[发明专利]钯基合金电接触材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀贵金属钯基滑动接触电接触材料及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

由于机电、电器、电子等领域发展的需要，高熔点、高硬度、高耐磨、抗腐蚀、低接触电阻、抗熔焊性和耐电弧烧蚀能力强的滑动接触新型电接触材料已成为急需材料，要求钯合金电接触材料具有：(1)化学稳定性高；(2)耐磨损、耐腐蚀；(3)良好的制造加工性能；(4)低而稳定的滑动接触电阻；(5)优异的抗熔焊和耐电弧烧蚀能力；(6)通过加入多元稀有金属元素替代昂贵的贵金属元素，降低原材料成本，节约贵金属资源，实现贵金属材料的高效利用。

钯具有优良的抗腐蚀性，如耐氧化、耐硫化和耐盐水腐蚀等；在500℃～800℃的温度范围内都具有低而稳定的接触电阻，熔点高(1552℃)，饱和蒸气压低，熔焊倾向小，耐磨损性好，是性能优良的滑动接触电接触材料。但是，纯钯较软，而且资源稀少价格昂贵，钯基合金是其强化的主要途径。

钯及其合金主要应用于电流在5A、使用为滚动和滑动条件的场合，使用条件苛刻，而银基、金基和其它钯基合金不能满足要求的电机、滑动开关和接触器中。在纯钯中通常添加银、铜、镍等合金元素得到钯合金滑动接触电接触材料。

钌的熔点为2250℃，具有良好的耐磨损、耐腐蚀能力，通常作为合金元素加入钯中，使合金的熔点提高，耐腐蚀能力增强，力学性能及抗电弧烧蚀能力提高。如Pd-Ru(5～10wt％)合金熔点高于1600℃、硬度高(Hv_0.2＞300)、耐磨性好、抗氧化耐腐蚀能力强，在小电流领域具有稳定可靠的电接触性能，具有最小的滑动接触电阻和最低的噪声水平，在使用条件要求高的滑动开关、转动接触器中成为经典的电接触材料。

钯钌合金系在1560℃高温以上时为连续固溶体合金，在800℃以下时产生调幅分解。一般的合金牌号为：PdRu5、PdAg20、PdAg30、PdCu10、PdCu20等，合金具有高的熔点、硬度，高的耐腐蚀能力和低的接触电阻，是性能优良的滑动电接触材料，在微电机、电位器电刷，导电环等，以及航向仪、地平仪等精密电位器或导电环中获得广泛应用。它们在电器中执行着接通负载电流的任务，对电器、开关、接触器等能否正常运行起着决定性作用。特别是在机电、电子、电器等高技术领域，对钯基滑动电接触材料的要求最为苛刻，要求具有长寿命和高可靠性等。

但是，经过长期的使用发现，钯银合金电接触材料存在不足，如：(1)电器触头表面电弧侵蚀坑严重，呈现凸起或凹坑；(2)金属转移明显，使接点材料之间熔焊；(3)接触器件失效过早，影响整体部件的可靠性和电寿命等。目前，对钯银合金进行改进的方法有：(1)研制替代合金。如德国、日本研制的金基合金用于部分取代钯银合金，采用价格相对便宜的Zr、Ru等稀贵金属元素减少Pd、Ru贵金属的含量等；日本Tanaka公司、法国Metalor公司研究的Pd-Ir、Pd-Re、Pd-W、Pd-Ag等合金；俄罗斯研究的Pd-10Ru合金等。但是该类合金加工性能差，价格也较昂贵。

(2)研究多元系合金。国内自主研究开发了Pd-Ag-Cu、Pd-Ir-Ni、Pd-Ru-Zr、Pd-Ru-Mo等新材料，使Pd-Ru合金的综合性能有所改善。但是，效果不突出，价格也昂贵。

(3)以过渡族金属元素代替或部份替代贵金属元素。如已有铌、铬、锆、钨、镍等过渡族元素在钯中成功应用，以及铌、铁、钨、锆等过渡族元素添加到钌中的成功应用报道，但是不能实现全部替代Pd-Ru合金的目标。

因此，设计PdRuNbZrMoTaYbSmTb多元系铂合金组成，采用真空高频或中频熔炼炉制备合金，再通过挤压、轧制、拉拔、热处理等工艺加工，制备新型钯基合金，具有重要意义。

发明内容

本发明的新型钯基合金滑动电接触材料，其化学成份(重量％)为：1.0～30.0Ru，0.1～5.0Nb，0.1～5.0Zr，0.1～5.0Mo，0.1～5.0Ta，0.1～5.0Yb，0.1～5.0Sm，0.1～5.0Tb，余量为Pd。

钯合金的制备方法，依序包括下列工艺步骤：

(1)选择纯度＞99.99％的合金原材料，根据合金化学成份设计配方要求，在真空中频或高频熔炼炉内合金化，真空度：＞1×10^-3Pa；

(2)待熔体过热温度达到100℃～200℃后，进行真空浇注为板材或圆锭，尺寸分别为≠8～15mm×30～50mm，圆锭尺寸为Φ60mm～Φ100mm，熔体的冷却速率为＞1×10⁴K/s。