[发明专利]一种用于加工微电机整流子的具有自润滑能力的复合带材

说明书

技术领域

 本发明涉及一种金属层状复合带材，具体涉及一种用于加工微电机整流子的具有自润滑能力的复合带材。

背景技术

直流微电机的关键元件——整流子一般由Ag合金制成，制备整流子的Ag合金材料要具有高导电性、高导热性和抗氧化性，要抗电弧烧蚀和耐磨损。纯Ag导电性能优良，但材料较软，抗磨损性能较差。AgCd合金性能优异，但因Cd的毒性而被淘汰，取而代之的是AgCuNi、AgCuZnNi等环保的合金材料。用Ag合金材料制成的整流子在电机转动过程中与供电的电刷片滑动摩擦，实现电流的导通和换向。与整流子配对的电刷片一般为C7701（CuNiZn合金）、MX215(CuNiSn合金)和MX96(CuNiSn合金)等弹性材料或这些弹性材料与AgPd等合金制成的层状复合带材。

在工作过程中，高速旋转的微电机整流子与电刷片间的滑动摩擦是一种无润滑的干摩擦，这种干磨擦条件下的磨损主要表现为粘着磨损和磨粒磨损。一般情况下，粘着磨损更为严重。微电机高速转动过程中，电刷片给整流子一个正压力，以保持电接触面导电良好，由于电机转速较快，电刷和整流子之间又有电弧烧蚀，摩擦副温度逐步升高，使摩擦面上接触的微小凸出部份产生焊合，焊合面随即又被旋转引起的剪切应力撕裂，被剪切下来的强度较低的整流子材料大部份以磨屑的形式脱落，磨屑逐步堆集在整流子相邻极片的间隙中，最终造成极片短路，使电机早期失效，死机。电刷片材料也可能有逆向的磨损，但程度相对较轻微。在整流子和电刷片的滑动接触面上一般不添加常规润滑剂，添加常规润滑剂会对电接触性能产生不利影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种用于加工微电机整流子的具有自润滑能力的复合带材。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于加工微电机整流子的具有自润滑能力的复合带材，包括基层及镶嵌复合或面复合于该基层上的Ag合金层；

所述基层为铜层或铜合金层；所述Ag合金层由自润滑电接触材料制成，该自润滑电接触材料包括以下重量百分比的成分：0.1%～2.0%的Ti3SiC2微粒；1%～15%的Cu；合金成分还包括Ni、Zn、Mg、La、Ce、Y、Sm中的一种或多种，上述每种加入的金属元素的含量为0.1%～3.0%，且上述加入的金属元素的总量不超过3%；余量为Ag；所述自润滑电接触材料是采用粉末冶金的方法将Ti3SiC2粉末加入Ag合金中制成的。

所述Ti3SiC2微粒的纯度≥98%，平均粒径≤2.0μm。

所述Ag合金层的上表面还复合有厚度1～2μm的Au或Au合金层。

下面对Ti3SiC2粉末的作用加以说明。层状结构的Ti3SiC2属六方晶系，晶格常数为a=0.30665nm，c=1.767nm。共棱的CTi6八面体被平面的平行四边形分布的Si原子层所分割，每个晶包含有2个Ti3SiC2分子。Ti-C为共价键结合，结合键力较强，造就了Ti3SiC2有3000℃以上的高熔点。而Si原子与Ti-C-Ti-C-Ti链的键力较弱，Ti层和Si层在外力作用下易于产生剪切滑移，使Ti3SiC2具有优异的自润滑性能和极低的摩擦系数。对于含有Ti3SiC2微粒的整流子材料，在电机运转摩擦过程中，其中含有的固体润滑物质Ti3SiC2释放出来，进入金属的摩擦界面中，形成一种半边界润滑状态。剪切抗力低的固体润滑剂Ti3SiC2减小了摩擦系数。有报导称，金属间的摩擦系数一般在0.5～1.0之间。而Ag基自润滑电接触材料摩擦系数多在0.16～0.55范围。另一方面，Ti3SiC2固体润滑剂吸附在摩擦面上使摩擦面表面能大为降低，在很大程度上减少了粘着摩损的发生。所加固体润滑剂Ti3SiC2的导电性能优良，不会影响电刷片和整流子之间的电流导通。

Ti3SiC2结合了金属和陶瓷的优点，具有优异的导电性和导热性。室温时的电导率为4.5X106Ω^-1.m^-1(约为纯Ti电导率的2倍)，导热率为43w.m^-1.k^-1。Ti3SiC2耐酸碱浸蚀、抗氧化、抗热震性能良好，还有优良的可加工性。这些优异的性能是直流微电机整流子材料需要具备的。