專利名稱：氧化物增強(qiáng)滑動(dòng)電接觸合金及其層狀復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于微電機(jī)換向器的合金材料，尤其涉及一種氧化物增強(qiáng)滑動(dòng)電接觸合金及其層狀復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
在直流微電機(jī)的工作過程中，換向器和電刷片相互接觸并相對(duì)滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電流的傳輸，保持電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。影響微電機(jī)壽命的因素主要有以下幾個(gè)1、微電機(jī)工作時(shí)，換向器和電刷之間不可避免地存在滑動(dòng)摩擦磨損，因摩擦磨損產(chǎn)生的磨屑被擠壓在換向器和電刷片之間，隨著堆積的磨屑增多，換向器和電刷片之間的接觸性能逐步降低，引起較大的接觸電阻波動(dòng)，導(dǎo)致輸出波形不良和電噪聲，嚴(yán)重時(shí)引起非換向期電弧，非換向期電弧又會(huì)進(jìn)一步加快材料的磨損，最終導(dǎo)致微電機(jī)壽命終結(jié)；2、微電機(jī)在換向時(shí)，換向器與電刷片瞬間分離，產(chǎn)生的換向期電弧溫度很高，常常造成銀合金的熔化、飛濺，從而導(dǎo)致?lián)Q向器失效并最終使微電機(jī)壽命終止；3、換向期電弧還容易使磨屑熔焊于換向器的溝槽中造成短路，致使微電機(jī)早期死機(jī)；

4、電接觸過程中由于機(jī)械摩擦和電流作用所產(chǎn)生的溫升會(huì)使材料表面硬度下降，降低其硬度和耐磨性，進(jìn)一步加劇材料的機(jī)械磨損。因此，提高換向器用電接觸材料的耐磨性和抗電弧侵蝕能力是提高換向器使用性能和微電機(jī)使用壽命及穩(wěn)定性的重要手段。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出了一種氧化物增強(qiáng)滑動(dòng)電接觸合金，滑動(dòng)電接觸合金的成分由Cu、N1、氧化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu :1 8%、N1:0.1 O. 5%、氧化物0. 5 2%、余量為Ag ;其中，氧化物為Al203、Zr02、Ce02、Cr203中的一種。本發(fā)明的基本原理是氧化物具有高硬度和高熔點(diǎn)的特性，將其添加進(jìn)現(xiàn)有的AgCuNi合金后，氧化物分布在銀基體中，可以通過彌散強(qiáng)化機(jī)制提高銀基體的硬度，同時(shí)，氧化物自身也具有很強(qiáng)的抵抗滑動(dòng)磨損的能力，從而使材料的整體耐磨性得以提高，減少磨屑的產(chǎn)生；銀基體在電弧高溫的作用下會(huì)發(fā)生熔化，形成熔融狀態(tài)的銀漿，由于氧化物的熔點(diǎn)很高，不會(huì)被熔化，分布于銀漿中的固態(tài)氧化物顆?？梢蕴岣咩y漿的液相粘度，防止銀基體的飛灘和流失，從而提聞材料的抗電弧能力。發(fā)明人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，若氧化物的含量低于O. 5%，則其耐磨損和抗電弧作用不能充分發(fā)揮，對(duì)材料性能的改善效果不明顯；若氧化物的含量高于2%，又會(huì)顯著增大滑動(dòng)接觸時(shí)的接觸電阻，并且對(duì)電刷造成嚴(yán)重磨損，反而會(huì)降低微電機(jī)壽命。因此，材料中的氧化物含量應(yīng)在O. 5°/Γ2%之間取舍。在生產(chǎn)實(shí)踐中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果氧化物的粒度低于0.5 μ m，由于顆粒過于細(xì)小，在運(yùn)輸、保存和使用過程中容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，生產(chǎn)中很難保證氧化物在銀基體中分布的分散性和均勻性，從而會(huì)導(dǎo)致材料性能的一致性和穩(wěn)定性降低，不能滿足大批量生產(chǎn)的要求；反之，如果氧化物的粒度大于3 μ m,則又會(huì)因顆粒過于粗大，導(dǎo)致銀基體中分布的氧化物顆粒的數(shù)量較少，對(duì)銀基體達(dá)不到預(yù)期的改善效果效果，同時(shí)，氧化物顆粒過大會(huì)嚴(yán)重降低材料的工藝性能，所制作出的帶材容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，不能滿足大批量生產(chǎn)的要求；此夕卜，過于粗大的顆粒對(duì)接觸電阻和電刷也會(huì)產(chǎn)生不利影響。因此，所述氧化物的平均粒度應(yīng)在O. 5 3μπι范圍內(nèi)為宜。所述的滑動(dòng)電接觸合金層疊或鑲嵌在銅或銅合金表面即形成層狀復(fù)合材料，其中銅或銅合金為基層，滑動(dòng)電接觸合金為工作層。將本發(fā)明的滑動(dòng)電接觸合金作為工作層復(fù)合在基層表面，用于制作微電機(jī)換向器，可以節(jié)約貴金屬，降低換向器和微電機(jī)的生產(chǎn)成本；將采用本發(fā)明的合金制成的層狀復(fù)合材料制作為換向器，并進(jìn)而將這種換向器用于微電機(jī)的制作，最終可以使微電機(jī)的性能得到改善，提高微電機(jī)的使用壽命。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是通過在現(xiàn)有的銀合金中添加氧化物，使銀合金的耐磨性和抗電弧能力得到明顯改善，從而制作出高性能的微電機(jī)，提高微電機(jī)的壽命，最終使采用這種微電機(jī)作動(dòng)力的設(shè)備或裝置的性能得到改善。


圖1、工作層層疊復(fù)合在基層的全部表面上時(shí)的層狀復(fù)合材料截面示意圖；圖2、工作層鑲嵌復(fù)合在基層的部分表面上時(shí)的層狀復(fù)合材料截面示意圖。圖中標(biāo)記I為工作層，標(biāo)記2為基層。
具體實(shí)施例方式一種氧化物增強(qiáng)滑動(dòng)電接觸合金，滑動(dòng)電接觸合金的成分由Cu、N1、氧化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為=Cu Γ8%, Ni 0. Γθ. 5%、氧化物0. 5 2%、余量為Ag ;其中，氧化物為Al203、Zr02、Ce02、Cr203中的一種。進(jìn)一步地，所述氧化物的平均粒度為O. 5^3 μ m。一種層狀復(fù)合材料，前述滑動(dòng)電接觸合金層疊或鑲嵌在銅或銅合金表面形成層狀復(fù)合材料，其中銅或銅合金為基層，滑動(dòng)電接觸合金為工作層。一種換向器，采用前述的層狀復(fù)合材料制作換向器。一種微電機(jī)，采用前述的換向器制作微電機(jī)。為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施，發(fā)明人還列舉了一種具體的實(shí)施工藝I)采用水霧化法制備AgCuNi合金粉末(AgCuNi合金可采用成品合金，也可采用純金屬，本文僅以成品合金為例進(jìn)行闡述)。2)將上述合金粉末與氧化物粉末混合均勻，其中氧化物粉末的平均粒度為
O.5^3 μ m (對(duì)于氧化物粉末的粒度控制，可采用篩網(wǎng)進(jìn)行過篩處理獲得)。3)對(duì)混合均勻的粉末進(jìn)行等靜壓制，壓制壓力為6(Tl00MPa。4)將壓制好的坯料置于氨 分解氣氛或純氫氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度70(T85(TC。5)對(duì)燒結(jié)好的坯料進(jìn)行擠壓，擠壓比不小于20。
6 )將擠壓好的坯料通過軋制、中間退火、拉拔等工藝，制備成帶材或絲材。7)采用熱軋、溫軋或冷軋復(fù)合技術(shù)，將上述帶材或絲材與銅或銅合金帶材進(jìn)行復(fù)合，制作成層狀復(fù)合材料。實(shí)施例為了驗(yàn)證本發(fā)明的材料對(duì)銀合金的改善效果，發(fā)明人設(shè)計(jì)了 12個(gè)實(shí)施例，各個(gè)實(shí)施例中所采用的配方見下表(重量百分比)
權(quán)利要求
1.一種氧化物增強(qiáng)滑動(dòng)電接觸合金，其特征在于滑動(dòng)電接觸合金的成分由Cu、N1、氧化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu Γ8%, Ni 0. Γθ. 5%、氧化物O. 5 2%、余量為Ag ;其中，氧化物為Al203、Zr02、Ce02、Cr2O3中的一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物增強(qiáng)滑動(dòng)電接觸合金，其特征在于所述氧化物的平均粒度為O. 5^3 μ m。
3.—種層狀復(fù)合材料，其特征在于權(quán)利要求Γ2中任一項(xiàng)所述滑動(dòng)電接觸合金層疊或鑲嵌在銅或銅合金表面，其中銅或銅合金為基層，滑動(dòng)電接觸合金為工作層。
4.一種換向器，其特征在于采用權(quán)利要求3所述的層狀復(fù)合材料制作換向器。
5.一種微電機(jī)，其特征在于米用權(quán)利要求4所述的換向器制作微電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧化物增強(qiáng)滑動(dòng)電接觸合金，滑動(dòng)電接觸合金的成分由Cu、Ni、氧化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu1~8%、Ni0.1~0.5%、氧化物0.5~2%、余量為Ag；其中，氧化物為Al2O3、ZrO2、CeO2、Cr2O3中的一種。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是通過在現(xiàn)有的銀合金中添加氧化物，使銀合金的耐磨性和抗電弧能力得到明顯改善，從而制作出高性能的微電機(jī)，提高微電機(jī)的壽命，最終使采用這種微電機(jī)作動(dòng)力的設(shè)備或裝置的性能得到改善。
文檔編號(hào)C22C5/06GK103060601SQ20121056034
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者章應(yīng), 徐永紅 申請(qǐng)人:重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司