專利名稱：銅基粉末合金電觸頭材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種低成本優(yōu)性能的銅基粉沫合金電觸頭材料。
目前常規(guī)電觸頭一直延用銀基合金材料，近年來(lái)，為減少銀金屬的消耗，人們不斷尋求以銅代銀的技術(shù)途經(jīng)。眾所周知，銅金屬表面易生成氧化銅，對(duì)于抗氧化性能好的銅合金(例如銅鎘合金等)，其外表面仍然不可避免生成氧化膜，特別是在電接觸界面更易產(chǎn)生氧化，使其接觸電阻越來(lái)越大并產(chǎn)生過(guò)高的導(dǎo)電溫升，因而不可用于電觸頭材料。既使在銅合金中再添加某些抗氧化改性元素(例如石墨碳元素)也不能消除界面氧化膜的產(chǎn)生。目前已有的銅石墨合金電觸頭，因存在電接觸的氧化障礙，只能用于弱電流控制電路中，而不能廣泛地推廣使用。由此看來(lái)，力圖以靜態(tài)改性方式完全消除界面氧化膜的設(shè)想是一種不可行的技術(shù)路線。
本發(fā)明的目的在于提出一種動(dòng)態(tài)改性方式，采取主動(dòng)攻克電接觸界面導(dǎo)電障礙的技術(shù)路線，在合金體中混入適量改性媒質(zhì)，利用電接觸瞬間的自身能量，改變電接觸界面的導(dǎo)電機(jī)制，從而大幅度降刪電阻，改善電接觸性能，使已知的常規(guī)銅合金轉(zhuǎn)變成具有優(yōu)良電接觸性能的電觸頭材料。
上述改性媒質(zhì)，系采用高熔點(diǎn)、高硬度的晶體微粒研磨粉。例如碳化硼(B4C)微粉、金剛石(C)微粉和碳化硅(SiC)微粉等。
在常規(guī)銅合金中混入上述改性媒質(zhì)的作用機(jī)理說(shuō)明如下適量混入改性媒質(zhì)的銅合金材料，其物理性能和電性能均發(fā)生了質(zhì)的變化，由于摻入的改性媒質(zhì)系高熔點(diǎn)、高硬度晶體微粒，它不僅改善了合金表面硬度和耐電弧燒損能力，更關(guān)鍵的是改變了電接觸界面的導(dǎo)電機(jī)制，硬質(zhì)微粒均勻分布于合金表面，當(dāng)電觸頭的動(dòng)靜界面相互接觸時(shí)，由于機(jī)械壓力的存在，使得分布于界面上的硬質(zhì)晶體微粒相互刺穿對(duì)應(yīng)界面上的金屬氧化膜，從而破壞了電絕緣障礙，使得電流順暢地通過(guò)，因?yàn)橛操|(zhì)微粒相互交錯(cuò)刺入對(duì)應(yīng)接觸面，使得電接觸界面呈現(xiàn)凸凹吻合的曲面接觸，變常規(guī)電觸頭平面點(diǎn)接觸形式為曲面吻合點(diǎn)接觸形式，相對(duì)增大了電流導(dǎo)通截面，有效地降低了接觸電阻。另外合金元素(例如鎘元素等)在電接觸瞬間具有抗熔焊、抑制表面氧化和還原氧化銅等作用，另外做為碳化物的改性媒質(zhì)，在被電弧高溫分解燃燒的瞬間也產(chǎn)生還原氧化銅的作用，基于上述的互補(bǔ)改性條件，使得含有改性媒質(zhì)的銅合金成為綜合性能優(yōu)良的電觸頭材料。
關(guān)于改性媒質(zhì)的合理選擇說(shuō)明如下就電接觸界面改性機(jī)理的本質(zhì)而言，凡具有高熔點(diǎn)、高硬度的晶體微粒材料，原則上都可充當(dāng)改性媒質(zhì)。本專利提出如下三種微粉磨料做為代表性改性媒質(zhì)材料1.碳化硼(B4C)微粉材質(zhì)硬度大，混合分散性好，耐分解溫度高，價(jià)格便宜，電接觸改性作用好，被電弧高溫分解時(shí)產(chǎn)生硼吸氧劑可強(qiáng)制接觸面的氧化銅脫氧還原，清除導(dǎo)電障礙，進(jìn)一步降低接觸電阻及溫升，因此碳化硼可做為銅基合金改性媒質(zhì)的首選主體材料。
2.金剛石(C)微粉，材質(zhì)硬度和耐分解溫度最高，電接觸改性作用良好，缺點(diǎn)是混合分散性差，易產(chǎn)生聚積現(xiàn)象，被電弧高溫分解燃燒時(shí)只產(chǎn)生一氧化碳或二氧化碳，不產(chǎn)生強(qiáng)吸氧劑，因而對(duì)界面氧化銅的還原作用不如碳化硼，且價(jià)格昂貴，是碳化硼微粉的幾十倍，因此一般可不添加，或僅微量添加，用于改性媒質(zhì)的抗燒損補(bǔ)強(qiáng)。
3.碳化硅(SiC)微粉，材質(zhì)硬度和耐分解溫度稍低于碳化硼，價(jià)格便宜，電接觸改性作用稍次于碳化硼，缺點(diǎn)是被電弧高溫分解時(shí)析出硅元素影響電接觸性能，因此不做為推薦的改性媒質(zhì)材料，只特別指明為碳化硼的可替代材料。
關(guān)于銅基粉沫合金電觸頭材料的制造方法簡(jiǎn)要描述如下通過(guò)稱量配粉→密封混拌→壓制成型→無(wú)氧燒結(jié)→精壓整形→二次燒結(jié)等工藝過(guò)程，制成電觸頭的原料型材或觸頭制品。原料型材為一次產(chǎn)品，可供應(yīng)專業(yè)生產(chǎn)線或生產(chǎn)廠再加工通過(guò)熱壓擠出→切斷成型→沖壓精整等工藝流程，制成各類不同型號(hào)規(guī)格的電觸頭制品。
關(guān)于材料組分配比實(shí)施例及有關(guān)說(shuō)明如下基本組分含量(重量％)為碳化硼0.3-4.0％，金剛石0-0.4％，余量為已知的銅鎘合金。材料基本性能①密度8.4(g/cm3)；②硬度40-60(HB)；③體電阻率2.40(μΩ·cm)。
關(guān)于碳化硼微粉系首選性階比最佳的改性媒質(zhì)。但也可用化學(xué)性質(zhì)類似的碳化硅微粉代換，其改性作用不如碳化硼，特別指明可代換材料的目的在于防止發(fā)生人為故意性侵權(quán)。
關(guān)于金剛石微粉除硬度和抗分解溫度略高于碳化硼外，其綜合改性作用次于碳化硼微粉，且價(jià)格昂貴，一般不需添加，或只少量添加做為改性媒質(zhì)的抗燒損補(bǔ)強(qiáng)。
關(guān)于已知的銅鎘合金(典型含鎘量1％)做為本專利推薦使用的基本組分。就理論而言，可用其它任何具有良導(dǎo)電性的二元或多元銅合金代換，例如①銅鎘銀合金，②銅氧化鎘合金，③銅錫合金，④銅鋅合金，⑤銅石墨合金等。實(shí)驗(yàn)證明使用①項(xiàng)加銀銅合金電性能更優(yōu)，使用②項(xiàng)銅氧化鎘合金電性能相當(dāng)，使用③-⑤項(xiàng)銅合金時(shí)電性能稍差。如上特別指明，其目的在于防止故意性專利侵權(quán)發(fā)生。
用該種銅合金制成的電觸頭，與現(xiàn)行的銅石墨合金電觸頭相比較，由于電接觸界面的導(dǎo)電機(jī)理截然不同，接觸電阻及導(dǎo)電溫升、滅弧能力及耐燒損性能差別很大，銅石墨合金電觸頭僅能用于弱電流小負(fù)載的控制開(kāi)關(guān)中，而本專利提出的銅基合金電觸頭則不僅通用于小負(fù)載控制開(kāi)關(guān)，而且可用于大電流重負(fù)載的功率開(kāi)關(guān)，材料成本僅比現(xiàn)行的銅石墨合金電觸頭略高，與綜合性能相當(dāng)?shù)你y合金電觸頭相比，材料成本降低十余倍，顯然，該專利的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值相當(dāng)可觀。
該種銅基合金電觸頭可廣泛適用于各類交直流接觸器、繼電器和空氣開(kāi)關(guān)等低壓電器中，其實(shí)測(cè)電接觸溫升與銀合金電觸頭相當(dāng)，抗熔焊性能、滅弧指標(biāo)、抗電弧燒蝕能力及工作壽命均優(yōu)于銀合金電觸頭，是銀合金電觸頭的廉價(jià)替代品。
權(quán)利要求
1.一種銅基粉沫合金電觸頭材料，其特征在于基本組分含量(重量％)為碳化硼微粉(B4C)0.2-4％、金剛石微粉(C)0-0.4％，余量為已知的銅鎘合金。
2.如權(quán)利要求1所述的電觸頭材料，其特征在于其中的碳化硼組分可用等量碳化硅代換。
3.如權(quán)利要求1所述的電觸頭材料，其特征在于其中的已知銅鎘合金組分原則上可用其它任何具有良導(dǎo)電性的二元或多元銅合金代換。
全文摘要
本發(fā)明提出一種銅基粉末合金電觸頭材料，其技術(shù)特征是在銅合金中混入適量高熔點(diǎn)、高硬度晶體微粉，從而改變了電接觸界面的導(dǎo)電機(jī)制。用該材料制成的電工觸頭，可廣泛用于各類交直流接觸器、繼電器和空氣開(kāi)關(guān)等低壓電器中。其實(shí)測(cè)電接觸溫升與銀合金電觸頭相當(dāng)，抗熔焊性能、滅弧指標(biāo)、抗電弧燒損能力及電壽命均優(yōu)于銀合金電觸頭，是銀合金電觸頭的廉價(jià)替代品。
文檔編號(hào)C22C1/05GK1159485SQ96115149
公開(kāi)日1997年9月17日 申請(qǐng)日期1996年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月12日
發(fā)明者潘東林, 闞瑞清, 闞潔清 申請(qǐng)人:闞潔清, 闞瑞清