CN102051496B - 一种银碳化钨石墨触头材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种银碳化钨石墨电触头材料及其制备方法。电触头材料的主体成分包括：碳化钨-碳化锆固溶体11%-14%，石墨2%-6%，添加剂0.3%~0.6%，余量为银；其中，所述的添加元素为以下元素中的一种或几种组合：Ti、Co、Cr。所述的碳化钨与碳化锆以固溶体形式加入，其中碳化钨与碳化锆之比为（6：4）~（9：1）。本发明与传统的银碳化钨石墨电触头相比，这种电触头材料具有更高的抗熔焊性、耐电弧烧损性及高温抗氧化性。采用该电触头材料的低压电器具有较低接触电阻、较高的电寿命和高可靠性。因此这种高可靠性的新型电触头材料更适合应用在各种不同的塑壳式断路器、小型高分断路器和交流接触器上。
Description
技术领域
本发明属于电触头材料，具体是指一种具有高温抗氧化性、抗熔焊性以及耐电弧烧损性高的银碳化钨石墨电触头材料及其制备方法。
背景技术
电触头是低压电器中的核心组成部分，在各类控制开关中承担接通和断开电路的任务，在军事、航空航天与工业控制等领域被广泛应用。银基触头材料的电器性能对各类电控系统的长寿命与高可靠性有着至关重要的影响。
银-碳化钨-碳系电触头材料作为替换传统的AgC5的新一代触头材料，具有优异的抗熔焊性，广泛地用于自动开关，大容量断路器、塑壳断路器以及其他一些开关器上，Ag-WC-C系电触头主要利用了Ag的良好导电、导热性，WC的高熔点、高硬度和耐磨性好的特点，可经受强烈的电弧腐蚀，具有良好的抗熔焊性及耐磨蚀，同时达到了节银的效果。
目前，银-碳化钨-碳系电触头材料中采用AgWC12C3与AgW50配对常作为断路器的非对称合理配对触头。但含WC材料的电触头一个主要缺点是抗氧化性差。AgWC12C3电触头在使用过程中由于电弧的作用，触头表面氧化会形成钨的氧化物或钨酸盐的表面膜，这种膜不导电，使得接触电阻剧增，严重者可达初始值的十倍以上。因此现有的银碳化钨石墨触头材料存在在抗氧化性、抗熔焊性以及耐电弧烧损性较差的缺陷，整体性能不够稳定，限制了该触头材料的应用领域，难以满足第四代低压电器的高可靠性及电磁兼容要求较高的要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种具有高温抗氧化性、抗熔焊性以及耐电弧烧损性高的银碳化钨石墨触头材料。
本发明的另一个目的是提供了一种银碳化钨石墨触头材料的制备方法。
为实现本发明的第一个目的，本发明的技术方案是
碳化钨-碳化锆固溶体11%-14%，石墨2%-6%，添加剂 0.3%~0.8%，余量为银；其中所述的添加元素为以下元素中的一种或几种组合：Ti、Co、Cr。所述的碳化钨与碳化锆以固溶体形式加入，其中碳化钨与碳化锆之比为（6∶4）~（9∶1）。
为实现本发明的另一个目的，本发明的技术方案是包括以下步骤
（1）将碳化钨-碳化锆固溶体与石墨、添加元素、银粉按比例进行混合，混粉方式为干混或湿混中的一种。混粉时间为：4~7小时，球料比为：(1∶1)~(5∶1)；
（2）将混合粉在保护气氛中进行制粒；该步骤的制粒为在高温烧结炉中进行制粒温度为650~850℃，时间0.5~5小时，保护气氛中进行；
（3）将已制粒的混合粉进行初压得到压坯；该步骤的初压压制压力为50MPa~200Mpa；
（4）将压坯在保护气氛中进行烧结，该步骤压坯的烧结温度为850~920℃，时间为3~5小时，氢气气氛保护；
（5）将烧结后坯体进行一次复压处理；该步骤烧结坯体的一次复压压力为100~300MPa；
（6）将复压坯体进行退火；该步骤退火温度为550~650℃，时间为2~4小时；
（7）将退火坯体进行二次复压得到最终产品；该步骤二次复压压力为500~700MPa。
本发明在制备银碳化钨石墨触头材料过程中采用了碳化钨-碳化锆固溶体，结合了碳化钨高硬度、高强度和高弹性模量，良好的化学稳定性以其碳化锆优良的高温抗氧化性能。另外，添加元素Ti、Co、Cr在低温形成液态固溶体，改善银与碳化钨-碳化锆的润湿性，增强基体结合强度。这种新型的银碳化钨石墨触头材料具有更高的高温抗氧化性、抗熔焊性和耐电弧烧损性。采用该电触头材料的低压电器具有较低接触电阻、较高的电寿命和高可靠性。因此这种电触头材料更适合应用在各种不同的塑壳式断路器、小型高分断路器和交流接触器上。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。
附图说明
图1 本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
具体实施方式：
实施例1，参照图1，以制备规格为7.5×7.5×2.5mm的AgWC9.6ZrC2.4C3为例。
（1）将Ag粉与碳化钨-碳化锆固溶体、石墨按85∶12∶3的比例，与0.3%Ni、0.7%B进行湿混6小时，球料比为1∶1，真空烘干，在氢气气氛中700℃，4小时进行团化制粒，得到流动性好的混合粉末，其中碳化钨-碳化锆固溶体中碳化钨与碳化锆的比例为8:2；
（2） 将已制粒的混合粉末压制成7.5×7.5×3.5mm 压坯，初压压力为150MPa；
（3） 将压坯在氢气气氛中于880℃，4小时进行烧结；
（4） 将烧结后坯体250MPa的压力进行复压，压坯厚度为2.8mm；
（5） 将复压后坯体在氢气气氛中于500℃，2小时进行退火；
（6） 将已退火的坯体以560MPa的压力进行复压得到7.5×7.5×2.5mm产品；
（7） 将银碳化钨碳化锆石墨触头经过研磨、抛光、烘干处理。
本实例制备的AgWC9.6ZrC2.4C3触点物理性能如下：密度9.69g/cm3、电阻率3.05μΩ.cm、硬度626MPa。
实施例2，以制备规格为6×6×2mm的AgWC9.8ZrC4.2C2为例。
（1）将Ag粉与碳化钨-碳化锆固溶体、石墨按84∶14∶2的比例，与0.4%Cr进行湿混4小时，球料比为3∶1，真空烘干，在氢气气氛中750℃，3小时进行团化制粒，得到流动性好的混合粉末，其中碳化钨-碳化锆固溶体中碳化钨与碳化锆的比例为7∶3；
（2）将已制粒的混合粉末压制成6×6×2.8mm 压坯，初压压力为180MPa.
（3）将压坯在氢气气氛中于900℃，3小时进行烧结；
（4）将烧结后坯体280MPa的压力进行复压，压坯厚度为2.2mm；
（5）将复压后坯体在氢气气氛中于600℃，4小时进行退火；
（6）将已退火的坯体以600MPa的压力进行复压得到6×6×2mm；
（7）将银碳化钨碳化锆石墨触头经过研磨、抛光、烘干处理。
本实例制备的AgWC9.8ZrC4.2C2触点物理性能如下：密度9.76g/cm3、电阻率3.12μΩ.cm、硬度637MPa。
实施例3，以制备规格为11×9×2mm的AgWC10.8ZrC1.2C3为例。
（1）将Ag粉与碳化钨-碳化锆固溶体、石墨按85∶12∶3的比例，与0.3%Ni、0.7%B进行湿混6小时，球料比为1∶1，真空烘干，在氢气气氛中700℃，4小时进行团化制粒，得到流动性好的混合粉末，其中碳化钨-碳化锆固溶体中碳化钨与碳化锆的比例为9:1；
（2）将已制粒的混合粉末压制成11×9×2.8mm 压坯，初压压力为150MPa；
（3）将压坯在氢气气氛中于880℃，4小时进行烧结；
（4）将烧结后坯体250MPa的压力进行复压，压坯厚度为2.2mm；
（5）将复压后坯体在氢气气氛中于500℃，2小时进行退火；
（6）将已退火的坯体以560MPa的压力进行复压得到11×9×2mm产品；
（7）将银碳化钨碳化锆石墨触头经过研磨、抛光、烘干处理。
本实例制备的AgWC10.8ZrC1.2C3触点物理性能如下：密度9.81g/cm3、电阻率2.97μΩ.cm、硬度648MPa。
实施例4，以制备规格为8×5.5×2mm的AgWC8.4ZrC5.6C2为例。
（1）将Ag粉与碳化钨-碳化锆固溶体、石墨按84∶14∶2的比例，与0.4%Cr进行湿混4小时，球料比为3∶1，真空烘干，在氢气气氛中720℃，4小时进行团化制粒，得到流动性好的混合粉末，其中碳化钨-碳化锆固溶体中碳化钨与碳化锆的比例为6∶4；
（2）将已制粒的混合粉末压制成8×5.5×2.8mm 压坯，初压压力为180MPa.
（3）将压坯在氢气气氛中于900℃，3小时进行烧结；
（4）将烧结后坯体280MPa的压力进行复压，压坯厚度为2.2mm；
（5）将复压后坯体在氢气气氛中于600℃，4小时进行退火；
（6）将已退火的坯体以600MPa的压力进行复压得到8×5.5×2mm；
（7）将银碳化钨碳化锆石墨触头经过研磨、抛光、烘干处理。
本实例制备的AgWC9.8ZrC4.2C2触点物理性能如下：密度9.52g/cm3、电阻率3.29μΩ.cm、硬度613MPa。
Claims (3)
1.一种银碳化钨石墨触头材料，其特征在于包括以下组分，以质量分数计：
碳化钨-碳化锆固溶体11%-14%，石墨2%-6%，添加元素 0.3%~0.8%，余量为银；其中，所述的添加元素为以下元素中的一种或几种组合：Ti、Co、B、Cr，其中碳化钨与碳化锆之比为（6：4）~（9：1）。
2.一种制备如权利要求1所述的银碳化钨石墨触头材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将碳化钨-碳化锆固溶体与石墨、添加元素、银粉按比例进行混合，混粉方式为干混或湿混中的一种，其混粉时间为：4~7小时，球料比为：(1：1)~(5：1)；
（2）将混合粉在保护气氛中进行制粒，制粒在高温烧结炉中进行，制粒温度为650~850℃，时间0.5~5小时；
（3）将已制粒的混合粉进行初压得到压坯，初压压制压力为50MPa~200MPa；
（4）将压坯在保护气氛中进行烧结，压坯的烧结温度为850~920℃，时间为3~5小时；
（5）将烧结后坯体进行一次复压处理，其一次复压压力为100~300MPa；
（6）将复压坯体在保护气氛中进行退火，其退火温度为550~650℃，时间为2~4小时；
（7）将退火坯体进行二次复压得到最终产品，其二次复压压力为500~700MPa。
3.根据权利要求2所述的一种银碳化钨石墨触头材料的制备方法，其特征在于：所述的保护气氛为氢气或惰性气体。
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