CN113234955A

CN113234955A - 用于换向器铜片制作的银铜合金材料

Info

Publication number: CN113234955A
Application number: CN202110481268.1A
Authority: CN
Inventors: 张余明; 黄海波; 黄国兴; 姜日领
Original assignee: Zhejiang Lifeng Electric Appliances Co ltd
Current assignee: Zhejiang Lifeng Electric Appliances Co ltd
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-08-10

Abstract

本发明提出了一种用于换向器铜片制作的银铜合金材料，包括以下质量百分含量组分，Ag 0.05‑0.15wt%、Al 0.02‑0.05wt%、Zn 0.02‑0.05wt%、纳米乙炔炭黑0.01‑0.1wt%、余量为Cu和不可避免的杂质，且杂质含量小于0.002wt%，本申请合理预制含纳米乙炔炭黑的多孔铝青铜、多孔黄铜，在银铜合金制备过程中，为合金相结构变化提供了良好的细化促进作用，组织分散均匀致密，有效改善了导电性和耐磨性，且预制的多孔结构于熔炼过程中显著改善了除气效果，固溶废物明显减少，含氧量降低，综合质量显著提高，高效实用。

Description

用于换向器铜片制作的银铜合金材料

技术领域

本发明涉及换向器技术领域，具体涉及一种用于换向器铜片制作的银铜合金材料。

背景技术

换向器是直流电机的关键部件，作用是把电枢绕组中的交流电动势和电流转换成电刷间的直流电动势和电流。换向片常采用硬度大、导电和耐磨性能好的银铜合金制成。铜银合金是在铜基体中添加少量的银元素，铜合金的导电率与热导率的下降很小，对塑性的影响很小，但是能显著提高铜的再结晶温度和蠕变强度。因银属固溶强化型添加元素，银又容易加入铜中，而且通过热加工或者冷加工就可获得需要的制品性能，因此铜银合金是获得较广泛的换向器用铜材。

作为银和铜的合金粒子的制造方法，包括液相还原法、原子化法、甚至直接包覆热处理制造，这些制造方法大多只能形成机械的核壳结构或含大量共晶体，无法充分发挥两者的辅配促进效果，合金的氧含量和有害气体含量依然较高，晶体不够致密，极大的影响了铜合金材料的导电性，从而严重限制了电工用铜的应用市场。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种用于换向器铜片制作的银铜合金材料，通过合理预制含纳米乙炔炭黑的多孔铝青铜、多孔黄铜，在银铜合金制备过程中，为合金相结构变化提供了良好的细化促进作用，组织分散均匀致密，有效改善了导电性和耐磨性，且预制的多孔结构于熔炼过程中显著改善了除气效果，固溶废物明显减少，含氧量降低，综合质量显著提高，高效实用。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

用于换向器铜片制作的银铜合金材料，包括以下质量百分含量组分，Ag 0.05-0.15wt%、Al 0.02-0.05wt%、Zn 0.02-0.05wt%、纳米乙炔炭黑0.01-0.1wt%、余量为Cu和不可避免的杂质，且杂质含量小于0.002wt%。

作为本发明的进一步优化，还包括RE 0-0.08wt%，RE选自镧、铈组合物，两者质量比为2:1。

作为本发明的进一步优化，Ag原料选自纯度大于99.9%的电解银，Al原料选自铝青铜，Zn原料选自黄铜，Cu原料选自纯度大于99.9%的电解铜、铝青铜和黄铜。

作为本发明的进一步优化，用于换向器铜片制作的银铜合金材料，制备方法为，

1）预制含纳米乙炔炭黑的多孔铝青铜、多孔黄铜，将RE分两份备用；

2）将电解铜投入熔化炉中加热熔融，然后将电解银加入其中，搅拌熔炼，再将步骤1）中的多孔铝青铜、一份RE、多孔黄铜、剩余一份RE依次加入其中，表层覆炭渣，厚度为100-150mm，熔炼，最后出包，采用上引连铸压延制备得铜片粗品，经轧制、退火处理，即得换向器铜片。

作为本发明的进一步优化，步骤1）中含纳米乙炔炭黑的多孔铝青铜、多孔黄铜预制方法为，

S1、取铝青铜、黄铜，分别球磨处理，得铝青铜粉末、黄铜粉末；

S2、配制10%聚乙烯醇溶液和硼砂水溶液的混合液，然后分别加入铝青铜粉末、黄铜粉末中，得到两种混合料；

S3、将纳米乙炔炭黑分两份分别加入两种混合料中，混匀后采用有机泡沫浸渍法制备合金坯体，然后氮气氛围下高温烧结，即得含纳米乙炔炭黑的多孔铝青铜、多孔黄铜。

作为本发明的进一步优化，步骤S1中球磨处理以70-80vt%乙醇水溶液作为研磨液进行球磨，球磨后粒径要求为小于1mm。

作为本发明的进一步优化，步骤S2混合液中10%聚乙烯醇溶液与硼砂水溶液的体积比为10:0.4-0.8，混合液与铝青铜粉末、黄铜粉末的添加比均为5:1。

作为本发明的进一步优化，步骤S3中高温烧结温度为1200-1400℃。

由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：

本发明针合理预制含纳米乙炔炭黑的多孔铝青铜、多孔黄铜，在银铜合金制备过程中，为合金相结构变化提供了良好的细化促进作用，组织分散均匀致密，有效改善了导电性和耐磨性，且预制的多孔结构于熔炼过程中显著改善了除气效果，固溶废物明显减少，含氧量降低，综合质量显著提高，高效实用。

预制的多孔铝青铜、多孔黄铜与纳米乙炔炭黑共混嵌合成型，通过有机泡沫浸渍法和惰性烧结，对组分成型结合的均匀性有明显改善，另外，制备过程中，硼砂除了具有一定的缓冲效果，还配合聚乙烯醇提高了金属合金粉与纳米乙炔炭黑间的结合流变，分散性强，另外，硼砂在高温烧结过程中，能进一步结合在多孔结构内，提高整体的耐磨性。

进一步的，含纳米乙炔炭黑（含少量硼）的多孔铝青铜、多孔黄铜在熔炼制备过程中，与孕育脱氧成分（稀土）交替添加，有效改善了熔液的流变混匀度，另外，多孔结构在熔炼过程中也有利于提高除气效果，不同熔点、不同孔隙度的多孔合金在熔炼过程中合理的有序添加，显著提高了熔液的精炼度，成品性能稳定提高。

本申请制得的银铜合金经检测导电率可达99IACS以上，含氧量小于5ppm，硬度大于130HB，综合效益显著提高，制得推广应用。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

用于换向器铜片制作的银铜合金材料，包括以下质量百分含量组分，Ag 0.08wt%、Al 0.02wt%、Zn 0.03wt%、纳米乙炔炭黑0.05wt%、余量为Cu和不可避免的杂质，且杂质含量小于0.002wt%。

进一步的，还包括RE 0.03wt%，RE选自镧、铈组合物，两者质量比为2:1。

其中，Ag原料选自纯度大于99.9%的电解银，Al原料选自铝青铜，Zn原料选自黄铜，Cu原料选自纯度大于99.9%的电解铜、铝青铜和黄铜。

基于上述的原料配比和选用，用于换向器铜片制作的银铜合金材料，制备方法为，

更进一步的，步骤1）中含纳米乙炔炭黑的多孔铝青铜、多孔黄铜预制方法为，

其中，步骤S1中球磨处理以80vt%乙醇水溶液作为研磨液进行球磨，球磨后粒径要求为小于1mm。

步骤S2混合液中10%聚乙烯醇溶液与硼砂水溶液的体积比为10:0.5，混合液与铝青铜粉末、黄铜粉末的添加比均为5:1。

步骤S3中高温烧结温度为1300℃。

本实施例制得的银铜合金成品经检测导电率可达98.89IACS，含氧量小于8ppm，硬度大于127HB。

实施例2：

用于换向器铜片制作的银铜合金材料，包括以下质量百分含量组分，Ag 0.08wt%、Al 0.05wt%、Zn 0.05wt%、纳米乙炔炭黑0.1wt%、余量为Cu和不可避免的杂质，且杂质含量小于0.002wt%。

进一步的，还包括RE 0.04wt%，RE选自镧、铈组合物，两者质量比为2:1。

步骤S2混合液中10%聚乙烯醇溶液与硼砂水溶液的体积比为10:0.8，混合液与铝青铜粉末、黄铜粉末的添加比均为5:1。

步骤S3中高温烧结温度为1200℃。

本实施例银铜合金制备方法同实施例1，制得的银铜合金成品经检测导电率可达98.36IACS，含氧量小于5ppm，硬度大于131HB。

实施例3：

用于换向器铜片制作的银铜合金材料，包括以下质量百分含量组分，Ag0.012wt%、Al 0.03wt%、Zn 0.03wt%、纳米乙炔炭黑0.06wt%、余量为Cu和不可避免的杂质，且杂质含量小于0.002wt%。

进一步的，还包括RE 0.05wt%，RE选自镧、铈组合物，两者质量比为2:1。

步骤S2混合液中10%聚乙烯醇溶液与硼砂水溶液的体积比为10:0.4，混合液与铝青铜粉末、黄铜粉末的添加比均为5:1。

步骤S3中高温烧结温度为1400℃。

本实施例银铜合金制备方法同实施例1，制得的银铜合金成品经检测导电率可达99.72IACS，含氧量小于6ppm，硬度大于122HB。

实施例4：

用于换向器铜片制作的银铜合金材料，包括以下质量百分含量组分，Ag0.010wt%、Al 0.04wt%、Zn 0.03wt%、纳米乙炔炭黑0.07wt%、余量为Cu和不可避免的杂质，且杂质含量小于0.002wt%。

进一步的，还包括RE 0.08wt%，RE选自镧、铈组合物，两者质量比为2:1。

步骤S3中高温烧结温度为1300℃。

本实施例银铜合金制备方法同实施例1，制得的银铜合金成品经检测导电率可达99.12IACS，含氧量小于6ppm，硬度大于129HB。

对比例1：

以实施例1为基础，不添加纳米乙炔炭黑，其他条件不变，熔融上引连铸制备成品，制得的银铜合金导电率可达97.31IACS，含氧量小于10ppm，硬度大于103HB。

对比例2：

以实施例1为基础，不添加铝青铜、黄铜，纳米乙炔炭黑于熔融过程直接添加，其他条件不变，上引连铸制备成品，制得的银铜合金导电率可达98.10IACS，含氧量小于16ppm，硬度大于109HB。

空白例：

以实施例1为基础，不添加铝青铜、黄铜、纳米乙炔炭黑，其他条件不变，直接熔融上引连铸制备成品，制得的银铜合金导电率可达96.45IACS，含氧量小于26ppm，硬度大于96HB。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.用于换向器铜片制作的银铜合金材料，其特征在于：包括以下质量百分含量组分，Ag0.05-0.15wt%、Al 0.02-0.05wt%、Zn 0.02-0.05wt%、纳米乙炔炭黑0.01-0.1wt%、余量为Cu和不可避免的杂质，且杂质含量小于0.002wt%。

2.根据权利要求1所述的用于换向器铜片制作的银铜合金材料，其特征在于：还包括RE0-0.08wt%，RE选自镧、铈组合物，两者质量比为2:1。

3.根据权利要求2所述的用于换向器铜片制作的银铜合金材料，其特征在于：所述Ag原料选自纯度大于99.9%的电解银，Al原料选自铝青铜，Zn原料选自黄铜，Cu原料选自纯度大于99.9%的电解铜、铝青铜和黄铜。

4.根据权利要求3所述的用于换向器铜片制作的银铜合金材料，其特征在于，制备方法为，

预制含纳米乙炔炭黑的多孔铝青铜、多孔黄铜，将RE分两份备用；

将电解铜投入熔化炉中加热熔融，然后将电解银加入其中，搅拌熔炼，再将步骤1）中的多孔铝青铜、一份RE、多孔黄铜、剩余一份RE依次加入其中，表层覆炭渣，厚度为100-150mm，熔炼，最后出包，采用上引连铸压延制备得铜片粗品，经轧制、退火处理，即得换向器铜片。

5.根据权利要求4所述的用于换向器铜片制作的银铜合金材料，其特征在于：步骤1）中含纳米乙炔炭黑的多孔铝青铜、多孔黄铜预制方法为，

6.根据权利要求5所述的用于换向器铜片制作的银铜合金材料，其特征在于：步骤1）中球磨处理以70-80vt%乙醇水溶液作为研磨液进行球磨，球磨后粒径要求为小于1mm。

7.根据权利要求5所述的用于换向器铜片制作的银铜合金材料，其特征在于：步骤2）混合液中10%聚乙烯醇溶液与硼砂水溶液的体积比为10:0.4-0.8，混合液与铝青铜粉末、黄铜粉末的添加比均为5:1。

8.根据权利要求5所述的用于换向器铜片制作的银铜合金材料，其特征在于：步骤3）中高温烧结温度为1300-1400℃。