一种用于电接触材料银铜扩散涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于电接触材料银铜扩散涂层的制备方法；包括在基底上间隔镀铜、镀银，得到铜银复合镀层；其中铜层厚度为1‑50μm，银层厚度为0.1‑20μm；将所述铜银复合镀层置于真空炉或者保护气氛炉中，以升温速率5‑20℃/min升温至450‑750℃进行热处理6‑24小时，即得所述银铜扩散层。本发明专利技术提出了多层电沉积辅助合金扩渗制备银铜电接触材料的设计方法，通过设计沉积银层及铜层的排布及热处理扩渗工艺，分别获得具有银、铜元素成分均匀分布或者银、铜元素成分呈梯度分布的典型组织结构的银铜扩渗涂层，其中成分梯度分布涂层具有腐蚀电势梯度分布的特点，可以降低由于表面涂层破损而引起的电偶加速腐蚀风险。

A Method for Preparing Silver-Copper Diffusion Coating for Electrical Contact Materials

The invention discloses a preparation method of silver-copper diffusion coating for electric contact material, which includes copper plating and silver plating at intervals on the substrate to obtain copper-silver composite coating, in which the thickness of copper layer is 1_50 micron and the thickness of silver layer is 0.1_20 micron; and the copper-silver composite coating is placed in a vacuum furnace or a protective atmosphere furnace to be heat treated at a heating rate of 5_20 C/min to 450_0 C for 6_ The silver-copper diffusion layer can be obtained within 24 hours. The invention proposes a design method for preparing silver-copper electrical contact material by multi-layer electrodeposition assisted alloy diffusion. By designing the arrangement of deposited silver layer and copper layer and heat treatment diffusion process, typical silver-copper diffusion coatings with uniform distribution of silver and copper elements or gradient distribution of silver and copper elements are obtained respectively. The gradient distribution coatings have corrosive electrolysis. The characteristics of potential gradient distribution can reduce the risk of galvanic accelerated corrosion caused by surface coating damage.

【技术实现步骤摘要】
一种用于电接触材料银铜扩散涂层的制备方法
本专利技术涉及一种用于电接触材料银铜扩散涂层的制备方法。
技术介绍
电接触材料是制备电力、电器电路中通、断控制及负载电流电器(如开关、继电器、起动器及仪器仪表等)的关键材料。电接触材料的性能、质量及寿命直接关系到设备运行的可靠性。由于工况状态及服役环境的不同，如接触压力、工作电压、电流大小、分断寿命、湿热、盐分等对现有的电接触材料提出了更高的要求。综合来讲，电接触材料需具备较高的导电和导热性、高化学稳定性、低而稳定的接触电阻、高抗熔焊性和高抗电弧侵蚀等性能。贵金属基电接触材料由于兼具上述性能，一直被认为是理想的电接触材料，尤其在接通和断开装置中表现出优异的综合性能，因此在许多电接触应用领域都选择其作为触点材料，也是现阶段应用最广泛的电接触材料。规模应用的贵金属电接触材料主要分为四类：金基电接触材料、银基电接触材料、铂基电接触材料和钯基电接触材料。其中由于金属银相对价格低廉，拥有良好的抗熔焊性、抗电弧侵蚀性以及导电性，已经在贵金属电接触材料中得到了优先而快速的发展，广泛用于各种轻重负荷的高低压电器、家用电器、汽车电器、航空航天电器，特别是断路器和接触器这些量大面广的电器几乎全部采用银基电接触材料，如AgCdO电接触材料，其因耐电弧、抗熔焊、稳定的较低的接触电阻被称为万能触点材料，但Cd是重金属，对人体和环境有害，为了环保的需求，电接触材料必朝着代替Cd的环境友好型方向发展。其他银基材料如AgSnO2、AgZnO等，由于第二相粒子的添加，可以显著提高材料的耐磨性和硬度，但由于第二相粒子造成晶界偏析，晶粒团聚等现象，使得材料的耐腐蚀性急剧下降，给材料的应用造成很大的阻碍。此外由于银的储量有限，价格昂贵，寻找代替银的新型电接触材料，降低银的用量显得格外有应用意义。所以人们又开发了铜基材料，铜的力学性能和导电性接近于银，但储量比银丰富的多，是替代银的理想材料。但铜的抗腐蚀能力差，容易在工况条件下被氧化失效，所以提高铜的抗氧化性，同时不降低其导电性，是电接触材料研究的重点。传统的铜基电接触材料的设计思路仍然与银基电接触材料类似，采用粉末冶金法或者合金内氧化法添加第二相粒子。粉末冶金法通过添加第二相粒子增强以提高材料的抗熔焊性以及耐磨性，但超细第二相粒子易于团聚，陶瓷相与基体结合力差，在一定程度上限制了铜基电接触材料的应用。合金内氧化法则容易造成境界偏析，使得材料成分不均匀，脆性增大。金属铜拥有良好的导电性，但纯铜的抗拉强度低，耐磨性差，在空气中容易被氧化形成不导电的氧化铜，而使得触点失效。通过合金的固溶强化，可以增强铜的强硬度和耐磨性，但新的原子导致晶格畸变加大，对电子的散射增大，使得电导率下降。因此固溶强化对于铜的导电性和强度是矛盾的。但在各种合金元素中，银原子对铜的导电性影响最小，但高强度的铜银合金仍然意味着更小的晶粒，更多的晶界和晶体缺陷，同样会破坏晶格的对称性，降低其电导率。对电接触材料而言，提高铜基材料的强硬度、耐磨性和耐腐蚀性，降低贵金属银的用量，仍然具有很大的现实意义。现有的铜银合金中，银的添加量在1％以下，银的掺杂可以显著提高铜线的抗拉强度，且电导率可以保持在90％IACS以上，适用于导线材料。随着银含量的增高，铜银合金的抗拉强度和硬度显著提高，但电导率下降严重，不适用于导电材料。电接触材料的失效往往源于表面，如典型的手机、电脑等3C产品的插接口，由于表层银电接触材料的磨蚀或腐蚀破损，极易引起漏电、发热等现象，造成电器损坏甚至发生爆炸及火灾。湿热、盐分环境下的接触腐蚀、磨蚀等对电接触材料的失效及寿命影响已经成为该类电接触材料研究的重点。
技术实现思路
针对上述现有银基电接触材料在湿热、盐分等环境下的接触腐蚀、磨蚀性能差的技术缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于电接触材料银铜扩散涂层的制备方法。区别于现有银基或铜基电接触材料制备方法，本专利技术提出了多层电沉积辅助合金扩渗制备银铜电接触材料的设计方法，经过表面合金扩散强化提高现有电接触插接件的磨损腐蚀性能，同时兼具优异的导电、导热及耐磨性能。本专利技术所设计的银铜扩渗涂层，可以通过设计沉积银层及铜层的排布及热处理扩渗工艺，分别获得具有银、铜元素成分均匀分布或者银、铜元素成分呈梯度分布的典型组织结构，其中成分梯度分布涂层具有腐蚀电势梯度分布的特点，可以降低由于表面涂层破损而引起的电偶加速腐蚀风险。相对于现有整体电接触材料的加工制备方法而言，合金化涂层的方法可以显著降低金属银的用量，减少材料成本。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种用于电接触材料银铜扩散层的制备方法，所述方法包括如下步骤：S1、在基底上间隔镀铜、镀银，或间隔镀银、镀铜，得到铜银复合镀层；所述铜银复合镀层中铜层厚度为1-50μm，银层厚度为0.1-20μm；S2、将所述铜银复合镀层置于真空炉或者保护气氛炉中，以升温速率5-20℃/min升温至450-800℃进行热处理6-24小时，即得所述银铜扩散层。本专利技术中扩散层铜银浓度梯度分布，电势梯度降低，外层富银层可以提供良好的防腐蚀能力，经过热处理扩散，还可以提高镀层硬度、耐磨性。通过该方法，不仅可以降低电接触材料中银的用量，还可以提高铜材料的耐磨性和防腐蚀性。优选的，所述铜银复合镀层为Cu/Ag间隔设置的双层或多层镀层，或为Ag/Cu间隔设置的双层或多层镀层。优选的，所述铜银复合镀层为Cu/Ag的双层镀层，其中铜层厚度为5-50μm，银层厚度为2-20μm；所述热处理温度为550-800℃，热处理时间为12-24小时。优选的，所述铜层厚度为10-35μm，银层厚度为5-15μm；所述热处理温度为600-750℃。优选的，所述铜银复合镀层为Ag/Cu/Ag的三层镀层，其中铜层厚度为2-10μm，银层厚度为0.1-2μm，热处理温度为500-650℃，热处理时间为6-24小时。优选的，所述铜银复合镀层为Ag/Cu/Ag/Cu/Ag/Cu/Ag/Cu/Ag/Cu/Ag镀层，其中，铜层厚度为1-5μm，银层厚度为0.1-1μm，热处理温度为550-650℃，热处理时间为6-24小时。优选的，所述镀铜采用次亚磷酸钠化学镀、醛类有机物化学镀、硫酸盐镀铜或焦磷酸盐镀铜。优选的，所述镀银采用乙二胺化学镀银或者碘化银电镀镀银。优选的，所述基底为铜基体。在铜基体上通过施镀铜银镀层，经热处理，可以明显提高材料的耐腐蚀性，耐磨性及硬度，且不明显降低材料导电性。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术电镀得到的镀层晶粒细小，内应力较大，通过热处理，可以消除内应力，同时，银铜在高温下互扩散，在材料表面形成一层铜银浓度梯度变化的铜银合金。2、通过固溶强化，材料的强度得以增大；对一般金属而言，合金的固溶强化使得材料内部缺陷增多，导电性下降，但在铜中添加银是对其本身导电性影响最小，通过本专利技术的方法制备的铜银薄膜，一方面由于固溶强化拥有良好的强硬度，另一方面也拥有良好的导电性。3、由于暴露于空气中的是富银面，银有良好的抗氧化能力，可以提高材料的抗腐蚀性，同时表层铜银浓度梯度分布，使得电势差梯度下降，也降低了由于表面破损造成电偶腐蚀的风险，是用于电接触材料的理想材料。4、本专利技术通过设计银层及铜层的排布、厚度以及热处理工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电接触材料银铜扩散层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、在基底上间隔镀铜、镀银，或间隔镀银、镀铜，得到铜银复合镀层；所述铜银复合镀层中铜层厚度均为1‑50μm，银层厚度均为0.1‑20μm；S2、所述铜银复合镀层置于真空炉或者保护气氛炉中，以升温速率5‑20℃/min升温至450‑800℃进行热处理6‑24小时，即得所述银铜扩散层。

【技术特征摘要】
1.一种用于电接触材料银铜扩散层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、在基底上间隔镀铜、镀银，或间隔镀银、镀铜，得到铜银复合镀层；所述铜银复合镀层中铜层厚度均为1-50μm，银层厚度均为0.1-20μm；S2、所述铜银复合镀层置于真空炉或者保护气氛炉中，以升温速率5-20℃/min升温至450-800℃进行热处理6-24小时，即得所述银铜扩散层。2.如权利要求1所述的用于电接触材料银铜扩散层的制备方法，其特征在于，所述铜银复合镀层为Cu/Ag间隔设置的双层或多层镀层，或为Ag/Cu间隔设置的双层或多层镀层。3.如权利要求1所述的用于电接触材料银铜扩散层的制备方法，其特征在于，所述铜银复合镀层为Cu/Ag的双层镀层，其中铜层厚度为5-50μm，银层厚度为2-20μm，；所述热处理温度为550-800℃，热处理时间为12-24小时。4.如权利要求3所述的用于电接触材料银铜扩散层的制备方法，其特征在于，所述铜层厚度为10-35μm，银层厚度为5-15μm；所述热...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，曹林林，周潼，沈彬，胡文彬，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31