[发明专利]一种纳米碳化钨银触头材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型纳米碳化钨银触头材料及制备工艺，属于金属基复合材料技 术领域。

背景技术

由于碳化钨的熔点高，耐电腐蚀性强，而银具有优良的导电导热性能，碳化钨银材 料兼具有良好的耐电腐蚀性及导电导热性，因而碳化钨银触头材料被广泛地应用于断路 器、接触器等电器开关。电触头是电器开关的核心元件，起接通、承载和分段电流的作用，其 性能在很大程度上决定了电器开关的性能及其运行的可靠性。电器开关要求电触头材料具 有良好的导电导热性能、低而稳定的接触电阻、良好的耐腐蚀性、高的抗熔焊能力和长的机 械寿命等特点。对于碳化钨银触头材料，要符合高性能电器开关的要求，应达到如下要求： 碳化钨颗粒细小并均匀地分布于银基体上；触头致密度高；触头硬度高；触头电阻率低。

目前，碳化钨银触头材料制造工艺有烧结法和熔渗法。熔渗法的主要步骤是在银 熔点以上的温度下将银液体渗入碳化钨银压坯内，由于银对碳化钨的润湿性较差，为了利 于银的渗入通常选用中粗颗粒的碳化钨粉，因而导致触头晶粒粗大，金相组织不够均匀，致 密度不够高，难以满足高性能电器开关的要求。烧结法的工艺流程是：碳化钨粉、银粉混合 →压制→烧结→复压→复烧→，该方法工艺简单、生产成本低，但由于碳化钨和银混合粉末 晶粒不够细小且混合不够均匀，所致得的触头碳化钨颗粒分布不均匀，致密度低。纳米材料 由于其小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观隧道效应，使纳米材料具有传统材料所不具 备的新性质、新性能。采用纳米技术制备的新材料由于组成晶粒超细，大量原子位于晶界 上，因而在机械性能、物理性能和化学性能等方面都优于普通的粗晶材料。美国制备了 AgMeO类纳米晶触头，与采用常规的粉末冶金工艺制备的AgMeO粗晶触头相比，硬度高，密度 几乎等于其理论密度，电导率高。日本制备了AgNi10纳米晶触头材料，该材料同常规机械混 粉粉末冶金的触头材料相比，Ni粒子在Ag基体中的分布情况要细小、均匀而且弥散得多,抗 熔焊性好。中国应用高能球磨方法制备的纳米AgC触头材料，相比于传统的机械混粉工艺制 备的触头材料，其烧结致密性增加，硬度明显提高，电导率进一步提高。然而，纳米碳化钨银 触头材料的制备及研究，国内外尚未报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种致密度高、硬度高、电阻 率低、抗熔焊性好的新型纳米碳化钨银触头材料及其制备工艺。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述的一种纳米碳化钨银触头材 料，它主要由碳化钨粉、镍粉以及银粉和硬脂酸粉经球磨后制得纳米WC/Ag复合粉体，再经 还原、压制、烧结、复压、复烧处理得到纳米碳化钨银电触头，碳化钨和银的重量比为：40～ 80：20～60，其中碳化钨相颗粒尺寸为50～500nm；所述镍粉的加入量为碳化钨粉质量百分 比的0—2％；所述硬脂酸粉的加入量为碳化钨银镍混合粉末质量百分比的0.5-5％。

一种如上所述纳米碳化钨银触头材料的制备方法，该制备方法是：按配比称取碳 化钨粉和镍粉与硬质合金球和酒精置于行星式高能球磨机中球磨12～72h，取出混合粉末 经干燥后与特定比例的银粉和硬脂酸粉混合并置于行星式高能球磨机中再球磨6～24h，所 得球磨后的纳米WC/Ag复合粉体经还原、压制、烧结、复压、复烧处理，进而得到纳米碳化钨 银电触头；其中：行星式高能球磨机的转速为100—500r/min；

所述酒精的用量按每1kg碳化钨镍混合粉末加入120～220ml酒精计算；

所述硬质合金球与混合粉末的重量比为4:1～10:1。

所述的硬质合金球的直径为Ф6～Ф20mm。

作为优选：所述碳化钨粉的平均粒度为1～10μm，所述银粉的粒度为-200～-300 目；所述镍粉的平均粒度为-100～-200目；所述硬脂酸粉的平均粒度为-50～-100目。

所述的干燥是将混合粉末置于80℃～150℃条件下烘干2～4h；

所述的还原是将球磨后的复合粉体置于氢气或氨分解气气氛下、温度为300～500 ℃的条件下，保温1～2h；

所述的压制是将退火后的复合粉体置于硬质合金模中压制成压坯，成型压力为2 ～4T/cm²；或在压制过程中加入现有常用量的成型剂；