CN107591257B - 一种银基多层复合电接触材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种银基多层复合电接触材料及其制备方法，包括工作层、中间层、焊接层和钎料层，中间层位于工作层、焊接层之间，中间层与工作层之间有纯银或银合金钎料层，焊接层的材料为廉价金属铁或铁基合金，中间层的材料为廉价金属铜或铜合金，工作层的材料为AgMeO系中的一种。该材料采用定向复合轧制、连续扩散退火、冷轧制备得到。本发明中由于Cu与Fe的存在，可以大量节约银，大幅降低了成本；本发明具有操作工艺简单可控，材料一致性好，可实施性强等优点，适用于大批量规模化生产，制备的银基多层复合电接触材料具有高导电、良好的结合强度与焊接性，触点定位美观与对焊接件热变形影响小，可广泛应用于温控器行业。

Description

一种银基多层复合电接触材料及其制备方法

技术领域

本发明公开了一种银基多层复合电接触材料及其制备方法，特别涉及一种多层金属复合电接触材料，属于低压电器电触头材料技术领域.

背景技术

银基金属氧化物(AgMeO)触头材料是指弥散的金属氧化物颗粒分布在银基体中的一种材料，具有优良的导电性、抗熔焊性、耐电弧侵蚀与使用寿命,在低压电器中有广泛的应用前景。

在小功率继电器与开关等低压电器中，已广泛使用AgMeO、AgM复铜双金属复合铆钉和AgM复铜及其合金双金属复合带材电接触材料。通常这类双金属复合带材厚度小于整体厚度的30％，通常其制备方法是大塑性变形-热处理-轧制到成品。通常在中大功率交直流接触器及开关等控制器中使用的电触头工作层厚度大于整体厚度的30％。目前仍然大量使用AgSnO₂系、AgZnO系、AgCuO系、AgCdO系等电接触材料，成本很高，且银资源消耗大。

节银与降低成本是目前电接触行业的重点研究内容。为此，双层或多层复层电接触材料因贵金属用量少、综合性能好、价格便宜成为人们研究的热点。近几年来，德国、日本与英国等国家都大力开展复合技术、复合工艺的研究。目前制造复层电接触材料的方法主要有冷压复合、扩散焊接、爆炸焊接与滚焊等。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，如爆炸焊接材料的结合界面易呈现波形而影响其结合强度，而且产品尺寸难以控制，不能连续生产。

经检索，中国专利申请号为CN200710065631.1、公开号为CN101034632A，该专利公开了一种银基三层金属复合电接触材料，从金相结构上为三层材料，工作层厚度占整体厚度的32％，不利于银用量和生产成本的降低，而且其是在真空炉中采用钎料将AgMeO(或AgM)与Cu焊接在一起，然后冷轧至成品厚度，制备工艺的流程虽然简洁，但是制备的成本相对较高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种银基多层复合电接触材料及其制备方法，能够降低银用量以及材料制备等成本，该材料可以用于小功率继电器与开关等低压电器。

根据本发明的第一方面，提供一种银基多层复合电接触材料，包括工作层、中间层、焊接层和钎料层，所述中间层位于所述工作层、所述焊接层之间，所述中间层与所述工作层之间有纯银或银合金钎料层，所述焊接层的材料为廉价金属铁或铁基合金，所述中间层的材料为廉价金属铜或铜合金，所述工作层的材料为AgMeO系中的一种。

优选地，所述焊接层的厚度占复合电接触材料总厚度的10～30％，中间层的厚度占50～70％，工作层的厚度占10～30％。

优选地，所述焊接层设计为平面型或泡点型，所述泡点型即表面设置有凸起。

本发明所述的银基多层复合电接触材料，是以工作层AgMeO、中间层Cu与焊接层Fe所形成的呈梯度结构的多层复合AgMeO/Cu/Fe电接触材料。

本发明所述的多层复合AgMeO/Cu/Fe电接触材料，其中所述AgMeO是AgSnO₂系、AgZnO系、AgCuO系与AgCdO系等系列中的一种。

根据本发明的第二方面，提供一种银基多层复合电接触材料的制备方法，包括如下步骤：

a.将AgMeO带材或板材置于纯银或银合金钎料处，通过轧制将AgMeO与纯银或银合金钎料层进行复合、轧制与热处理，得到工作层AgMeO材料；

b.将中间层置于工作层AgMeO与焊接层之间，通过轧制将材料复合形成多层复合电接触材料；

c.将多层复合电接触材料进行热处理；

d.将热处理后的材料进行轧制，轧至产品所需要厚度。

上述步骤a，其中所述的复合为冷复合，要求复合后AgMeO与纯银界面结合致密，无开裂缺陷。

上述步骤a，其中所述的轧制为热轧，将复合后的材料进行空气中700～900℃保温0.5～3h，使得不同材料界面形成有效的扩散层，增强界面结合强度。

上述步骤a，其中所述的热处理为扩散退火，温度为650～800℃，时间为1～5h。该热处理可以消除界面的残余应力。

上述步骤a，其中所述的纯银或银合金钎料层厚度占工作层总厚度的10～20％。

上述步骤b，所述轧制为冷轧，轧制速度1～3m/min，此处速度较慢，能够使得界面结合牢固。

上述步骤c，所述的热处理为扩散退火处理；退火温度为350～500℃，退火速度为0.1～1mm/min，保护气氛为氩气，氩气流量为0.2～1m3/h。该热处理可以消除界面的残余应力。

上述步骤d，所述的轧制为冷轧，轧制速度为50～100m/min，此处的速度较快，界面结合牢固，只需将厚度轧薄，所以速度加快。

上述步骤e，所述方法在步骤d之后进一步包括：

步骤f，将产品进行分条与落料，得到所需规格的最终产品；

其中所述的分条是将复合材料裁剪成所需的宽度；所述的落料是将分条后的材料冲制成所需产品的外围尺寸。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明中由于Cu与Fe的存在，可以大量节约银，大幅降低了成本。

本发明是结合AgMeO电触头材料与节银的市场需求，以廉价金属铜作为桥接与金属铁作为焊接层，采用定向复合轧制、连续扩散退火、冷轧、分条等工艺，制备了呈梯度结构的多层复合AgMeO/Cu/Fe电接触材料。该复合材料具有节约银、成本较低，且操作工艺简单可控，材料一致性好，可实施性强等优点，适用于大批量规模化生产，具有高导电、高塑性、良好结合强度及焊接性能的特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例中方法流程图；

图2是本发明实施例中的AgMeO带材或板材与纯银或银合金钎料复合后的主要结构示意图；

图3a、3b为本发明实施例中呈梯度结构的AgSnO₂/Cu/Fe多层复合电接触材料带材与落料后泡点金相照片；

图4为本发明实施例中呈梯度结构的AgCdO/Cu/Fe多层复合电接触带材金相照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例以AgSnO₂/Cu/Fe多层复合电接触材料为例，具体制备过程为:

(1)通过粉末冶金技术获得了AgSnO₂材料，并将AgSnO₂材料轧制成一定厚度得到一定规格的AgSnO₂板材；

(2)将AgSnO2板材置于纯银或银合金钎料处，将AgSnO2与纯银钎料层进行冷复合后；在空气中850℃保温3h后进行热轧，纯银钎料层厚度占工作层总厚度的15％；随后进行扩散退火热处理，退火温度为650℃与退火时间为5h，得到工作层AgSnO₂材料。

(3)将中间层Cu置于工作层AgSnO₂与焊接层Fe之间，通过冷轧将材料轧制成多层复合电接触材料，轧制速度3m/min；

(4)将复合材料进行扩散退火热处理；退火温度为400℃，退火速度为0.5m/min，保护气氛为氩气，氩气流量为0.4m³/h；

(5)将退火后的材料进行冷轧，轧制速度为50m/min，轧至产品所需要厚度即可；

(6)将产品进行分条，裁去边缘部分即得AgSnO₂/Cu/Fe多层复合电接触带材或板材；将该板材或带材进行落料，即可得到所需规格的产品，如泡点等。

实施例2

本实施例以AgCdO/Cu/Fe多层复合电接触材料为例，具体制备过程为:

(1)通过内氧化技术获得了AgCdO材料，并将AgCdO材料轧制成一定厚度，得到一定规格的AgCdO板材；

(2)将AgCdO板材置于纯银或银合金钎料处，将AgCdO与纯银钎料层进行冷复合后；在空气中860℃保温2.5h后进行热轧，纯银钎料层厚度占工作层总厚度的18％；随后进行扩散退火热处理，退火温度为700℃与退火时间为4h，得到工作层AgCdO材料。

(3)将中间层Cu置于工作层AgCdO与焊接层Fe之间，通过冷轧将材料轧制成多层复合电接触材料，轧制速度2.5m/min；

(4)将复合材料进行扩散退火热处理；退火温度为450℃，退火速度为0.8m/min，保护气氛为氩气，氩气流量为0.6m³/h；

(5)将退火后的材料进行冷轧，轧制速度为55m/min，轧至产品所需要厚度即可；

(6)将产品进行分条，裁去边缘部分即得AgCdO/Cu/Fe多层复合电接触带材或板材；将该板材或带材进行落料，即可得到所需规格的产品，如泡点等。

实施例3

本实施例以AgCuO/Cu/Fe多层复合电接触材料为例，具体制备过程为:

(1)通过熔炼雾化与内氧化技术获得了AgCuO材料，并将AgCuO材料轧制成一定厚度，得到一定规格的AgCuO板材；

(2)将AgCuO板材置于纯银或银合金钎料处，将AgCuO与纯银钎料层进行冷复合后；在空气中800℃保温3h后进行热轧，纯银钎料层厚度占工作层总厚度的20％；随后进行扩散退火热处理，退火温度为720℃与退火时间为3h，得到工作层AgCuO材料。

(3)将中间层Cu置于工作层AgCuO与焊接层Fe之间，通过冷轧将材料轧制成多层复合电接触材料，轧制速度3m/min；

(4)将复合材料进行扩散退火热处理；退火温度为430℃，退火速度为1.1m/min，保护气氛为氩气，氩气流量为0.5m³/h；

(5)将退火后的材料进行冷轧，轧制速度为58m/min，轧至产品所需要厚度即可；

(6)将产品进行分条，裁去边缘部分即得AgCuO/Cu/Fe多层复合电接触带材或板材；将该板材或带材进行落料，即可得到所需规格的产品，如泡点等。

参照图2所示，是本发明实施例中的AgMeO带材或板材与纯银或银合金钎料复合后的主要结构示意图，其中1为呈U型的纯银或银合金钎料，2为AgMeO带材或板材；此实施例中采用呈U型钎料，可将AgMeO侧面进行包裹，大大降低AgMeO与银钎料复合时开裂倾向，增强两者的结合强度；此结合强度的增强有利于进一步降低工作层(AgMeO与银钎料复合后)与中间层及焊接层轧制复合时开裂倾向，增强多层复合材料的结合强度。

参照图3-4所示，根据上述实施例，本发明材料包括焊接层(Fe或Fe合金，作用为焊接)、中间层(Cu或Cu合金，作用为连接焊接层与工作层)，及工作层(AgMeO系，为电接触材料工作部分)；从结构上来看，可以分为四层材料，如附图所示，在工作层AgMeO与中间层Cu之间还存在一薄层的纯Ag或Ag合金钎料层。

本发明上述实施例得到的材料中，工作层AgMeO厚度所占整体厚度的17％～22％，其余各层(中间层、焊接层与钎料层)厚度之和占整体厚度的78％～83％，工作层厚度占比更低，可以在批量生产中大量的节约银用量与降低生产成本；进一步的，成品厚度范围为1.55mm～7.5mm，相对于现有材料成品厚度更厚，能够更加节约银用量。

本发明上述实施例得到的材料中，焊接层Fe不仅可设计为平面型，也可设计为泡点(如附图3b中Fe层凸起部分)型。泡点有利于在相同的焊接参数下达到更加良好的焊接效果，具有良好的焊接性、定位美观与对焊接件的热影响小。

本发明上述实施例采用复合+热处理+冷轧制备，进一步有利于成本的降低。

综上，本发明复合材料具有节约银、成本较低，且操作工艺简单可控，材料一致性好，可实施性强等优点，适用于大批量规模化生产，制备的银基多层复合电接触材料具有高导电、良好的结合强度与焊接性，触点定位美观与对焊接件热变形影响小，可广泛应用于温控器行业。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种银基多层复合电接触材料，其特征在于，包括工作层、中间层、焊接层和钎料层，所述中间层位于所述工作层、所述焊接层之间，所述中间层与所述工作层之间有纯银或银合金钎料层，所述焊接层的材料为廉价金属铁或铁基合金，所述中间层的材料为廉价金属铜或铜合金，所述工作层的材料为AgMeO系中的一种；所述钎料层为呈U型的纯银或银合金钎料层，所述U型将所述工作层侧面进行包裹；

所述焊接层的厚度占复合电接触材料总厚度的10～30％，中间层的厚度占复合电接触材料总厚度的50～70％，工作层的厚度占复合电接触材料总厚度的10～30％。

2.根据权利要求1所述的一种银基多层复合电接触材料，其特征在于，所述的纯银或银合金钎料层厚度占工作层总厚度的10～20％。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种银基多层复合电接触材料，其特征在于，具有以下一种或多种特征：

-所述AgMeO系包括：AgSnO₂系、AgZnO系、AgCuO系、AgCdO系；

-所述焊接层设计为平面型或泡点型，所述泡点型即表面设置有凸起；

-所述复合电接触材料，其厚度为1.55mm～7.5mm；

-所述工作层AgMeO厚度占整体所述复合电接触材料总厚度的17％～22％，所述中间层、焊接层、钎料层的厚度之和占银基多层复合电接触材料总厚度的78％～83％。

4.一种权利要求1-3任一项所述的银基多层复合电接触材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.将AgMeO带材或板材置于纯银或银合金钎料处，将AgMeO与纯银或银合金进行复合、轧制与热处理得到工作层AgMeO材料；所述的复合为冷复合，复合后AgMeO与纯银或银合金界面结合致密，无开裂缺陷；

b.将中间层置于工作层与焊接层之间，通过轧制复合形成多层复合电接触材料；所述轧制为冷轧；

c.将多层复合电接触材料进行热处理；

d.将热处理后的材料进行轧制，所述的轧制为冷轧，轧至产品所需要厚度。

5.根据权利要求4所述的一种银基多层复合电接触材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a，具有如下一种或多种特征：

-所述的轧制为热轧，将复合后的材料在空气中700～900℃保温0.5～3h；

-所述的热处理为扩散退火，其中温度为650～800℃，时间为1～5h。

6.根据权利要求4所述的一种银基多层复合电接触材料的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述轧制的速度为1～3m/min。

7.根据权利要求4所述的一种银基多层复合电接触材料的制备方法，其特征在于：步骤c中，所述的热处理为扩散退火处理，其中退火温度为350～500℃，退火速度为0.5～5m/min，保护气氛为氩气，氩气流量为0.2～1m³/h。

8.根据权利要求4所述的一种银基多层复合电接触材料的制备方法，其特征在于：步骤d中，所述的轧制，速度为50～100m/min。

9.根据权利要求4-8任一项所述的一种银基多层复合电接触材料的制备方法，其特征在于：所述方法在步骤d之后进一步包括：

步骤f，将产品进行分条与落料，得到所需规格的最终产品；

其中所述的分条是将复合材料裁剪成所需的宽度；所述的落料是将分条后的材料冲制成所需产品的外围尺寸。

Images