一种弱电铜基电触头复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铜基电触头复合材料，特别涉及一种用于低压电器开关的弱电铜基电触头复合材料，以及上述复合材料的制备方法。该复合材料，是由以下重量配比的材料组成：０．５－４％铋，０．５－４％ＴｉＡｌ金属间化合物，０．０５－０．６％稀土材料，其余为铜及其它不可避免的杂质。其制备方法为：球磨混粉；冷压成型；烧结；二次压制；二次烧结。本发明专利技术的复合材料，抗熔焊性能强，灭弧性能和耐氧化性好，导电性与银基电触头复合材料相近，耐磨性能优于原含碳化硼铜基和银基电触头复合材料，是低压开关中使用的银合金电触头的廉价替代品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铜基电触头复合材料，特别涉及一种用于低压电器开关的弱电铜基 电触头复合材料，以及上述复合材料的制备方法。二
技术介绍
弱电触头材料是仪器仪表的关键部件，对仪器仪表的寿命和工作可靠性起着重要作 用。为了保证弱电触头工作可靠性，国内外普遍采用贵金属银及其合金材料。近年来为 了减少银金属的损耗，人们不断寻求新的节银的技术途径。根据银与铜的物理化学性质， 铜的电和导热性质上与银最相近，所以，作为导电材料，铜是替代银的最合适的金属。 但是铜作为电触头材料的主要障碍在于铜基材料表面容易氧化，且其氧化物(Cu0和 CU20)具有很低的电导率，急剧增大了元件的接触电阻，使材料在使用中容易发热，直 接影响电接触开关的工作可靠性，使铜及一般的铜合金难于作为触头材料应用。即使在 铜合金中再添加某些抗氧化性改性元素(例如石墨碳元素)也不能很好的防止表面氧化 膜的产生，目前已有的铜-石墨合金电触头，因存在电接触表面的氧化问题，所以仅在真 空开关控制电路中铜基触头得到推广使用。另外，在现在的银触头中主要添加金属镉作 为低熔点组元，以提高抗熔焊性等性能，但镉组元有很大的毒性，应当避免使用。公开号为CN1667768中国专利，公开了一种铜基电触头复合材料及其制备方法， 其组成为锡0.1-5%，碳化硼0.1-5%，富镧或富铈混合稀土 0.05-2%，其余为铜。上述 材料虽然具有良好的导电性、抗熔焊性能和抗氧化性，但其耐磨性和导电性还有待提高， 影响了电触头的使用性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种价格低廉、资源丰富、导电率高、接触电阻低且稳定、 抗熔焊性能佳、抗氧化性能及力学性能良好，特别是具有较好耐磨性的弱电铜基电触头 复合材料。本专利技术的另一目的在于提供上述复合材料的制备方法。 本专利技术是通过以下措施来实现的本专利技术的一种弱电铜基电触头复合材料，是由以下重量配比的材料组成0.5—4%铋， 0. 5—4%TiAl金属间化合物，0. 05—0. 6%稀土材料，其余为铜及其它不可避免的杂质。上述本专利技术的复合材料，所述材料的优选组成为2%铋、2%TiAl金属问化合物、0.4% 稀土材料，其余为铜及其它不可避免的杂质。上述本专利技术的复合材料，所述的稀土材料优选为富镧或富铈混合稀匕材料。 上述本专利技术复合材料的制备方法，采用以下歩骤(1) 将铜、铋、稀土材料、TiAl金属间化合物制成粒度为200—400目的细粉，再 进行球磨混粉，球磨时间为0. 5-6小时，球磨所用料球为6誦和8隱轴承钢球，球料比为15: 1;球磨优选采用高能行星式球磨机；(2) 将混合均匀的粉末冷压成型，压强为500—900MPa，保压时间为1一10分钟；(3) 将冷压成型件在氩气体保护下烧结，烧结温度为750—95(TC，保温时间为2一5小时；优选为烧结温度为900'C，保温时间为3小时；(4) 对试件进行二次压制，压强为600—1000MPa，保压时间为l一 10分钟；(5) 试件再进行二次烧结，试样在氩气保护下烧结，烧结温度为65()—85(TC，保温 时间为2-5小时，制备成铜基电触头材料坯件。本专利技术选用铜作为基体，铜与银比较价格低廉，且资源较丰富，其导电导热性、抗 熔焊性、电流蚀及摩擦特性均可与银媲美，能满足电触头材料基体的要求。并采用低熔 点金属铋替代金属镉，考虑到触头材料力学、综合电性能等要求，在铜基体中依次添加 TiAl金属间化合物、稀土元素以提高材料的抗熔焊性能、电性能、抗氧化性能，自润滑 性能及耐磨性。加入金属间化合物的主要目的是金属间化合物本身具有较好的力学性能 及导电性能，可以在增强复合材料力学性能和改善电接触性能的同时，保持复合材料具 有良好的导电性能。该种铜基电触头复合材料主要应用于中低负载的电源开关，继电器、直流接触器、 空气开关等低压电器中。本专利技术的复合材料，抗熔焊性能强，灭弧性能和耐氧化性好，导电性与银基电触头 复合材料相近，耐磨性能优于原含碳化硼铜基和银基电触头复合材料，是低压开关中使 用的银合金电触头的廉价替代品。四具体实施方式 实施例1本发吸实施例材料的组成配比为95.92%铜、2%铋、2%TiAl金属间化合物、0. 08°/0 富镧混合稀土。按照组成配比和制备工艺步骤，将粒度均小于或等于200目的重量比满足上述配比 的铜粉、铋粉、金属间化合物和富镧混合稀土粉进行高能球磨混粉，设备选用高能行星 式球磨机，球磨时间为L5小时，球料比为15: 1。混合均匀后利用油压机压制成型，压制压力为700MPa,保压吋间为5分钟。将试样放入高温电阻炉中进行烧结，烧结温度 为90(TC，保温时间为3小时，烧结过程中同入氩气进行气体保护。烧结完后对试样进 行二次压制，压制压力为％0 MPa,保压时间为3分钟，压制完成后放入高温电阻炉进 行二次烧结，烧结温度为80(TC，保温时间为3小时，烧结过程通入氩气进行气体保护。 经以上工艺过程，制成铜基电触头复合材料。本材料基本性能①密度8.31 (g/cm3);②电阻率2. 90 ( y Q. cm)③硬度60 (HB);④150。C大气环境条件下的氧化增重0. 14 mg/g. day(纯铜的为3. 6 mg/g. day)。实施例2本专利技术实施例材料的组成配比为94.4%铜、4%铋、l%TiAl金属间化合物、0.6%富 镧混合稀土。采用以下步骤制备(1) 将铜、铋、富镧混合稀土、 TiAl金属间化合物磨成粒度为200—400目的细粉， 再进行球磨混粉，球磨时间为5小时，球磨所用料球为6ram和8mm轴承钢球，球料比为15: 1;(2) 将混合均匀的粉末冷压成型，压强为850MPa，保压时间为5分钟；(3) 将冷压成型件在氩气体保护下烧结，烧结温度为85(TC，保温时间为5小时；(4) 对试件进行二次压制，压强为1000MPa，保压时间为7分钟；(5) 试件再进行二次烧结，试样在氩气保护下烧结，烧结温度为750°C，保温时间为3小时，制备成铜基电触头材料坯件。本材料基本性能①密度8.20 (g/cm3);②电阻率1.9 (y Q.cm)③硬度63 (HB);④150。C大气环境条件下的氧化增重0. 08mg/g, day(纯铜的为3. 6 mg/g. day)。实施例3本专利技术实施例材料的组成配比为94.8%铜、1%铋、4OTiAl金属间化合物、0. 2°/。富 铈混合稀土。采用以下步骤制备(1) 将铜、铋、富铈混合稀土、 TiAl金属间化合物磨成粒度为200—400目的细粉， 再进行球磨混粉，球磨时间为4小时，设备选用高能行星式球磨机，球磨所用料球为6mm 和8腿轴承钢球，球料比为15: 1;(2) 将混合均匀的粉末冷压成型，压强为600MPa，保压时间为10分钟；(3) 将冷压成型件在氩气体保护下烧结，烧结温度为90(TC，保温时间为3小时；(4) 对试件进行二次压制，压强为800MPa，保压时间为3分钟；(5)试件再进行二次烧结，试样在氩气保护下烧结，烧结温度为75(rc，保温时间为3小时，制备成铜基电触头材料坯件。本材料基本性能①密度8.25 (g/cm3);②电阻率2.1 ( u Q. an)③硬度 58 (HB);④150。C大气环境条件下的氧化增重0. 10mg/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弱电铜基电触头复合材料料，其特征是由以下重量配比的材料组成：０．５－４％铋，０．５－４％ＴｉＡｌ金属间化合物，０．０５－０．８％稀土材料，其余为铜及其它不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1一种弱电铜基电触头复合材料料，其特征是由以下重量配比的材料组成0.5-4％铋，0.5-4％TiAl金属间化合物，0.05-0.8％稀土材料，其余为铜及其它不可避免的杂质。2. 根据权利要求1所述的复合材料，其特征是所述材料的组成为铋2%、 TiA] 金属间化合物2%、稀土材料0.4%，其余为铜及其它不可避免的杂质。3. 根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征是所述的稀土材料为富镧或富 铈混合稀土材料。4. 一种权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征是采用以下步骤(1) 将铜、铋、稀土材料、TiAl金属间化合物制成粒度为200—400目的细粉， 再进行球磨混粉，球磨时间为0. 5-6小时，球磨所用料球...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿浩然，郭忠全，刘玲，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]