔化为熔体。选择坩埚钳将装有熔体的坩埚夹起，在1300℃的温度下以较慢的速率将熔体浇铸入事先放好网格的坩埚中，防止在浇铸过程中熔体出现飞溅，使熔体充分填充网格的空隙，待铸锭冷却至室温后取出，用电锯将多余的基体切除，并使用砂纸打磨直至钨网露出表面，得到铜基电接触材料(铜钨复合材料)。

在此，本实施例所制备的铜基电接触材料(铜钨复合材料)的宏观形貌如图8所示，从图8可以看出：在钨网格的孔隙中分布有形状规则的铜基体，网格较为均匀地包覆在基体表面界面处未出现析出相或裂纹，界面结合良好。

利用Image-pro plus软件分析可知：铜基电接触材料(铜钨复合材料)中的钨的体积分数为48.56％。实验测得复合材料的电导率为55％IACS，摩擦系数为0.15-0.53，表面磨损率为0.38×10^-5mm³/N·m。

实施例4

本实施例制备一种银基电接触材料(银镍复合材料)，其中，所采用的原材料包括粒度为30-50μm的镍粉、镍网与纯银块。如图1所示，具体制备步骤如下：

增强骨架本体制备步骤：采用模压成型方式，先用脱脂棉蘸少量酒精擦拭模具，特别是内壁与底部。然后向模具内腔中加入15g、粒径为30-50μm的镍粉。接着，调节液压机行程至完全开模状态，将整个模具置于液压机中心位置。最后，手动加压至40MPa，待保压1.5小时后，卸去载荷并取出模具与坯块，将坯块在氮气气氛中以10℃/min的速率升温至800℃并保温30min获得烧结好的坯体，得到增强骨架本体。

包覆网格、制备增强骨架步骤：选取200目，丝径为50μm、孔径为60μm的单层镍网置于丙酮中(其选用的镍网如图9所示，网格表面略为粗糙，孔隙形状为规则矩形)，使用超声法将其表面清洗干净，并置于烘干箱中烘干。随后将镍网包裹在增强骨架本体上，通过手动挤压确保镍网与增强骨架本体之间紧密贴合。然后使用丝径为50μm的镍丝将镍网之间的连接处绑紧，在绑的过程中确保镍网没有出现松脱，随后用剪刀将多余的镍网剪去，得到增强骨架。

高温熔渗步骤：称取100g纯银块，机械磨抛去除表面氧化层，然后依次在丙酮、酒精中清洗，使用吹风机冷风吹至干燥。与此同时，将石墨坩埚在无水乙醇溶液中超声清洗5分钟后吹干。然后，将增强骨架与银块放置于坩埚(增强骨架在下，银块在上)，再将坩埚放入加热设备的炉腔内。经抽真空、充保护气体氩气等过程，待炉内气压稳定后，以10℃/min的速率升温至1050℃，保温30分钟，以10℃/min的速率降温至800℃，最后炉冷至室温。制备过程结束，关闭仪器，取出试样，用电锯将多余的银基体切除，并使用砂纸打磨直至镍网露出表面，得到银基电接触材料(银镍复合材料)。

在此，利用Image-pro plus软件分析可知：本实施例所制备的银基电接触材料(银镍复合材料)中的镍的体积分数为71.59％。实验测得复合材料的电导率为38％IACS，摩擦系数为0.21-0.63，表面磨损率为0.89×10^-5mm³/N·m。

实施例5

本实施例制备一种银基电接触材料(银铁复合材料)，其中，所采用的原材料包括316L不锈钢网与AgFe7合金块。如图3所示，具体制备步骤如下：

准备网格步骤：先将500目，丝径为25μm、孔径为28μm的单层316L不锈钢网置于丙酮中使用超声进行清洗，其选用的316L不锈钢网的结构如图10所示，其表面较为光滑，孔隙为规则矩形。之后将不锈钢网放于烘干箱进行烘干。将烘干后的不锈钢网通过手工方式折叠成矩形，随后用同样25μm丝径的不锈钢丝将折叠后不锈钢网的连接处绑紧，在绑缚过程中确保没有出现松脱，随后用剪刀将多余的不锈钢网剪去，该步骤完成。

浇铸成型步骤：称取120gAgFe7合金块机械磨抛去除其表面氧化层，然后在丙酮中超声清洗，将铜块放入干燥箱烘干，随后将AgFe7合金块放入石墨坩埚中，再将坩埚放入加热设备的炉腔内，以10℃/min的速率升温至1200℃，保温1h以确保所有的固体都已熔化为熔体。选择坩埚钳将装有熔体的坩埚夹起，在1200℃的温度下以较慢的速率将熔体浇铸入事先放好网格的坩埚中，防止在浇铸过程中熔体出现飞溅，使熔体充分填充骨架中的空隙，待铸锭冷却至室温后取出，用电锯将多余的基体切除，并使用砂纸打磨直至不锈钢网露出表面，得到银基电接触材料(银铁复合材料)。

在此，利用Image-pro plus软件分析可知：本实施例的银基电接触材料(银铁复合材料)中AgFe7合金的体积分数为54.25％。

实验测得本实施例的银基电接触材料(银铁复合材料)的电导率为60％IACS，摩擦系数为0.27-0.72，表面磨损率为1.12×10^-5mm³/N·m。

比较例1

比较例1列举了现有技术中的铜钨电接触复合材料性能，具体参见表1所示：

表1为现有铜钨电接触复合材料性能

另外，现有铜钨电接触复合材料Cu-W(30)的与氮化锆陶瓷球对磨后的磨损形貌如图11所示，从图11可以看出，在摩擦痕迹的边缘基体出现大量的裂纹及基体的剥落。

比较例2

比较例2列举了现有技术中的银镍电接触复合材料性能，具体参见表2所示：

表2为现有银镍电接触复合材料性能

从以上实施例1-5及比较例的数据可以得出：

(1)比较例1-2是列举了现有的铜钨/银镍复合材料，及其电导率、耐磨性与基体百分含量的关系。

对于这两种复合材料，均存在如下规律：随着基体的百分含量的提高，其电导率增加，而耐磨性却降低。

(2)在本申请的实施例1-实施例5中，本申请所制备的铜钨复合材料的网格的丝径为50μm时，其表面磨损率为0.32×10^-5mm³/N·m，小于比较例1中铜钨复合材料的最小磨损率0.54×10^-5mm³/N·m。

而本申请所制备的银镍复合材料的增强网格的丝径达到25μm时，其表面磨损率为0.89×10^-5mm³/N·m，仍然小于比较例中银镍复合材料的最小磨损率0.96×10^-5mm³/N·m。

因此，本发明实施例制备的电接触材料的耐磨性能优异。

(3)通过实施例1和实施例2对比可以看出：若适当增加网格丝径，材料的耐磨性会相应增加，但由于同时降低了基体的含量，最终得到的复合材料的电导率会略有下降。

(4)通过实施例1、实施例3及实施例4和实施例5可以看出：若采用浇铸成型工艺，可以提高材料中基体的百分含量，在增强耐磨性的同时可以保证较高的电导率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电接触材料，其特征在于，所述电接触材料具有网格状的耐磨结构；其中，所述网格状的耐磨结构仅位于所述电接触材料的表面；所述网格状的耐磨结构包括单层或多层网格和分布在所述网格的孔隙中的基体；优选的，网格的目数为10-900目、丝径为5-900μm、网格的孔径为5-850μm；

优选的，所述网格是由多根横向丝和多根纵向丝编织而成；其中，所述网格的编方式为：

所述横向丝是以N1根纵向丝为周期进行上下交替穿插编织；优选的，所述N1为1-3根，优选为2根；和/或

所述纵向丝是以N2根横向丝为周期进行上下交替穿插编织；优选的，所述N2为1-3根，优选为2根。

2.根据权利要求1所述的电接触材料，其特征在于，所述电接触材料为铜基电接触材料，其中，所述基体为铜或铜合金；

优选的，所述网格的丝径为10-800μm、网格的孔径为5-750μm；

优选的，所述网格为钨网；

优选的，所述铜合金选用铜铬锆合金。

3.根据权利要求1所述的电接触材料，其特征在于，所述电接触材料为银基电接触材料，其中，所述基体为银或银合金；

优选的，所述网格为钨网、不锈钢网、镍网中的任一种；

优选的，所述银合金选用银镍合金或银铁合金。

4.权利要求1-3任一项所述的电接触材料的制备方法，其特征在于，采用熔渗工艺制备所述电接触材料，其中，所述制备方法包括如下步骤：

制备增强骨架步骤：制备一种至少部分表面处具有网格的增强骨架；

高温熔渗步骤：采用高温熔渗的方法将基体熔渗到所述增强骨架中，冷却后得到复合材料；然后，对多余的基体进行去除处理以使所述网格状的耐磨结构暴露于复合材料的表面，得到所述电接触材料。

5.根据权利要求4所述的电接触材料的制备方法，其特征在于，在所述制备增强骨架步骤中：

将增强粉体烧结成增强骨架本体；将网格贴合在所述增强骨架本体的表面上，得到增强骨架；

优选的，所述将网格贴合在所述增强骨架本体的表面上的步骤，具体为：将所述网格包覆在所述增强骨架本体上，并使所述网格与所述增强骨架本体贴合；

优选的，所述将增强粉体烧结成增强骨架本体的步骤，包括：将所述增强粉体压制成坯块，然后对所述坯块进行烧结处理，得到增强骨架本体；进一步优选的，对所述坯块进行烧结处理的步骤，包括：在保护气氛中，将所述坯块以5-12℃/min的速率升温至750-1600℃并保温20min-1h获得增强骨架本体。

6.根据权利要求4所述的电接触材料的制备方法，其特征在于，在所述制备增强骨架步骤中：

将所述增强粉体压制成坯块；将网格贴合在所述坯块的表面上，然后对表面贴合有网格的坯块进行烧结处理，得到增强骨架；

优选的，所述将网格贴合在所述坯块的表面上的步骤，包括：将网格包覆在所述坯块上或垫在所述坯块的下表面，并使所述网格与所述坯块贴合；

优选的，对表面贴合有网格的坯块进行烧结处理的步骤，包括：在保护气氛中，将所述贴合有网格的坯块以5-12℃/min的速率升温至750-1600℃并保温20min-1h获得增强骨架。

7.根据权利要5或6所述的电接触材料的制备方法，其特征在于，若所述电接触材料为铜基电接触材料，则所述增强粉体选用钨粉或碳化钨粉，优选的，所述增强粉体的粒径为30-50μm；

若所述电接触材料为银基电接触材料，则所述增强粉体选用镍粉或铁粉，优选的，所述增强粉体的粒径为30-50μm。

8.根据权利要求4所述的电接触材料的制备方法，其特征在于，所述高温熔渗步骤，包括：

将基体、增强骨架放置在一起；在保护气氛下，对放置在一起的基体和增强骨架进行加热，直至温度为设定温度，并在设定温度下保温设定时间，冷却后得到复合材料；其中，设定温度高于基体的熔点、低于增强骨架的熔点；

优选的，所述设定温度为1050-1300℃；

优选的，设定时间为30min-1.5h；

优选的，将所述基体放置在所述增强骨架上。

9.根据权利要求8所述的电接触材料的制备方法，其特征在于，在所述高温熔渗步骤中：

将基体、增强骨架放置在坩埚上，且所述基体放置在所述增强骨架上；再将所述坩埚放置在加热设备的炉腔内；抽真空后，再充入保护气体，待加热炉内的气压稳定后，以5-10℃/min的速率升温至1050-1300℃，保温30min-1.5h后，再以5-10℃/min的速率降温至800-900℃后，随炉冷至室温。

10.权利要求1-3任一项所述的电接触材料的制备方法，其特征在于，采用浇铸成型工艺制备所述电接触材料，其中，所述制备方法包括如下步骤：

将网格安置在坩埚的底部或将呈包覆结构状的网格放置在坩埚中，然后将熔融态的基体浇铸于坩埚中，冷却后得到浇铸件；对所述浇铸件上的多余的基体进行去除处理，以使所述网格状的耐磨结构暴露于浇铸件的表面，得到电接触材料；

优选的，所述基体的浇注的温度比所述基体的熔点高100-200℃；

优选的，所述网格与所述坩埚之间留有5-15mm的间隙；

优选的，若所述电接触材料为铜基电接触材料，其中，所述基体为铜合金；若所述电接触材料为银基电接触材料，其中，所述基体为银合金。

Images