[发明专利]含稀土的滑动电接触材料和电接触金属复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种滑动电接触材料，特别涉及一种含稀土的滑动电接触材料和电接触金属复合材料。

背景技术

滑动式电接触材料工作过程中所受到的负荷十分复杂。特别是在微电机换向器和电刷片组件的工作条件下，其主要载荷是载电条件下的滑动磨损，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滑动磨损和电弧侵蚀的双重作用。同时，电接触过程中由于机械摩擦和电流作用所产生的高温会使加工硬化态的材料产生再结晶，降低其硬度和耐磨性；环境中存在的有机蒸汽、硫、氯等腐蚀性介质造成材料表面腐蚀，增大接触电阻，进一步加大接触面温升和磨损速率。

直流电动机换向器的主要磨损形式是粘着磨损和磨粒磨损。粘着磨损是换向器表面材料与电刷片表面粘附并被撕裂而转移到电刷片表面，这些转移过去的材料在继续摩擦过程中发生加工硬化而成为磨料，又对换向器表面新露出的表面造成磨粒磨损。在磨损过程中，还有一部分从换向器表面脱落下来的颗粒没有转移到电刷片表面，而是游离与换向器和电刷片的间隙中，这些颗粒也会造成换向器的磨粒磨损。另外，在磨损过程中脱落下来的颗粒还会随着换向器与电刷片的相对旋转而移动到换向器极片间的沟槽部位，当大量颗粒聚集在沟槽时，就会造成极片的短路，使微电机死机，如果有因磨损而产生针状颗粒，这种现象就会更加严重。

电弧对换向器材料的损伤主要集中在沟槽附近的极片边缘。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中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。

针对上述微电机换向器材料的磨损特点，目前已经开发出AgCu、AgCuNi等系列合金应用于微电机的换向器等领域。在此基础上，中国专利96190113.6发明了一种AgPdCuNi合金，其成分为(重量％)：0.1-1.5Pd、3-10Cu、0.1-1Ni、余量为Ag。以进一步提高合金的耐磨性，同时保持抗硫化和电接触等性能不变。但是，使用中仍然发现这种材料在高温、负载条件下的使用寿命难以满足要求，采用这类材料制作的换向器装配的微电机，在寿命试验中转速和电流严重波动、电机早期死机等现象时有发生。

在纯Ag和AgCuNi、AuCuNi等合金中添加稀土以改善其组织性能，用于电接触领域的技术已经见诸报道。通过添加稀土，这些电接触材料的晶粒得到了细化，成分更加纯净、均匀，硬度、强度和耐磨性均有所提高，抗电弧能力和耐腐蚀能力增强。但是，在AgPdCuNi合金中添加稀土以提高材料在高温、负载条件下的使用寿命尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种含稀土的滑动电接触材料，采用所述材料复合的电接触金属复合材料，制备直流电动机换向器的工作面或中间过渡层，在高温、负载条件下具有高耐磨性、抗电弧性能好，使用寿命长的优点。

本发明的技术方案是：

含稀土的滑动电接触材料，由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag组成，各组分质量百分含量为：Pd 0.5-1.5％；Cu 3.0-9.0％；Ni 0.2-0.9％；稀土元素0.02～0.50％；余量为Ag。

本发明较好的技术方案有以下三组：

第一组

Pd、Cu、Ni、稀土和Ag各组分质量百分含量为：Pd0.7-1.4％；Cu3.5-4.5％；Ni 0.3-0.5％；稀土元素0.02～0.50％；余量为Ag。

第二组

Pd、Cu、Ni、稀土和Ag各组分质量百分含量为：Pd0.7-1.4％；Cu5.5-6.5％；Ni 0.3-0.6％；稀土元素0.02～0.50％；余量为Ag。

第三组

Pd、Cu、Ni、稀土和Ag各组分质量百分含量为：Pd0.7-1.4％；Cu7.5-8.5％；Ni 0.4-0.7％；稀土元素0.02～0.50％；余量为Ag。

所述稀土元素为Y、La、Ce、Sm、Eu中的一种或几种。

本发明的含稀土的滑动电接触材料制备工艺为：

1)采用真空感应炉熔炼制备上述合金，其中稀土元素可以中间合金形式加入，也可以纯稀土形式加入。