银碳化钨金刚石复合触头材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种银碳化钨金刚石复合触头材料及其制备方法，包括以下组分：碳化钨粉的平均粒度为0.5‑5μm，质量比为55～80wt％；金刚石粉末的平均粒度为0.1‑10μm，质量比为0.01‑2wt％；钴粉的平均粒度为1‑5μm质量比为：1～4wt％，银为余量。本发明专利技术的银碳化钨金刚石触头材料添加了高熔点、高硬度的金刚石成分，提高了触头材料的抗熔焊性及耐电弧烧损的能力，降低了触头工作时由于熔焊粘连导致分断失败的风险。其制备方法为：将碳化钨粉与金刚石粉以及适量钴粉进行机械研磨；在高温、还原性气氛下将混合粉末进行还原扩散处理；然后将粉末破碎后加入成型剂；再采用常规压制、脱蜡、预烧、熔渗工艺获得致密的银碳化钨金刚石复合材料。

【技术实现步骤摘要】
银碳化钨金刚石复合触头材料及其制备方法
本专利技术涉及电触头材料制造工艺领域，具体是指一种银碳化钨金刚石复合触头材料及其制备方法。
技术介绍
银碳化钨材料由于具有优良的耐电磨损性，较好的抗熔焊性和较低的接触电阻，主要应用于各种较大电流的断路器和接触器等开关装置中。在大中电流下，银碳化钨材料随着通断次数增加接触电阻会逐渐增大，温升也逐渐增高，导致触头的熔焊风险和电弧腐蚀速度也随之不断提高。通过在银碳化钨材料中添加高熔点、高硬度的金刚石组元颗粒可进一步提高触头的抗熔焊性和耐电磨损性，从而提高电器的使用寿命和安全性。银碳化钨材料中，当碳化钨含量＜30wt％％时，材料硬度不高，加工性较好，可以通过固相烧结复压或挤压轧制的方式获得较高的密度，并且这两种工艺都可以较方便的在混粉阶段加入各类添加物以提高材料性能。随着碳化钨含量的增加，材料的硬度不断提高。当碳化钨含量＞50wt％，材料硬度较高，加工性比较差，无法通过挤压方式进行加工，固相烧结复压方式也难以将材料致密化，只有通过液相烧结(熔渗)的方式才能获得高致密度的材料。银碳化钨材料液相烧结的过程，本质上是银溶液填充碳化钨骨架的过程。整个过程要求碳化钨骨架与银熔液有较好的润湿性，并且碳化钨骨架内部必须具有相互连通且各向顺畅的熔渗通道。因此液相烧结对压坯骨架及添加物均有较高的要求，且添加物不能影响到骨架的润湿性和渗透性。金刚石的原子结构导致了它与一般金属液体之间的界面能相对地高于自身的表面能，因此金刚石不为一般金属与合金熔液所浸润。金刚石与银在1000℃时润湿角为120°，两者的润湿性非常差，在碳化钨骨架中添加金刚石后，由于润湿性差，银溶液无法将金刚石浸润，使得金刚石颗粒边缘形成孔洞，骨架无法被银熔液渗透。并且由于金刚石比重较小，加入碳化钨骨架后，熔渗过程中金刚石颗粒会在银熔液里漂浮起来，随着银熔液在碳化钨骨架内流动，在骨架内形成聚集并堵塞熔渗通道，导致熔渗无法顺利进行下去，烧坯内部会因此残留大量未被银熔液填满的孔隙。因此在液相烧结类产品中添加金刚石存在较大难度，限制了材料性能进一步提高。通过检索，中国专利公开号CN100365747C公开一种低压电器用的电触头材料，是一种通过挤压轧制的方式生产的含金刚石的银碳化钨材料，具体加工方式为混粉—等静压—烧结—挤压—轧制。中国专利公开号CN104384512B公开了一种银碳化钨触头材料的制备方法，主要是通过将银粉和碳化钨粉混合后进行球磨处理，球磨后的粉体经干燥、退火、成型、熔渗后获得银碳化钨触头材料的工艺。材料成分为银，碳化钨和镍，材料中不含金刚石成分。中国专利公开号CN110064762A公开一种银碳化钨触头材料的制备方法，主要是通过包覆工艺获得银包裹碳化钨复合粉体，然后将复合粉与银粉进行混合后压制成骨架，与银片一起熔渗后得到银碳化钨触头材料的工艺。具体加工方式为包覆—混粉—烧结—熔渗，材料的碳化钨质量比在40％-90％，材料组成中不含金刚石成分。上述现有技术均未涉及本申请上述所要解决的材料间的润湿性差以及添加物在金属熔液中游离漂浮的问题。因此有必要对此进行改进。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种银碳化钨金刚石复合触头材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是银碳化钨金刚石复合触头材料，其特征在于包括以下组分：碳化钨粉的平均粒度为0.5-5μm，质量比为55～80wt％；金刚石粉末的平均粒度为0.1-10μm，质量比为0.01-2wt％；钴粉的平均粒度为1-5μm质量比为：1～4wt％，银为余量。本专利技术还提供一种如权利要求1所述的银碳化钨金刚石复合触头材料的制备方法，包括以下步骤：(1)粉末混合，碳化钨粉与金刚石粉和钴粉进行混合均匀，得到混合粉；(2)机械研磨：将混合粉进行机械研磨，使得混合粉中弥散分布的钴在碳化钨和金刚石表面进行扩散；(3)还原退火：在还原性气氛下，将步骤(2)处理的混合粉在700-900℃保温烧结2-5小时，对混合粉表面的氧化物薄膜进行还原，使钴在碳化钨和金刚石表面进行扩散，提高粉末结合性，然后将还原后的混合粉进行破碎、过筛；(4)粉末制粒：将步骤(3)处理的混合粉加入制粒机中，加入成型剂进行制粒；(5)成型预烧：将步骤(4)处理的粉进行模压成型，制备具有骨架孔隙率为25～49％的骨架压坯，将骨架压坯在还原性气氛下，通过分段加热脱除成型剂，并进行骨架预烧，该预烧中钴的粘结作用将表面包裹了钴的金刚石颗粒跟碳化钨颗粒烧结成为整体骨架；(6)骨架熔渗：在还原性气氛下，将预烧好的骨架压坯与银片叠放进入熔渗炉在1050～1100℃下进行熔渗，冷却出炉后获得银碳化钨金刚石复合触头材料。进一步设置是所述的步骤(1)混粉为装入混料器进行混合，混合时间1～4小时。进一步设置是所述步骤(2)中的机械研磨为将步骤(1)处理的混合粉装入球磨罐，加入合金球，球料比4:1，进行机械研磨处理，研磨时间10-24小时。进一步设置是所述步骤(3)中成型剂为石蜡或硬脂酸，该成型剂的添加量为与碳化钨粉、金刚石粉和钴粉的混合粉料的质量比例为1～5％。进一步设置是所述步骤(4)和(5)中所述的还原性气氛为氢气气氛或氨分解气氛。本专利技术的创新机理和有益效果是：本专利技术主要通过机械研磨的方式对混合粉末进行处理，通过将碳化钨粉、金刚石粉、钴粉进行长时间研磨，让粉末颗粒在机械研磨的过程中反复产生断裂和变形，促进粉末颗粒的进一步细化、成分的均匀化及添加物的弥散分布。在还原性气氛下将粉末进行高温处理，对粉末表面的氧化物薄膜进行还原，使混合粉中弥散分布的钴在碳化钨和金刚石表面进行扩散，利用钴对碳化钨的粘结作用，提高粉末在后期烧结的结合性，并消除粉末研磨过程中产生的加工应力。处理后的混合粉添加成型剂压制成骨架，在高温下将骨架烧结成为固化的整体，从而避免后续熔渗过程中独立的金刚石颗粒在银熔液中漂浮移动，堵塞通道。金刚石颗粒也因为表面包覆了钴而大大改善了与银的润湿性，从而使银熔液能够顺利填充整个骨架，最终得到高致密度的银碳化钨金刚石复合材料。本专利技术能够实现用液相烧结工艺制备高致密度的银碳化钨金刚石材料，解决添加金刚石成分后熔渗触头内部孔隙度高的问题，全面提高触头材料的抗熔焊性和耐电磨损性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。图1本专利技术实施例一所制备的银碳化钨金刚石复合电触头材料的断面扫描图；图2本专利技术实施例一所制备的银碳化钨金刚石复合电触头材料的金相放大(1000x)图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种银碳化钨金刚石复合触头材料，其特征在于包括以下组分：/n碳化钨粉的平均粒度为0.5-5μm，质量比为55～80wt％；/n金刚石粉末的平均粒度为0.1-10μm，质量比为0.01-2wt％；/n钴粉的平均粒度为1-5μm质量比为：1～4wt％，/n银为余量。/n

【技术特征摘要】
1.一种银碳化钨金刚石复合触头材料，其特征在于包括以下组分：
碳化钨粉的平均粒度为0.5-5μm，质量比为55～80wt％；
金刚石粉末的平均粒度为0.1-10μm，质量比为0.01-2wt％；
钴粉的平均粒度为1-5μm质量比为：1～4wt％，
银为余量。


2.一种如权利要求1所述的银碳化钨金刚石复合触头材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)粉末混合，碳化钨粉与金刚石粉和钴粉进行混合均匀，得到混合粉；
(2)机械研磨：将混合粉进行机械研磨，使得混合粉中弥散分布的钴在碳化钨和金刚石表面进行扩散；
(3)还原退火：在还原性气氛下，将步骤(2)处理的混合粉在700-900℃保温烧结2-5小时，对混合粉表面的氧化物薄膜进行还原，使钴在碳化钨和金刚石表面进行扩散，提高粉末结合性，然后将还原后的混合粉进行破碎、过筛；
(4)粉末制粒：将步骤(3)处理的混合粉加入制粒机中，加入成型剂进行制粒；
(5)成型预烧：将步骤(4)处理的粉进行模压成型，制备具有骨架孔隙率为25～49％的骨架压坯，将骨架压坯在还原性气氛下，通过分段加热脱除成型剂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰岚，宋振阳，孔欣，赵阿强，崔永刚，王达武，陈松扬，
申请(专利权)人：福达合金材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33