[发明专利]滑动接触材料、包层复合材料、使用所述材料的换向器和使用所述换向器的直流电动机

说明书

                          发明背景

本发明涉及用于电学滑动和机械滑动部位的接触材料，具体地说是可用在直流电动机，特别是小型直流电动机换向器中的接触材料和含有该接触材料的包层复合材料，当该材料用作激光唱片转轴的材料时，电动机即具有足够长的使用寿命和较低的启动电压。

近几年中，电子工业中使用滑动接触的设备的数量有所增加，因此广泛地开展了新型滑动接触材料的开发及摩耗的研究。磨耗和接触电阻是滑动接触材料中的难题，但此处的磨耗现象很复杂，其中的许多方面尚未获得理论阐明。

即使试图将接触材料的金属表面加工得比较光滑，但是显微观察仍然显示，这样的表面并不是完全平整的表面，通常具有细微的不平整。即使两个金属表面看来是大面积相互接触的，但是由于凹陷与凸起的存在，这两个表面实际上只是在分散的突出部分相互接触。

摩擦造成的磨耗基本上与接触力的大小成正比，与硬度成反比。温度、湿度、腐蚀性成份、有机物蒸汽，尘粒等等都是导致磨耗和电学性能(接触电阻)改变的因素。

滑动接触材料中的磨损主要分为粘附磨损和磨耗。粘附磨损的发生是因为实际接触部位或突出部位的金属之间产生焊接，尔后拉除了较软的金属，使其转移到较硬的金属上。

磨耗发生在两种硬度差异很大的材料相互摩擦时或发生在两种软材料(其中一种含有硬性颗粒)相互磨擦时。

滑动接触材料广泛用于接地环，旋转开关和其它设备中，包括用来带动激光唱片用转轴的小型直流电动机和用在小型直流电动机中的换向器。已知，使用于带动激光唱片转轴小型直流电动机的常规换向器所用的三层包层复合材料有表面层(由Au-Ag合金构成，含40％(重量)的Ag和余量的Au)、中间层(由Ag-Cu-Ni合金构成，含4％(重量)Cu，0.5％(重量)Ni和余量的Ag)和基础层(由Cu-Sn-Au合金构成，含9.5％(重量)Ni，2.5％(重量)Sn和余量的Cu)三层。

另一相关的现有参考文献公开了一种整流器，它具有Ag-Pd-Cu合金换向器，主要由2至10％(重量)Cu、2至10％(重量)Pd和余量的Ag构成。但是，人们要求改善此种整流器中的性能，尤其是在高温环境下的性能改善，诸如解决接触电阻升高、由Pd产生的黑粉造成不稳定性和电噪声等问题。

随着近几年音响设备的小型化，小型直流电动机被装配在放大器之类的发热元件附近，使得电动机温度即使在正常工作情况下也会达到70℃。尤其当电动机被装在汽车中时，盛夏阳光直射下的温度可能超过70℃。

通常，配有电刷的小型直流电动机在高温环境下的寿命出奇地短。在温度为25℃，湿度为60％的环境下寿命约为6000小时的上述电动机，在温度为70℃，湿度为5％的环境下，寿命可能减少至仅约200小时。

所以，要求开发一种在高温下不会丧失其耐用性的小型直流电动机。

对使用寿命减少的原因进行了细致的研究，结果发现，高温环境下在换向器和电刷之间相对滑动时，电刷将换向器材料刮削下来，刮下来的换向器材料在电刷表面沉积成突出状的沉积物，这突出部分象一片刮刀，能将换向器材料刮削成长而窄的形状。

由此产生的长而窄的针状粉末填满了分隔开的柱状换向片之间的孔隙，造成短路，使分隔开的换向片导通，导致电动机停转。

即使不出现电导通，上述高温条件下的磨耗率比温度为25℃、湿度为60％条件下的高，500小时内，几乎全部电动机上的刮削到达了基础层的Cu合金，这不仅升高了接触电阻，而且由于Cu暴露在外而产生的CuO抑制了电导，使得电动机失效。

                          发明概述

本发明目的之一是提供具有较长时间耐用性的滑动接触材料。

本发明目的之二是提供含有所述滑动接触材料的包层复合材料。

本发明目的之三是提供含有包层复合材料的换向器。

本发明目的之四是提供具有所述换向器的直流电动机，其在30至70℃的较广温度范围间具有超过2000小时的使用寿命。

本发明目的之五是提供用于激光唱片用转轴的小型直流电动机。

本发明将提供下述8种用于滑动接触的电学和机械滑动部位的合金(数字均为％(重量))。

1.Ag(10至60)-Cu(0.1至7)-Au(余量)

2.Ag(10至60)-Pd(0.1至7)-Cu(0.1至7)-Au(余量)

3.Ag(10至60)-Pt(0.1至7)-Cu(0.1至7)-Au(余量)

4.Cu(5至10)-Ni(0.1至1)-Ag(余量)