铜基新型电接触材料电性能分析

【６１曹曙光．谢明．陈力．等．稀土元素在银氧化锡触头材料中作 用的研究【Ｊ】．贵金属．２００５．２６（１）：１９—２０．
铜基新型电接触材料电性能分析
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作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)：
崔浩， 谢明， 杨有才， 陈永泰， 刘满门， 张勇甲， 刘捷， CUI Hao， XIE Ming， YANG You-cai， CHEN Yong-tai， LIU Man-men， ZHANG Yong-jia， LIU Jie 昆明贵金属研究所,昆明,650106
３结果及讨论 ３．１材料转移及接触电阻变化
图１、２分别为熔铸法和粉末冶金法制备的铆钉 的宏观电侵蚀形貌。由图可见，阳极铆钉出现凹坑， 阴极铆钉有凸起，因此确定材料转移方向均为阳极 转向阴极。表ｌ为ＣｕＮｉｌＺｒｏ．３Ｙ０２及ＣｕＮｉｌＺｒｏ ３Ｙｏ．２ （ＰＭ）合金材料的质量变化数据，由表１可见，粉末 冶金方法制备的样品经电接触实验后，总质节损耗 较大，而熔铸方法制备的样品总质最损耗相对较 小。这可能是因为粉末冶金成型工艺过程压力不 够，导致材料中存在孔隙，使材料的裂纹增多，增加 了脱落几率。通过与ＡｇＳｎ０２Ｉｎ２（）３、ＡｇＭｇＮｉ触头材 料进行对比，可以看到新型铜基合金材料转移相对
基金项目：云南省自然科学蘸金项日（２０１）ＳＥ００３８Ｑ） 作者简介：崔浩（１９８１一）．男．硕士．辽宁阜新人．研究方向：粉体材 料。 收稿日期：２００９一０６一０２
万方数据
２实验 ２．１合金粉末制备
将９９．９５％的纯铜和９９．９％的纯镍放入巾频感 应炉中熔炼，待完全熔化后加入已制备好的（＇ｕＺｒ 和ＣｕＹ中间合金进行精炼，精炼后的合金液保持一 定时间后，采用“惰性气体雾化＋转懿旋转离心雾化 ＋水冷”的方式制备ＣｕＮｉ。Ｚｒ¨Ｙ¨合金粉末。
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法制备的样品成分分布均匀，但灭弧能力较弱，氧化 严重，接触电阻较高。
（４）熔铸法制备的ＣｕＮｉ。Ｚｒ。．，Ｙｏ．２合金触头元 件经过ＤＣｌ８ Ｖ，２０ Ａ。循环１０ ０００次考核，电学性 能指标良好。可以代替ＡｇＳｎＯ：Ｉｎ２０，材料应用于低 压电器中。
４结论 （１）ＣｕＮｉ，Ｚｒ。３Ｙ０２铜基新型触头元件的材料转
总的质艟
窒！量：塑璺
—０．０５ ．ｏ．２３ ＋ｆ）．０５ －０．０３
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崔浩等：铜基新型电接触材料电性能分析
电工材料２００９ Ｎｏ．３
ａ 盛 脚
曩 鲻
操作次数
图３不同方法制造的ＣｕＮｉ Ｉｚｒ．．Ⅳ¨的 接触电阻随操作次数的变化
为电接触过程中氧化物多转移至阴极，使熔池内液 体粘度增加所致；粉末冶金方法得到的材料孔隙较 多，有明显的裂纹（见图２（ｂ）），熔化的金属液层铺 面积相对较小，边缘可以见到浆糊状尖峰，这说明熔 液有一定的粘度，且阴极阳极形貌差别相对较小，阳 极主要呈层铺状，阴极则有一定的高低起伏。裂纹 的形成主要与材料本身的组织结构和电弧侵蚀的作 用过程有关。裂纹产生和扩展的潜在轨道主要是材 料存在的孔洞、疏松微区、晶界或相界面等处的薄弱 环节．同时也与由于电弧热作用引起的应力大小、方 向有关１４ｌｏ
３．２电弧侵蚀形貌及能谱分析 图４、５分别为熔铸样品和粉末冶金样品的电
侵蚀形貌，表２是该两种方法制备的ＣｕＮｉ，Ｚｒ０３Ｙ。．２ 材料的能谱数据。从图４、５可以发现多种侵蚀形貌 特征并存，例如金属熔化流动、铺开的层状形貌、熔 液在电磁力作用下因喷溅而出现的涡流和液滴、熔 融的Ｃｕ在凝固时释放出气体而形成的孔洞、材料 之间应力原因造成的裂纹、氧化物堆积产生的山谷 状形貌等。比较图４和图５可以发现，熔铸方法得 到的材料阳极表面为层铺状，孔隙较少．未发现裂 纹，有明显的涡流现象，说明溶液粘度较小；阴极则 为山丘状形貌，结合表２的能谱数据。说明这是因
表２不同方法制备的ＣｕＮｉ ｌｚ ｒｏ．３Ｙ ｏ．２材料能谱数据
通过对样品进行扫描电镜检测，没有发觋第二 相颗粒存在。对材料的熔池部分进行区域元素分 析，也没有发现Ｚｒ和Ｙ的存在，这可能是凶为样品 中只添加了Ｏ．３％的Ｚｒ和０．２％的Ｙ，而仪器的精
（ａ）阳极
图４熔铸法ＣｕＮｉ｜ｚｒ．Ｊ．．２的微观侵蚀形貌
（上接第７页）
图６ ８００℃下常压氧化６ｈ的不同体系Ａｇ．ｓｎ系合金粉压坯组织
氧化时能降低Ｓｎ０２的团聚现象，添加Ｌａ的Ａｇ—Ｓｎ 合金粉末的氧化物弥散均匀分布在银基体上。添加 Ｓｂ的Ａｇ．Ｓｎ合金粉末的氧化物主要聚集在粉末的 颗粒边界上。因此Ｌａ作为一种ＡｇＳｎＯ：电触头材 料的添加元素有很大的应用前途，Ｌａ能使氧化物的 分布更均匀，从而使材料性能提高。
（ａ）阳极
．
图１熔铸法ＣｕＮｉ。Ｚｒ．疆．。的宏观侵蚀形貌
（ｂ）阴极
（ａ）阳极
（ｂ）阴极
图２粉末冶金法制备ＣｕＮｉ ｌｚｒ．爿¨的宏观侵蚀形貌
不大，尤其是熔铸态ＣｕＮｉ。Ｚｒ。．，Ｙ。．：合金的总质量 损耗与ＡｇＳｎ０２Ｉｎｐ３、ＡｇＭｇＮｉ材料相当。
网３为熔铸法和粉末冶金法制备的Ｃｕ． Ｎｉ。Ｚｒ０３Ｙ。．２电接触材料的接触电阻随操作次数的 变化曲线。由图３可见，粉末冶金方法得到的Ｃｕ— Ｎｉ。Ｚｒ０３Ｙ。．２材料的接触电阻较高，且不稳定。这是 由于粉末冶金方法得到的ＣｕＮｉ。Ｚｒ。３Ｙ们材料的析 出相更为细小，灭弧能力较弱，使得基体被氧化程
１引言 低压电器用电触头大都是由含８０％～９０％白
银的复合材料制成ｕｊ银资源的２５％～３０％被用于 制造电上和电子仪器所需要的触头元器件１２１０有限 的贵金属资源经过多年的开采和应用，目前正日趋 贫乏．价格逐年七升，为了从根本上解决银资源大 骷消耗的问题，降低使用成本。开发廉价金属电接 触材料势在必行。本实验通过向铜基体中加入微馈 元素许采用粉末冶金及熔铸两种方法制备ｒ新型 铜基电接触材料，并对材料的电接触性能进行了较 为深入的研究，目的是实现铜基电接触材料在低压 电器领域对贵金属银合金的替代。
２．２工艺流程 粉末冶金方法上艺流程：
中间合金制备一熔炼一急冷雾化制粉 一粉末退火一冷等睁压一烧结一复甩 一复烧一再压一再烧一挤压一车削 ■一轧制一拉拔一铆钉制备一电接触实验。
熔铸方法工艺流程：
中间合金制备一熔炼一浇铸一车削
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一轧制一拉拔一铆钉墩制一电接触实验。
（４）不同添加物及不同成分含量对Ａｇ．Ｓｎ系合 金电触头材料的组织、性能等的影响。将通过后续 的压制、烧结、热锻、片材制备等实验进一步探讨。
参考文献： 万方数据
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Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｏｐｐｅｒ—ｂａｓｅｄ
Ｎｅｗ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｍａｔｅｒｉａｌ
ＣＵＩ Ｈａｏ。ＸＩＥ Ｍｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｙｏｕ·ｃａｉ，ＣＨＥＮ Ｙｏｎｇ—ｔａｉ， ＬＩＵ Ｍａｎ·ｍｅｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇ－ｊｉａ。ＬＩＵ Ｊｉｅ
（ｂ）阴极
万方数据
（ａ）阳极
（ｂ）阴极 图５粉末冶金法制备ＣｕＮｉ ｌｚｒ．Ｊ¨的微观侵蚀形貌
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ｌｌ
度仅为０．５％所致。通过对表２中０含量分析可知， 粉末冶金样品发生了严重氧化，另外粉末冶金样品 阴极和阳极成分均匀。没有偏聚现象发生，而熔铸 样品中Ｎｉ向阳极偏聚，０则集中在阴极，说明材料 产生了金属相电弧，含Ｎｉ的析出相优先被腐蚀，保 证了基体相的稳定性。
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铆钉的墩制在ＹＥＣ一１６复合触头自动机上进 行。将乒１．３６ ｍｍ的半软态丝材镦制成外形尺寸为 声３．０ ｘ ０．８Ｒ（０．４） ＋１．５×１．４和｛５３．０×０．８＋ １．５×１．４的触头，分别用作动触头和静触头。电接 触试验在昆明贵研金峰公司研制的触点试验机上 进行，试验参数为ＤＣｌ８ Ｖ，２０ Ａ，阻性负载，间距 １．５ ｍｍ，闭合压力６０ ｃＮ，接触频率６０次／分，操作 方式为分断十闭合，操作次数１０ ０００次。电弧侵蚀 形貌和能谱分析在昆明理工大学新材料制备与加 工重点实验室的飞利浦ＸＩ．３０ ＥＳＥＭ—ＴＭＰ扫描 电镜和美国ＥＤＡＸ公司的“ｐｈｏｅｎｉｘ＋ＯＩＭ”一体化 能谱仪下观察测定。
移为阴极向阳极的转移，材料转移较小。 （２）ＣｕＮｉ。Ｚｒ。．３Ｙ０２铜基新型触头元件电弧侵蚀
过程复杂。多种侵蚀形貌特征并存。 （３）熔铸法制备的样品材料损耗相对较小。接
触电阻低而稳定，抗电弧侵蚀性能良好；粉末冶金
参考文献：
【１】王岩．崔玉胜．邵文柱．等．国内铜基电接触材料专利综述【Ｊ】 低压电器．２００３（４）：３—６．
万方数据ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
度加重，从而导致接触电阻上升ｐＪｏ
表１触头材料的质量变化
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