[发明专利]高抗熔焊性铜基无银电触头复合材料

说明书

本发明属于中低负载的电源开关、继电器、接触器、起动器等电气装置中的电触头用复合材料。

目前应用于中低负载领域的电触头材料，基本上仍然是银及银基合金，有银—氧化物，银—镍，银—铜等。这主要是由于银本身导电率高，且耐氧化性好，易加工，作为电触头材料，接触电阻低，接触特性稳定，为此，一直占有主导地位。但银属贵重金属，资源短缺，价格昂贵，而且易硫化，易磨损，作为电触头材料，其寿命波动较大，在中低负载中，由于量大面广，银的用量一直很大。为此，近年来许多发明人都在探索一条中低负载领域的无银电触头复合材料的路。如：Cu—C作电瓶车滑动型触头，Cu—稀土；对偶中一个是银基，另一个是Cu—Ni合金等；这些方案均采用了在我国资源丰富，价格低廉，导电导热率均可与银比美的铜做基体，但由于铜本身存在着易氧化，抗熔焊性差，接触特性不稳定等问题，不是不能用于对接式触头，就是不可靠，因此未能在生产实践中得到推广。

本发明的目的在于提供一种电触头材料，导电率，导热率高，具有抗熔焊能力强，接触电阻低而稳定，寿命长的无银电触头复合材料。

本发明的目的是这样实现的：首先利用各组份的协同效应原理，在铜基中添加镀层碳纤维，以保护铜使其不易氧化，提高抗熔焊性，灭弧，自润滑性，耐磨性；第二，添加了高纯度的钨，提高材料硬度及耐摩擦和电损耗性；第三，添加了氧化物或卤化银，提高材料的灭弧性能，抗氧化性能和耐磨性；第四，添加铋是为了提高抗熔焊性，镍和铬增加组成结合强度。

本发明的主要成份是，铜为基体，其特点在于添加了镀层碳纤维，高纯度的钨，氧化物或卤化物，金属铬、铋和镍。

本发明的各组成配比的实施例为(各成份所占比例为重量百分比)：

实施例一：

铜的含量为50～80％，镀层碳纤维含量为1～20％，钨含量为1～30％，氧化锌含量为1～15％，氧化钨1～6％，铋0.1～1％，镍0.5～5％，铬0.5～2％。

实施例二：

铜、镀层碳纤维、钨含量与实施例一同，三氧化二锑1～15％，铋0.1～1％，三氧化钨1～6％，含镍0.5％，含铬0.5％。

实施例三：

铜、镀层碳纤维、钨、铋、氧化钨含量与实施例一同，二氧化锡含量1～15％，含铬0.5％，含镍1.5％。

实施例四：

铜、镀层碳纤维、钨、铋、氧化钨含量与实施例一同，氧化镁含量1～15％，镍1.5％、铬0.5％。

实施例五：

铜、镀层碳纤维、钨含量与实施例一同，氧化铋含量1～15％，镍3％、铬1％。

实施例六：

铜、镀层碳纤维、钨含量与实施例一同，氧化亚铜含量1～15％，镍3％、铬1％。

实施例七：

铜、镀层碳纤维、钨含量与实施例一同，氯化银含量1～15％，镍5％、铬2％。

实施例八：

铜、镀层碳纤维、钨含量与实施例一同，溴化银含量1～15％，镍1％、铬0.5％。

实施例九：

铜、镀层碳纤维、钨含量与实施例一同，碘化银含量1～15％，镍1％、铬0.5％。

本发明的碳纤维，是在其表面电镀有金属膜，主要是铜、镍金属，其电镀膜有一层或多层；金属膜有相同金属层或不同金属层，其中碳纤维占镀层碳纤维的10～30％。

本发明采用粉末冶金方法制造，其工艺流程为：

1.铜、镀层碳纤维，氧化物或卤化物的粒度为200～400目，其它元素的粒度均为超细级，铜经300～500℃氢气还原。

2.将铜、镀层碳纤维、钨、氧化物或卤化物及金属粉按上述配比于高能球磨机中，在保护气氛下进行机械合金化及均匀混合，并经300℃氢气还原。

3.混合均匀的粉末冷压成形，成形压力为5～100N/m²，保压1～100分钟，或进行冷等静压处理。

4.冷压成形件在0.1～2N/m²的氢气保护下烧结，烧结温度为800～1000℃，保温1～3小时，或在800～1000℃，500～1000MPa进行热等静压处理。

5.烧结后再经1～30N/m²复压，或在300～500MPa下冷等静压。

经以上工艺过程，制成无银电触头材料。

本发明作为电触头，与铜骨架的焊接工艺为银触头焊接工艺相同。

本发明进行了10⁵次的模拟工况开断试验，运行状况良好，无熔焊，无粘着，在相同的实验条件下，与银触头材料进行对比，每万次相对失重量低于银触头。按其稳定的失重趋势推算，本发明的机械寿命在10⁶～10⁷次之间，实验结果表明，本发明确具有材料来源广泛，制造方法简便，价格低廉，抗熔焊能力强，耐氧性能，灭弧性能好，综合性能优良，运行寿命长等优点。可用于多种继电器，接触器，起动器，开关等装置，在电力系统，自动控制，信息传递，家用电器等领域具有广泛的推广应用前景。