一种铜基电接触复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜基电接触复合材料及其制备方法，属于金属复合材料制备技术领域。该铜基电接触复合材料由以下质量百分比的组分组成：铬10％～30％、碳化钨1％～5％，余量为铜。本发明专利技术的铜基电接触复合材料，致密度高、组织均匀，具有较高的电导率和较好的抗电弧侵蚀性。本发明专利技术的制备方法，将铬粉、碳化钨粉和铜粉混合后采用放电等离子烧结工艺制备铜铬碳化钨复合材料；所得复合材料既有铬的高强度、高熔点，又有碳化钨良好的导电性和耐磨性，以及铜的较高导电、导热率；该制备方法可控环保，工艺简单，成本低廉且生产周期短，实现了抗电弧侵蚀性能、抗熔焊能力、强度、导电率性能高的电接触复合材料的制备，适合推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属复合材料制备
，具体设及一种铜基电接触复合材料及其 制备方法。
技术介绍
电接触材料是开关电器和电子仪器仪表中非常重要的元件，直接起到分断和接通 电路的作用W及承受正常工作电流的功能，其性能对开关电器能否正常运行和使用寿命长 短有至关重要的作用。铜铭材料早在20世纪屯十年代就已经开始应用于真空开关，主要应 用于真空中高压大电流，铜铭合金研究居多而对于铜铭复合材料的研究相对较少。含有铜、 铭、碳化鹤的合金，性能较好，现有技术中，公开号为CN1070432A的"一种耐磨导电合金材 料及其制品"公开了一种耐磨导电合金材料，该材料组分的重量含量为2-4%WC，20-70% W，20-50%Cu, 0. 1-4%Co,还可W加入0. 1-1 %Ni或0. 5-2%Cr，该合金材料具备良好的耐 磨性和导电性。 传统的制备铜铭复合材料的主要方法有混粉烧结法、烙渗法、粉末冶金法和内氧 化法等。铜铭复合材料虽然兼有铜、铭的优点，但也有相应的缺点。由于纯铜强度较低，一般 低于200MPa，导致无论采用烙渗法还是粉末烧结法制备的复合材料，不仅制备过程复杂，周 期长而且强度、电导率等性能难W达到使用要求。现有技术中复合锻、合金化对铜基电接 触材料组织及性能的影响"（牟振，复合锻、合金化对铜基电接触材料组织及性能的影响，济 南大学，2014年。）记载了一种铜基电接触材料及其制备方法：将质量百分比为4%的锋粉、 0~10%的碳化鹤粉、余量为铜粉的混合粉末球磨均匀，时间为30min，球料比为15:1，后在 200吨液压机上，压制成巧，压制压力500MPa，保压时间2min，然后在管式炉真空（IOPa)环 境下进行烧结，烧结溫度为800°C，烧结时间为60min。得到的铜基电接触复合材料的致密 度在84~89%之间，材料硬度在35~54皿之间，IACS值在40~51 %之间，采用40A阻 性交变电流，电压54V，开闭20000次，烧蚀失重在0. 2~0. 7%之间。该材料是含有锋的铜 基材料，其材料的致密度、硬度及导电性能还不能满足使用的要求。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种铜基电接触复合材料，该铜基电接触复合材料 致密度高、组织均匀，而且具有较高的电导率和较好的抗电弧侵蚀性。 阳〇化]本专利技术的第二个目的在于提供一种铜基电接触复合材料的制备方法，解决现有制 备方法烧结所需时间过长、耗能大和晶粒容易长大的问题。 为实现W上目的，本专利技术采用的技术方案为： 一种铜基电接触复合材料，由W下质量百分比的组分组成：铭10%~30%、碳化 鹤1%~5%，余量为铜。 本专利技术的铜基电接触复合材料，致密度高、组织均匀、而且具有较高的电导率和较 好的抗电弧侵蚀性。 所述铜基电接触复合材料，是将铭粉、碳化鹤粉与铜粉混合后，将混合粉末进行放 电等离子烧结（SP巧制备的。 一种上述的铜基电接触复合材料的制备方法，包括W下步骤： 1)取配方量的铭粉、碳化鹤粉和铜粉，混合均匀，得混合物； 2)将步骤1)所得混合物置于模具中，在真空或保护气氛下进行放电等离子烧结， 烧结溫度为850~1000°C，施加压力为20~50MPa，烧结保溫时间为3~lOmin，后冷却即 得。 阳01引步骤1)中，所述铭粉的粒度为35~150ym;所述碳化鹤粉的粒度为10~50ym; 所述铜粉的粒度为300~500目。 所述铭粉是由粒径范围为50~200ym、中位粒度为100ym的原料铭粉经球磨制 得的；所述碳化鹤粉是由粒径范围为30~80ym、中位粒度为50ym的原料碳化鹤粉经球 磨制得的；所述球磨的转速为40化/min,球磨的时间为10~20h，球料质量比为15:1。所 述球磨为高能球磨。通过对铭粉和碳化鹤粉的球磨，使得原料粒径尺寸配比均匀、合理，有 利于气孔的减少，使得致密度增加，有利于烧结。 步骤1)中，所述混合为球磨混合，所述球磨混合所用磨球为紫铜球，球料质量比 为10:1。采用紫铜球进行球磨混合，保证粉料不发生团聚现象，易于混合均匀。 步骤2)中，所述模具为石墨模具。 步骤2)中，将所得混合物置于模具中时，在模具垫片与混合物之间垫一层石墨 纸。为便于烧结后产品的取出，可在模具垫片与原料混合物之间垫一层石墨纸W保证烧结 后顺利脱模，并且还能够保护样品表面的平整，同时延长模具的使用寿命。 步骤2)中，所述放电等离子烧结过程中，将烧结炉腔抽真空到5化时开始加热，W 100°C/s的速度到650°C，保溫1~3min后，再W100°C/s的速度升溫至烧结溫度850~ IOOCTC。 步骤2)中，所述保护气氛为氣气。 所得铜基电接触复合材料经冷挤压变形、热挤压变形或社制变形加工成电接触元 件。 本专利技术的铜基电接触复合材料的制备方法，将微米级的铭粉、碳化鹤粉和铜粉混 合后，采用放电等离子烧结工艺制备铜铭碳化鹤复合材料；所得铜基复合材料既有铭的高 强度、高烙点，又有碳化鹤良好的导电性和耐磨性，W及铜的较高导电、导热率；该制备方法 可控环保，工艺相对简单，生产成本相对低廉而且生产周期短，实现了抗电弧侵蚀性能、抗 烙焊能力、强度、导电率性能高的电接触复合材料的制备，适合推广应用。 本专利技术的铜基电接触复合材料的制备方法中，为了防止铜晶粒的长大，通过放电 等离子烧结工艺（SP巧制备铜铭碳化鹤复合材料。SPS的特点在于其烧结过程不仅具有热 压烧结的焦耳热和加压造成塑性变形促进烧结，而且还在颗粒间产生直流脉冲电压，使颗 粒间产生放电，激发等离子体，等离子体的高速运动伴随着极高的溫度，促进粉末颗粒原子 的扩散，短时间内即可完成烧结，避免晶粒长大。此外，脉冲放电产生的放电冲击波W及电 子、离子在电场中反方向的高速运动，可W使得粉末吸附的气体逸散，粉末表面的起始氧化 膜在一定程度上被击穿，使粉末得W净化、活化，同时也促进烧结。 进一步的，将铭粉和碳化鹤粉进行高能球磨，增加了铭和碳化鹤的表面积，有利于 和铜粉充分结合。与传统工艺过程相比，本专利技术的制备方法极大地缩短了复合材料的生产周期，细 化了晶粒，同时也保证了铭和碳化鹤颗粒与铜基体的良好的结合，可简单快速制备出组织 中孔桐较少的铜基电接触复合材料。试验证明，本专利技术所得铜基电接触复合材料的致密度 为95. 2 %~96 %，材料硬度为79~83HV，电导率为54. 3 %~56 %IACS，将所得复合材料 线切割及冷加工变形制备成电接触元件，在30V、30A条件经过20000次闭开电接触试验后， 质量损失率为0. 30 %~0. 76 %;该铜基电接触复合材料致密度高、组织均匀，而且具有较高 的电导率和较好的抗电弧侵蚀性。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。 阳0%] 实施例1 本实施例的铜基电接触复合材料，由W下质量百分比的组分组成：铭20%、碳化 鹤3 %,余重为铜。[002引本实施例的铜基电接触复合材料的制备方法，包括W下步骤： 1)取粒径范围为50~200ym、中位粒度为100ym的原料铭粉和粒径范围为30~ 80ym、中位粒度为50ym的原料碳化鹤粉，分别置于高能球磨机罐中，按照球料质量比为 15:1的比例加入研磨球进行球磨，球磨机的转速40化/min,球磨时间为15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜基电接触复合材料，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：铬10％～30％、碳化钨1％～5％，余量为铜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，朱顺新，李国辉，田保红，张毅，宋克兴，国秀花，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41