CN103302126B - 层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法，首先选取贵廉金属组合，经过预处理后，贵金属坯料在挤压轮摩擦力的带动下以半熔融态与廉金属坯料进行复合，获得良好界面结合质量的复合产品经冲制裁切，便得到所需要的电接触元件。本发明通过连续复合挤压实现电接触材料的层状复合，节约贵金属的同时也提高了材料的综合性能，生产出界面结合质量好、尺寸精度高的产品，进一步可实现连续化、短流程、近终成型，是一种制备层状复合电接触材料的新方法。

Description

层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法

技术领域

本发明涉及贵廉金属的层状复合电接触材料制备技术，具体地说，是一种采用连续挤压复合技术复合双层或多层金属材料，生产贵廉异种金属层状复合电接触材料的方法。

背景技术

降低成本是目前电接触材料行业的重要内容。为此，双层或多层复层触头材料因其贵金属用量少、综合性能好、价格便宜成为人们研究的热点。近几年来，英国、日本、德国等国家都大力开展复合技术、复层工艺的研究。目前制造层状复合电接触材料的方法主要有轧制复合、爆炸焊接、冷压复合、扩散焊接、滚焊等。虽然以上复合技术已应用于生产且有各自的优点，但同时不可避免的存在一些缺点，如轧制复合材料在制备过程中容易弯曲而影响结合界面质量；爆炸复合材料的结合界面易呈现波形而影响了其结合强度，而且产品尺寸精度难以控制，不能连续生产。

美国专利No4208898，No4215560以及日本专利昭52-57068等报导了采用挤压法制造复合型材的工艺，美国专利US4163377A采用连续挤压制造单一金属导线的工艺。中国专利CN85100076A报导了包覆导线的连续挤压工艺。这些工艺并不适合制备层状复合电接触材料。

公开号为101947689A的中国发明专利，提供了一种铜铝复合板的连续复合成形方法及其复合成形装置，该发明中铝坯料是以固态形式与铜复合，而本发明中坯料是半熔融态与基体材料复合，因此获得的结合界面质量更好。

公开号为101704181A的中国发明专利，提供了一种贵/廉金属层状复合材料零部件短流程制备方法；公开号为101704182A的中国发明专利，提供了一种贵/廉金属层状复合材料零部件冷压复合成形方法，以上发明无法实现零部件的连续化生产，且前期需准备所需尺寸的贵廉金属板，工艺过程复杂，而本发明可实现从原材料到一体化元件的连续近终成型生产，且工艺相对简单。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法，利用连续挤压原理实现贵廉金属的层状复合，实现层状复合电接触材料的高效率、低耗能连续复合；实现近终成型，产品尺寸精度高，工艺简单，可控性好，边角废料少。

为实现上述的目的，本发明所述层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法，包括如下步骤：

第一步，根据层状复合电接触材料所需确定贵、廉金属坯料，对贵金属坯料表面进行清洗处理，对廉金属坯料加热，加热后的廉金属坯料在连续挤压机口处进行表面切削，并对新鲜表面进行防氧化保护。

第二步，贵、廉金属坯料分别进行第一步的预处理后，进入挤压机中完成复合过程。贵金属坯料在挤压轮的推挤和摩擦作用下以半熔融状态复合在廉金属坯料表面，得到层状复合电接触材料。

第三步，层状复合电接触材料刚挤出模口时，进行强制冷却。

所述第一步中：贵、廉金属坯料根据最终层状复合电接触材料设计需要进行选择。挤压复合开始前，对贵金属坯料进行清理清洗处理，使用机械法(如钢丝刷)或超声波法或高压涡流法或喷丸法等去除不利于复合的金属表面油污、氧化皮和夹杂等附着物；对廉金属坯料加热，加热后在连续挤压机口处对廉金属坯料表面切削，并在连续挤压机内，通入氮气进行防氧化保护，氮气的纯度要求达到99％以上。

廉金属坯料加热的温度根据具体的贵金属坯料的熔点和廉金属坯料的吸热能力来确定，因为不同贵金属变成熔融态的温度不一样，需要与之配合的廉金属坯料的加热温度不一样，同时，不同廉金属坯料的吸热能力也会影响其加热温度。本发明中，廉金属坯料加热的温度选择在200～500℃范围内，可以防止其过多吸收贵金属坯料的热量而降低贵金属坯料的变形温度和流动性。

所述第二步中：在连续挤压成形过程中，挤压轮不断旋转，在变形体和模具及堵头接触面上的摩擦功和塑性变形功的作用下，变形体在塑性变形的同时，与模具及周围环境进行热交换，促使变形体和模具内的温度场以及变形体的应力场、应变场等不断发生变化。因为挤压轮的转动是连续挤压成形过程的动力源，其速度构成了连续挤压成形过程中最重要的影响因素，通过仿真模拟研究挤压轮速度对连续挤压成形过程中变形的温度场、应力场、应变场的影响，确定在复合过程中，挤压轮线速度15～150m/min，廉金属坯料的运动速度0.6～30m/min。

所述第三步中：所述强制冷却采用冷却水喷射进行，层状复合电接触材料从冷却水槽经过后由压缩空气将表面水分吹干。

本发明中，如果是镶嵌复合，则第一步中对金属材料预处理进一步包括对廉金属坯料预先开槽，则第二步中贵金属坯料在挤压轮的推挤和摩擦作用下以半熔融状态复合在廉金属坯料的槽中。

本发明连续挤压获得近终成型的材料，上述的层状复合电接触材料经自动化冲制、裁切设备按照一体化元件的设计需求进行冲孔，并裁切成单个元件，获得最终元件产品。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：利用连续挤压复合技术的独特优点，可以选用合适的贵、廉金属材料进行挤压复合，使贵、廉金属坯料得到连续复合，同时实现短流程和近终成型生产；因为连续挤压复合技术巧妙地利用了摩擦力作为挤压推动力，无需对贵金属坯料加热，由于摩擦生热使得贵金属坯料以半熔融态与具有新鲜表面的廉金属坯料复合，可大大提高复合界面质量。同时，它可以实现较高的尺寸精度控制，光洁度好，组织性能均匀。利用连续挤压复合技术特点，可以制备不同贵廉金属系列的层状复合电接触材料，如银铜，银镍，银镍铜等。

本发明通过连续挤压复合实现电接触材料的层状复合，节约贵金属的同时也提高了材料的综合性能，生产出界面结合质量好、尺寸精度高的产品，进一步可实现连续化、短流程、近终成型，是一种制备层状复合电接触材料的新方法。

附图说明

图1是本发明原理示意图。

图2是本发明连续挤压复合的工艺流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，以下实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，图中：1.挤压轮，2.出口模，3.复合电接触材料，4.廉金属坯料，5.进口模，6.贵金属坯料。本发明原理示意图：贵金属坯料经预处理后(图2中工艺214，215，216)，由挤压轮槽喂入，挤压轮1连续旋转，将贵金属坯料6连续拽入挤压轮槽，贵金属坯料6在挤压轮槽内发生塑性变形并流入挤压通道，在挤压通道内继续流动，并通过挤压通道进入复合型腔，充满型腔以后，最后通过出口模2将贵金属坯料6与廉金属坯料4复合在一起形成层状复合电接触材料3。

如图2所示，该图是本发明连续挤压复合的工艺流程图。图中：21廉金属坯料放线，22矫直，23张力放线，24加热，25连续挤压复合机，26冷却，27吹干，28牵引，29冲制，210裁切，211元件，212贵金属坯料放线，213矫直，214清理，215清洗，216吹干。连续挤压复合的工艺按照该流程依次进行。

实施例1

本实施例1采用连续挤压复合技术制备镶嵌式层状复合元件的操作步骤如下：

I)、层状复合电触头的材料成分

层状复合电触头的材料成分主要是纯银和纯铜，其中银带材宽厚是4mm×1mm，异型铜带材宽厚是10mm×4mm。

II)、连续挤压复合设备和模具

触头元件是双层镶嵌复合，因此，采用单轮连续挤压复合机制备该层状复合电接触材料。根据触头元件设计的挤压模具材料为H13钢(即4Cr5MoSiV1)，模具结构主要参数如下：

导流角度	复合变形区长度	定径带长度
			45°	5mm	5mm

III)、连续挤压复合的基体步骤(工艺流程见附图2)：

1)先将异型铜带材进行开槽，并对银进行银带材放线212，矫直213，清理214，清洗215等预处理去除表面油污和氧化皮后在水砂纸上打磨，然后进行干燥处理216。对于铜带材料进行铜带材放线21，矫直22，张力放线23，并预热24到200℃，在连续挤压机口处对其槽表面进行切削，并在连续挤压机内通入氮气对铜带新鲜表面进行防氧化保护。

2)预处理后的银、铜带材进入连续挤压机中完成复合过程(25)。挤压轮线速度15m/min，铜带的运动速度为0.6m/min，处于塑性流动的银坯料挤入连续挤压机而直接复合在异型铜带材的槽内。

3)银铜层状复合电接触带材刚被挤出模口，便受到冷却水的喷射强制冷却26，当银铜层状复合电接触带材从冷却水槽经过后由压缩空气将表面水分吹干27。

4)复合后的异型复合带材经牵引28到自动化冲制、裁切设备按照一体化元件的设计需求进行冲孔29，并裁切210成单个元件211。检验后用塑料膜包装入库。

5)采用连续挤压复合出的电接触元件，元件中材料结合强度、电阻率、硬度等均达到各户要求。

实施例2

与实施例1不同之处在于：本实施例2使用银基复合电接触材料AgNi10和纯铜金属作为原料，通过连续挤压复合进行局部面面复合，制备层状复合触头材料。

本实施例2层状复合电触头制备的基本操作步骤如下：

I)、层状复合电触头的材料成分

层状复合电触头的材料成分主要是AgNi10和铜，其中AgNi10带材宽厚是4mm×2mm，铜带材宽厚是10mm×5mm，AgNi10和铜带的形状、尺寸均比较精确，表面洁净度也较好。

II)、连续挤压复合设备和模具

触头是局部双层面复，因此，采用单轮连续挤压复合机制备该层状复合电接触材料，根据触头设计的挤压模具材料为H13钢(即4Cr5MoSiV1)，模具结构主要参数如下：

导流角度	复合变形区长度	定径带长度
			30°	4mm	6mm

III)、连续挤压复合的基体步骤：

1)先将AgNi10进行预处理，去除表面油污和氧化皮后在水砂纸上打磨，然后进行干燥处理。对于铜材料，连续挤压复合前还需预热到350℃，在连续挤压机口处对其表面进行切削，并在连续挤压机内通入氮气对铜带新鲜表面进行防氧化保护。

2)预处理后的AgNi10和铜带材进入连续挤压机中完成复合过程。在复合过程中，挤压轮线速度70m/min，铜带材的运动速度为14m/min，处于塑性流动的AgNi10挤入连续挤压机而直接复合在铜带材上。

3)AgNi10和铜层状复合带材刚被挤出模口，便受到冷却水的喷射强制冷却。当层状复合电接触带材从冷却水槽经过后由压缩空气将表面水分吹干。

4)复合后的电接触带材经自动化裁切设备按照触点尺寸裁切成单个触点元件。检验后用塑料膜包装入库。

5)采用连续挤压复合出的触点元件，元件中材料结合强度、电阻率、硬度等均达到各户要求。

实施例3

与实施例1不同之处在于：本实施例3使用银合金和铁金属作为原料，通过连续挤压复合进行面面复合，制备层状复合触头材料。

本实施例3层状复合电接触触头制备的基本操作步骤如下：

I)、层状复合电触头的材料成分

层状复合电触头的材料成分主要是银合金和铁金属，其中银合金带材宽厚是10mm×2mm，铁带材宽厚是10mm×5mm，银合金和铁金属带材的形状、尺寸均比较精确，表面洁净度也较好。

II)、连续挤压复合设备和模具

触头是双层面复，因此，采用单轮连续挤压复合机制备该层状复合电接触材料，根据触头设计的挤压模具材料为H13钢(即4Cr5MoSiV1)，模具结构主要参数如下：

导流角度	复合变形区长度	定径带长度
			60°	6mm	4mm

III)、连续挤压复合的基体步骤(工艺流程见附图2)：

1)先将银合金进行预处理，去除表面油污后在水砂纸上打磨，然后进行干燥处理。对于铁金属带材，连续挤压复合前还需预热到500℃，在连续挤压机口处对其表面进行切削，并在连续挤压机内通入氮气对铁带材新鲜表面进行防氧化保护。

2)预处理后的银合金和铁带材进入连续挤压机中完成复合过程。在复合过程中，挤压轮线速度150m/min，铁带材的运动速度为30m/min，处于塑性流动的银合金挤入连续挤压机而直接复合在铁金属带上。

3)银合金和铁层状复合电接触带材刚被挤出模口，便受到冷却水的喷射强制冷却。当层状复合电接触材料从冷却水槽经过后由压缩空气将表面水分吹干。

4)复合后的带材经自动化裁切设备按照触点尺寸裁切成单个触点元件。检验后用塑料膜包装入库。

5)采用连续挤压复合出的触点元件，元件中材料结合强度、电阻率、硬度等均达到各户要求。

上述实施例中采用的各设备均可以采用现有成熟技术实现。应当理解的是，上述实施例仅仅是本发明的一部分实施方式，本发明所述贵金属坯料可以为银、银合金、银基复合材料三者中一种或几种；所述廉金属坯料可以为铜及铜合金、镍及镍合金、铁及铁合金中一种或几种。

尽管本发明的内容已经通过上述实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，根据层状复合电接触材料所需确定贵、廉金属坯料，对贵金属坯料表面进行清洗处理，对廉金属坯料加热，加热后的廉金属坯料在连续挤压机口处进行表面切削，并对新鲜表面进行防氧化保护；

第二步，贵、廉金属坯料分别进行第一步的预处理后，进入连续挤压机中完成复合过程，贵金属坯料在挤压轮的推挤和摩擦作用下以半熔融状态复合在廉金属坯料表面，得到层状复合电接触材料；所述第二步中：在复合过程中，挤压轮转速15～150m/min，廉金属坯料的运动速度0.6～30m/min；

第三步，层状复合电接触材料刚挤出模口时，进行强制冷却；

所述贵金属坯料为银、银合金、银基复合材料三者中一种或几种；所述廉金属坯料为铜及铜合金、镍及镍合金、铁及铁合金三者中一种或几种。

2.根据权利要求1所述的层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法，其特征在于：所述第一步中：在复合前，对贵、廉金属坯料进行预处理，即对贵金属坯料去除不利于复合的金属表面油污、氧化皮和夹杂；对廉金属坯料加热，加热后在连续挤压机口处对廉金属坯料表面切削，并在连续挤压机内，通入氮气进行防氧化保护。

3.根据权利要求2所述的层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法，其特征在于：所述层状复合电接触材料如果是镶嵌复合，则第一步中对廉金属坯料预处理进一步包括对廉金属坯料预先开槽，则第二步中贵金属坯料在挤压轮的推挤和摩擦作用下以半熔融状态复合在廉金属坯料的槽中。

4.根据权利要求1-3任一项所述的层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法，其特征在于：所述廉金属坯料加热的温度根据具体的贵金属坯料的熔点和廉金属坯料的吸热能力来确定，在200～500℃范围内。

5.根据权利要求1-3任一项所述的层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法，其特征在于：所述防氧化保护采用充入氮气保护，氮气的纯度为99％以上。

6.根据权利要求1所述的层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法，其特征在于：所述第三步中：所述强制冷却采用冷却水喷射进行，层状复合电接触材料从冷却水槽经过后由压缩空气将表面水分吹干。

7.根据权利要求1所述的层状复合电接触材料的连续挤压复合的方法，其特征在于：所得到的层状复合电接触材料经自动化冲制、裁切设备按照一体化元件的设计需求进行冲孔，并裁切成单个元件，获得最终元件产品。