[发明专利]低压电器用铜基电接触材料

说明书

技术领域

本发明涉及低压电器用铜基电接触材料，特别是涉及对铜基电接触材料的材料设计和制备工艺技术。

背景技术

低压电器的电触头大都是由含银80％-90％(质量百分数)的复合材料制成的，据2004年电工协会(2004年10月14日在西安召开)介绍，世界上银资源非常有限，其中的25％-30％用于制造电工和电子仪器所需的触头元器件。但是，有限的贵金属资源经过多年的开采和应用，目前正日趋贫乏。为了节约银，全世界在开展降低触头材料含银量的研究的同时，也在开发贱金属电接触材料，以替代资源有限且价格昂贵的白银。

铜具有与银相近的物理、化学、电学等性能，作为电接触材料，铜具有导电导热性好、热容大、触头温升低、电弧蚀时间短、较高的硬度、加工成型性能优异、价格低廉等优势。

从20世纪70年代起，国内外广泛开展了低压电器领域的铜基电接触材料的研究，申请了大量专利，其中只有极少数付诸于实践但均未获得市场化广泛应用，主要是由于存在一些材料工艺学中的共性难题：(1)抗氧化性不够。Cu基材料触头元件在开断过程中会放出大量热，Cu易氧化生成氧化物薄膜，引起接触电阻增大，影响导电性和导热性。(2)抗熔焊性和抗电弧侵蚀性能有待提高。要满足低压电器用电触头元件的工作要求，电接触材料必须有良好的导电导热性、较大的原子量和密度、较高的熔点和沸点、较大的熔化和汽化潜热、较低的蒸气压等，就上述指标而言，Cu与Ag相比均存在一定差距。另外，Cu基电接触材料要保持较高的导电导热性和较低的接触电阻，其强度、硬度必然受到影响，从而影响材料的抗熔焊性和抗电弧侵蚀性。

大量专利的出现表明，国内外在低压电器领域铜基电接触材料的研究中取得了一定的进展，也说明它具有一定的市场需求，但就总体而言，已有的铜基电接触材料在低压电器领域的应用较少，还需要在材料设计、制备工艺技术以及电接触理论研究方面开展相当的工作。

发明内容

本发明所采用的技术是基于铜基体合金化法发展而来。其基本思路是通过添加活性元素镍、锆、稀土元素钇来综合提高铜基电接触材料的物理、机械、电学和化学性能。

合金成分设计：加入Ni、Zr、Y等活性组元，Cu为合金基体。加入活性元素Ni和Zr在不降低或少量降低热导和电导的前提下，可提高基体的室温和高温强度，改善基体抗熔焊性、抗电弧烧蚀性和抗氧化性能；加入微量Y可有利于与铜中杂质发生反应改善基体导电、导热性，并改善基体抗电弧烧蚀性和抗氧化性。三种合金成分为：(1)Ni—3％，Zr—0.5％，Y-0.5％，Cu为余量；(2)Ni—1％，Zr—0.3％，Y-0.2％，Cu为余量；(3)Ni—0.5％，Zr—0.1％，Y-0.1％，Cu为余量。

工艺路线：真空下制备CuY、CuZr中间合金+Ni+Cu原料→大气状态下用自有的气水急冷雾化制粉技术和设备获得CuNiZrY合金粉末→粉末冶金工序(成形+烧结→复压+复烧→CIP+烧结)制得成形坯→热挤压获得丝材或片材半成品坯→热加工获得半成品→冷加工获得成品。

本发明关键在于克服现有技术不足，提供一种接触电阻低而稳定，抗熔焊，抗电弧烧损，无银，无公害，适合低压电器用的新型触头材料。本发明的另一目的是提供一种所说的触头材料的制造方法。

附图说明

图1为CuNiZrY电接触材料显微组织图。显微组织中晶粒细小，第二项以颗粒状态存在、分布弥散而均匀，不存在明显偏析，颗粒间距比较小；材料中存在少量空洞。

具体实施方式