[发明专利]一种层状Cu/Ag‑Ti2AlN电接触复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型电接触复合材料的制备方法，具体涉及一种层状Cu/Ag-Ti₂AlN电接触复合材料及其制备方法。

背景技术

随着银基电接触材料用量的迅速增加，为节约贵金属及改善使用性能，目前已采用多层金属复合工艺制造电接触材料，代表性的有Ag/Cu、AgCuNi/Cu和AgCuCe/Cu等。但就使用性能来讲，现有体系尚存在合金易产生偏析，接触电阻不稳定、温升过高、耐磨性及电寿命不足等问题，越来越难以满足银基电接触复合材料高可靠、长寿命和小型化的要求，其主要原因在于电接触运行过程中，各种电弧放电、材料转移现象往往是相互重叠发生的，并且跟电接触材料本身的组分及结构有很大关系。为此，开发含新型增强体的层状复合电接触材料成为一种有效的途径。

中国专利CN 104831105A公开了“一种多层Ni/AgMeO电触头材料的制备方法”，与现有银基电触头复合材料相比，由于Ni层的存在，能够降低电接触时的接触电阻、增大熔池的粘度，提高了银金属氧化物电触头材料的电接触寿命。但银金属氧化物本身结构的局限，一些关键的电学性能和加工性能无法得到根本改变，并且上述方法工艺流程复杂且不易控制，造成相关产品的工业化生产较困难。钛铝氮(Ti₂AlN)是一种新型的三元导电陶瓷，具有高导热性、高温稳定性以及优良的塑性变形和加工成型能力，Ti₂AlN作为新型增强相将有利于解决银基电接触材料加工难的问题，提高材料的抗电弧侵蚀和抗焊焊性能。本发明提出合成制备层状Cu/Ag-Ti₂AlN电触头复合材料，由于特殊的多层结构以及Ti₂AlN三元陶瓷的添加，使其在保持高导电性、导热性、高耐磨性和抗电弧侵蚀性的同时，大幅度地降低了贵金属的用量，可广泛适用于低压电器用触头材料，具有良好的产业化前景。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提出一种层状Cu/Ag-Ti₂AlN电接触复合材料，该电接触复合材料由于特殊的多层结构以及Ti₂AlN三元陶瓷的添加，使其在保持高导电性、导热性、高耐磨性和抗电弧侵蚀性的同时，大幅度地降低贵金属银的用量，可广泛适用于低压电器用触头材料，具有良好的产业化前景。

本发明的另一个目的还在于通过合理的成分设计和优化制备工艺相结合，提供一种能进一步改善材料的综合性能，生产工艺简便，生产成本相对低的层状Cu/Ag-Ti₂AlN电接触复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为所述层状Cu/Ag-Ti₂AlN电接触复合材料，其特征在于：横截面是由Cu层(1)和复合在Cu层上的Ag-Ti₂AlN层(2)相互叠合形成的多层结构，其中Ag-Ti₂AlN层(2)为含3-20％的Ti₂AlN三元陶瓷、余量为Ag的复合材料。

本发明还提供了一种上述层状Cu/Ag-Ti₂AlN电接触复合材料的制备方法，依次包括如下工艺步骤：

(1)通过粉末冶金烧结工艺制备得到Ag-Ti₂AlN复合材料，然后将该Ag-Ti₂AlN复合材料在室温～400℃条件下轧制成厚度为0.1～0.5mm厚的片材；

(2)将步骤(1)中制备的Ag-Ti₂AlN复合材料片材与厚度为0.05～0.25mm的纯Cu片相互冷轧层叠后，连续卷取成直径为28～78mm的圆柱形复合锭坯；

(3)将步骤(2)中制备的复合锭坯在700～900℃下热挤压成直径为6～10mm的Cu/Ag-Ti₂AlN复合棒材，所述热挤压成型工艺中，坯料温度600～850℃，挤压速度为5～15cm/分钟；

(4)将步骤(3)中制备的Cu/Ag-Ti₂AlN复合棒材冷拉拔成丝材或轧制成片材，然后在氢气气氛中200～400℃热处理0.5～1.5小时得到层状Cu/Ag-Ti₂AlN电触头复合材料。

其中，本发明所述Ag-Ti₂AlN复合材料的烧结在氢气烧结炉中进行，按照升温速率10～30℃/分钟升温至850℃～980℃，并保温0.5～2小时，冷却后得到Ag-Ti₂AlN复合材料。