銀氧化錫電接觸材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種銀氧化錫電接觸材料的制備方法，該方法將霧化后的銀錫粉末內(nèi)氧化后與氧化錫粉及添加物混合、通過燒結(jié)、擠壓、拉絲等工序制作成所需要規(guī)格的銀氧化錫電接觸材料。本發(fā)明制作的銀氧化錫的電接觸材料與傳統(tǒng)的電接觸材料相比，具有粉末內(nèi)氧化及混粉法的特點，即改善了銀氧化錫材料的硬度及塑性，保證具有良好的成型性能，又可以改善氧化錫的分布形態(tài)，可減少氧化錫的聚集，改善組織均勻性，減少觸點材料溫升，有利于提高觸點材料的使用壽命。
【專利說明】銀氧化錫電接觸材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及低壓電器的開閉觸點領(lǐng)域，特別涉及一種銀氧化錫電接觸材料的制備 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 銀氧化錫是以氧化錫顆粒為第二相的銀基復合材料，目前作為電接觸材料廣泛應(yīng) 用于低壓電器中，如繼電器、接觸器、斷路器等。與一般顆粒增強金屬基復合材料相比，銀氧 化錫材料中的氧化錫顆粒不但有增強基體的作用，而且極大的影響電接觸材料在電弧下作 用的性能，如抗電弧、抗熔焊及抗材料轉(zhuǎn)移能力等。與以往電器領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的銀氧化鎘材 料相比，銀氧化錫材料突出優(yōu)勢在于電弧作用下不產(chǎn)生有毒物質(zhì)，因此不會對人體和環(huán)境 構(gòu)成危害，而銀氧化鎘材料則會出現(xiàn)氧化鎘在電弧高溫下分解，形成有毒Cd蒸氣，對人體 構(gòu)成威脅，同時污染環(huán)境。銀氧化錫材料由于具有優(yōu)良的抗電弧侵蝕、抗熔焊及抗材料轉(zhuǎn)移 性能，目前銀氧化錫材料是最有可能取代銀氧化鎘的材料。
[0003] 然而，銀氧化錫材料中的氧化錫由于具有良好的熱穩(wěn)定性，在其承受電弧作用下 不分解，加上與液態(tài)銀不潤濕，容易在電磁力的攪拌下富集在觸點表面，由于氧化錫不導 電，從而導致觸點接觸電阻增大，在有電流通過時導致溫升過大。銀氧化錫材料另外一個問 題在于硬度高，塑性差，導致冷加工困難，在鉚釘加工及鉚接過程中容易出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。
[0004] 目前在產(chǎn)業(yè)化中銀氧化錫制備代表性的工藝有混粉法及粉末內(nèi)氧化法?；旆鄯?是將銀粉、氧化錫粉及添加劑混合均勻，然后通過燒結(jié)、擠壓的方式生產(chǎn)出絲材，后續(xù)通過 拉絲、熱處理的方式生產(chǎn)成規(guī)定的規(guī)格的絲材，再通過冷墩加工，加工出鉚釘，提供給電器 廠裝配成觸點進行使用。采用這種方式生產(chǎn)的銀氧化錫材料盡管具有較好的塑性，但是氧 化錫在銀基體中分布不均勻，容易出現(xiàn)氧化錫的團聚，導致觸點的接觸電阻大，出現(xiàn)溫升過 高的現(xiàn)象。粉末內(nèi)氧化法是銀錫及其添加物進行熔化，之后將合金粉末內(nèi)氧化，后續(xù)通過壓 制、燒結(jié)及擠壓、拉絲、熱處理等工序進行生產(chǎn)。粉末內(nèi)氧化法生產(chǎn)的銀氧化錫材料具有良 好的組織分布，氧化錫顆粒在銀基體中細小、均勻，同時具備良好的電性能。但是采用粉末 內(nèi)氧化法生產(chǎn)的銀氧化錫材料的硬度高、塑性差，采用普通的冷加工很難加工，同時鉚釘成 型性能不好，容易出現(xiàn)銀層過厚的現(xiàn)象，導致無法在某些繼電器領(lǐng)域應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種銀氧化錫電接觸材料的制備方法，該方法得到的材料傳 統(tǒng)的電接觸材料相比，具有粉末內(nèi)氧化及混粉法的特點，即改善了銀氧化錫材料的硬度及 塑性，保證具有良好的成型性能，又可以改善氧化錫的分布形態(tài)，可減少氧化錫的聚集，改 善組織均勻性，減少觸點材料溫升，有利于提高觸點材料的使用壽命，可廣泛應(yīng)用于低壓電 器領(lǐng)域。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是： 銀氧化錫電接觸材料的制備方法，包含以下步驟： 1) 取各組分質(zhì)量百分含量為：錫1. 0?3. 0%，余量為銀的金屬進行熔煉，隨后進行 合金霧化，其霧化壓力為75?lOOMPa，霧化后烘干成粉末，篩選，所述粉末的粒度為15? 5 μ m，成近球狀； 2) 將步驟1)的中的粉末進行內(nèi)氧化形成銀氧化錫粉末，其內(nèi)氧化的工藝為：100°C下， 保溫時間在0. 5h?2h，隨后快速升溫至400°C，保溫時間0. 5h?3h，再快速升溫至700°C， 保溫時間5h?8h ; 3) 將步驟2)所述的銀氧化錫粉末過篩，與氧化錫粉及添加物混合，得到混合粉末，其各 組分的質(zhì)量配比為：氧化錫：8?14%,添加物：0. 1?1%,銀為余量，混合時間為3h?6h ; 4) 步驟3)得到的混合粉末進行冷等靜壓形成冷等靜壓錠，冷等靜壓的壓力為50? 80MPa，保壓時間彡100S ; 5) 步驟4)得到冷等靜壓錠燒結(jié)形成燒結(jié)錠，燒結(jié)溫度為850°C?920°C，燒結(jié)時間為 4h ?5h ; 6) 擠壓步驟5)得到的燒結(jié)錠得到絲坯，其擠壓比彡1 :150 ; 7) 將步驟6)中的絲坯，反復冷拉或熱拉及熱處理，冷拉的道次變形量小于10%，熱拉的 道次變形量小于30%，道次間熱處理溫度為550°C?650°C，熱處理時間為30min?60min， 得到銀氧化錫電接觸材料。
[0007] 步驟1)所述的粉末為近球狀。
[0008] 步驟2)所述的粉末氧化過程中觀察粉末氧化顏色變化，要求其顏色均勻一致。
[0009] 步驟3)所述的氧化錫粉的激光粒度D50為2?6 μ m。
[0010] 步驟3)所述的添加物為氧化銅或/和氧化鉍。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點為： 1)采用本發(fā)明方法，可以保證一部份氧化錫通過內(nèi)氧化工藝彌散分布在銀基體中，另 一部份氧化錫通過混粉的方式分別在銀基體中，即改善了銀氧化錫材料的硬度及塑性，保 證具有良好的成型性能，又可以改善氧化錫的分布形態(tài)，可減少氧化錫的聚集，改善組織均 勻性，減少觸點材料溫升，有利于提高觸點材料的使用壽命。
[0012] 2)本發(fā)明通過控制銀錫粉的粒度及氧化錫粉的粒度和形貌，可以保證二者有良好 混合性能，同時通過添加物進行進一步改善氧化錫與銀基體的潤濕性，形成的材料組織均 勻，具有良好的電器性能。

【具體實施方式】
[0013] 實施例1 : 銀氧化錫8氧化銅0· 25材料（AgSn02(8)Cu0 (0· 25))制備工藝如下： 1. 取各組分質(zhì)量百分含量為：錫1.0%，余量為銀的金屬在中頻爐中進行熔煉，該金屬 的重量為30Kg，然后通過水霧化設(shè)備中進行合金霧化，其中霧化壓力為75MPa，霧化后烘干 成銀錫粉末，篩選，粉末的粒度控制在13 μ m，粉末成近球狀； 2. 將步驟1的中的銀錫粉末進行粉末內(nèi)氧化：內(nèi)氧化的工藝為在KKTC保溫lh后快 速升溫到400°C保溫lh，然后快速升溫到700°C，保溫5h，在粉末氧化過程中注意觀察粉末 氧化顏色的均勻性，防止局部出現(xiàn)氧化不充分的現(xiàn)象； 3. 將步驟2中粉末內(nèi)氧化的銀氧化錫粉末，過篩后，與激光粒度D50在3 μ m的范圍氧 化錫粉及氧化銅粉在混粉機中進行混合，所述銀氧化錫、氧化錫、氧化銅粉的重量分別為： 27. 905Kg、2. 02Kg、0. 075Kg，混合時間4h，保證上述粉末混合后各組分的質(zhì)量百分含量為： 氧化錫：8%，氧化銅：0. 25%，銀為余量； 4. 將上述混合后的粉末進行冷等靜壓形成冷等靜壓錠，冷等靜壓的壓力控制在 55MPa，保壓時間200S ; 5. 步驟4中的冷等靜壓錠在空氣中進行燒結(jié)形成燒結(jié)錠，燒結(jié)溫度控制在880°C，燒結(jié) 時間為4h ; 6. 步驟5中的燒結(jié)錠進行擠壓，進行熱擠壓形成絲坯，絲材的擠壓比> 1 :150,擠壓成 4. 5mm規(guī)格的絲材； 7. 將步驟6中的絲坯，反復進行熱拉及熱處理達到成品所需求的規(guī)格1. 36mm，其中熱 拉的道次變形量小于30%，道次間熱處理溫度控制在550°C，道次熱處理時間為30min。
[0014] 實施例2 : 銀氧化錫10氧化鉍0. 25材料（AgSn02(10)Bi203 (0. 3))制備工藝如下： 1. 取各組分質(zhì)量百分含量為：錫2.0%，余量為銀的金屬在中頻爐中進行熔煉，該金屬 的重量為30Kg，然后通過水霧化設(shè)備中進行合金霧化，其中霧化壓力為80MPa，霧化后烘干 成粉末，篩選，粉末的粒度控制在11 μ m，粉末成近球狀； 2. 將步驟1的中的銀錫粉末進行粉末內(nèi)氧化：內(nèi)氧化的工藝為在KKTC保溫lh后快 速升溫到400°C保溫1. 5h，然后快速升溫到700°C，保溫5. 5h，在粉末氧化過程中需要嚴格 粉末氧化顏色的均勻性，防止局部出現(xiàn)氧化不充分的現(xiàn)象； 3. 將步驟2中粉末內(nèi)氧化的銀氧化錫粉末，過篩后，與激光粒度D50在3. 5 μ m的范 圍氧化錫粉及氧化鉍粉在混粉機中進行混合，所述銀氧化錫、氧化錫、氧化鉍粉的重量分 別為：27. 67Kg、2. 24Kg、0. 09Kg，混合時間4h，保證上述粉末混合后各組分的質(zhì)量百分含量 為：氧化錫：10%，氧化秘：〇. 3%,銀為余量； 4. 將上述混合后的粉末進行冷等靜壓形成冷等靜壓錠，冷等靜壓的壓力為65MPa，保 壓時間250S ; 5. 步驟4中的冷等靜壓錠在空氣中進行燒結(jié)形成燒結(jié)錠，燒結(jié)溫度控制在900°C，燒結(jié) 時間為4. 5h ; 6. 步驟5中的燒結(jié)錠進行熱擠壓，形成絲述，絲材的擠壓比彡1 :150,擠壓成5. 4mm規(guī) 格的絲材； 7. 將步驟6中的絲坯，反復進行冷拉及熱處理達到成品所需求的規(guī)格2. 36mm，冷拉的 道次變形量小于10%，道次間熱處理溫度為600°C，道次熱處理時間為30min。
[0015] 實施例3: 銀氧化錫 13 氧化鉍 0· 25 氧化銅 0· 25 材料（AgSn02(13)Bi203 (0· 25)Cu0 (0· 25))制 備工藝如下： 1. 取各組分質(zhì)量百分含量為：錫3.0%，余量為銀的金屬在中頻爐中進行熔煉，該金屬 的重量為30Kg，然后通過水霧化設(shè)備中進行合金霧化，其中霧化壓力為90MPa，霧化后烘干 成粉末，篩選，粉末的粒度控制在8 μ m，粉末成近球狀； 2. 將步驟1的中的銀錫粉末進行粉末內(nèi)氧化：內(nèi)氧化的工藝為在KKTC保溫1. 5h后 快速升溫到400°C保溫2h，然后快速升溫到700°C，保溫7h，在粉末氧化過程中需要嚴格粉 末氧化顏色的均勻性，防止局部出現(xiàn)氧化不充分的現(xiàn)象； 3. 將步驟2中粉末內(nèi)氧化的銀氧化錫粉末，過篩后，與激光粒度D50在4 μ m的范圍氧 化錫粉及氧化鉍、氧化銅粉在混粉機中進行混合，所述銀氧化錫、氧化錫、氧化鉍粉、氧化銅 粉的重量分別為：27. 09Kg、2. 76Kg、0. 075Kg、0. 075Kg，混合時間4. 5h，保證上述粉末混合 后各組分的質(zhì)量百分含量為：氧化錫：13%，氧化鉍：0. 25%，氧化銅：0. 25%，銀：余量； 4. 將上述混合后的銀氧化錫+氧化銅的粉末進行冷等靜壓形成冷等靜壓錠，冷等靜壓 的壓力為75MPa，保壓時間300S ; 5. 步驟4中的冷等靜壓錠在空氣中進行燒結(jié)形成燒結(jié)錠，燒結(jié)溫度控制在920°C，燒結(jié) 時間為5h ; 6. 步驟5中的燒結(jié)錠進行熱擠壓，形成絲坯，絲材的擠壓彡1 :150，擠壓成6. 5mm規(guī)格 的絲材； 7. 將步驟6中的絲坯，反復進行冷拉及熱處理達到成品所需求的規(guī)格3. 86mm，冷拉的 道次變形量小于10%，道次間熱處理溫度控制在650°C，道次熱處理時間控制在60min。
[0016] 制備比較例金屬： 比較例1銀氧化錫8氧化銅0. 25材料[AgSn02 (8) CuO (0. 25 )]混粉法制備工藝： 1. 取30Kg純銀金屬在中頻爐中熔煉，然后通過水霧化設(shè)備中進行合金霧化，其中霧化 壓力為75MPa，霧化后烘干成銀粉末，篩選，粉末的粒度控制在15 μ m以下，粉末成近球狀； 2. 將步驟1中的銀粉末，過篩后，與激光粒度D50為3 μ m的氧化錫粉及氧化銅粉共 30Kg在混粉機中進行混合，混合時間4h，保證上述粉末混合后各組分的質(zhì)量百分含量為： 氧化錫：8%，氧化銅：0. 25%，銀為余量，得到銀氧化錫+氧化銅的粉末； 3. 將上述混合后的銀氧化錫+氧化銅的粉末進行冷等靜壓形成冷等靜壓錠，冷等靜壓 的壓力為55MPa，保壓時間250S ; 4. 步驟3中的冷等靜壓錠在空氣中燒結(jié)形成燒結(jié)錠，燒結(jié)溫度為880°C，燒結(jié)時間為 3. 5h ； 5. 步驟4中的燒結(jié)錠進行熱擠壓，形成絲述，絲材的擠壓比彡1 :150,擠壓成5. 4mm規(guī) 格的絲材； 6. 將步驟6中的絲坯，反復進行熱拉及熱處理達到成品所需求的規(guī)格1. 36mm，熱拉的 道次變形量小于30%，道次間熱處理溫度控制在550°C，道次熱處理時間為30min。
[0017] 比較例2銀氧化錫8氧化銅0· 25材料[AgSn02(8)Cu0 (0· 25)]粉末內(nèi)氧化制備 工藝： 1. 將銀板、錫及銅三種原材料共30Kg，按質(zhì)量百分比：Sn :6. 3%、Cu :0. 2%、Ag :余量進 行配比，在中頻爐中熔煉，然后通過水霧化設(shè)備中進行合金霧化，其中霧化壓力為85MPa，霧 化后烘干成銀錫銅合金粉末，篩選，粉末的粒度控制在12 μ m以下，粉末成近球狀； 2. 將步驟1中的銀錫銅合金粉末進行粉末內(nèi)氧化，內(nèi)氧化的工藝在750°C氧化8h，內(nèi)氧 化后形成銀氧化錫8氧化銅0. 25 (即含銀氧化錫8%，氧化銅0. 25%，下同）的合金粉末； 3. 將上述混合后的粉末進行冷等靜壓形成冷等靜壓錠，冷等靜壓的壓力為60MPa，保 壓時間250S ; 4. 步驟3中的冷等靜壓錠在空氣中進行燒結(jié)形成燒結(jié)錠，燒結(jié)溫度為900°C，燒結(jié)時間 為4h ; 5. 步驟4中的燒結(jié)錠進行熱擠壓，形成絲述，絲材的擠壓比彡1 :150,擠壓成5. 4mm規(guī) 格的絲材； 6. 將步驟5中的絲坯，反復進行熱拉及熱處理達到成品所需求的規(guī)格1. 36mm，熱拉的 道次變形量小于30%，道次間熱處理溫度控制在550°C，道次熱處理時間控制在30min。
[0018] 比較例3 :采用比較例1的方法生產(chǎn)銀氧化錫10氧化鉍0. 25材料，成品規(guī)格拉制 到 2. 36mm。
[0019] 比較例4 :采用比較例2的方法生產(chǎn)銀氧化錫10氧化鉍0. 25材料，成品規(guī)格拉制 到 2. 36mm。
[0020] 比較例5 :采用比較例1的方法生產(chǎn)銀氧化錫13氧化鉍0. 25氧化銅0. 25材料， 成品規(guī)格拉制到3. 86mm。
[0021] 比較例6 :采用比較例2的方法生產(chǎn)銀氧化錫13氧化鉍0. 25氧化銅0. 25材料， 成品規(guī)格拉制到3. 86mm。
[0022] 相關(guān)性能的對比如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種銀氧化錫電接觸材料的制備方法，其特征在于包含以下步驟： 1) 取各組分質(zhì)量百分含量為：錫1. 0?3. 0%，余量為銀的金屬進行熔煉，隨后進行 合金霧化，其霧化壓力為75?lOOMPa，霧化后烘干成粉末，篩選，所述粉末的粒度為15? 5 μ m，成近球狀； 2) 將步驟1)的中的粉末進行內(nèi)氧化形成銀氧化錫粉末，其內(nèi)氧化的工藝為：100°C下， 保溫時間在0. 5h?2h，隨后快速升溫至400°C，保溫時間0. 5h?3h，再快速升溫至700°C， 保溫時間5h?8h ; 3) 將步驟2)所述的銀氧化錫粉末過篩，與氧化錫粉及添加物混合，得到混合粉末，其各 組分的質(zhì)量配比為：氧化錫：8?14%,添加物：0. 1?1%,銀為余量，混合時間為3h?6h ; 4) 步驟3)得到的混合粉末進行冷等靜壓形成冷等靜壓錠，冷等靜壓的壓力為50? 80MPa，保壓時間彡100S ; 5) 步驟4)得到冷等靜壓錠燒結(jié)形成燒結(jié)錠，燒結(jié)溫度為850°C?920°C，燒結(jié)時間為 4h ?5h ; 6) 擠壓步驟5)得到的燒結(jié)錠得到絲坯，其擠壓比彡1 :150 ; 7) 將步驟6)中的絲坯，反復冷拉或熱拉及熱處理，冷拉的道次變形量小于10%，熱拉的 道次變形量小于30%，道次間熱處理溫度為550°C?650°C，熱處理時間為30min?60min， 得到銀氧化錫電接觸材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟3)所述的氧化錫粉的激光粒度 D50 為 2 ?6 μ m。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟3)所述的添加物為氧化銅或/ 和氧化秘。
【文檔編號】B22F9/08GK104269296SQ201410450512
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】章應(yīng), 徐永紅, 劉浩, 田茂江, 周曉榮 申請人:重慶川儀自動化股份有限公司