CN109301649A - 一种用于直流微电机的电刷复合材料和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型的电刷复合材料，所述电刷复合材料由贵金属合金层和铜合金弹性基层所构成，贵金属合金层的各组分质量百分含量为：Pd 29‑55%；Ni 0.05‑2.0%；余量为Ag，所述铜合金弹性基层为BZn18‑26合金或MX系列合金。本发明所述材料具有良好的耐磨性和抗电弧能力，是优良的滑动电接触材料，适合于制作直流电动机的电刷。
Description
技术领域
本发明涉及一种电刷复合材料，特别涉及一种用于直流微电机的电刷复合材料和应用。
背景技术
刷片是直流电动机的核心元件之一，它与换向器构成滑动电接触导电偶件。在工作过程中承受滑动磨损和电弧侵蚀的双重作用，同时还受到环境气氛中各种腐蚀性介质的影响。因此，刷片材料在要求良好导电性的同时，还需要有良好的耐磨性、抗电弧能力和耐腐蚀性；同时，刷片与换向器配对工作，其二者性能的合理匹配对直流电动机的性能和寿命具有决定性的影响。长期以来，以AgPd30和AgPd50(即按重量百分数计，合金的Pd含量分别为30％和50％)合金作工作层，基材采用BZn18-26合金或MX弹性合金(Cu-Ni-Sn系列)的材料制作的刷片。这种电刷材料在普通的直流电机上，由于电机转速不高，可满足使用，但针对高转速的直流电机则容易出现寿命不良的问题。
电刷材料出现寿命不良的主要原因是微电机在运转过程中，与换向器配对过程中，电弧的烧蚀和磨损导致微电机出现过早失效。中国专利201110335754.9提供了一种自润滑的滑动接点材料及层状复合材料，用于微电机电刷，通过在银钯合金里面添加稀土和石墨，可以取到润滑，改善磨损特性，提高寿命的目的，但对于高转速的移动手机振动马达依然存在抗电弧不良及耐磨性不够的问题。中国专利20110092385.5提供的具有高耐磨性的钯银系列电接触材料和201110335649.5提供了一种滑动接点材料及层状复合材料，该系列专利是在银钯合金里面添加铜、锌、稀土等元素，形成第二相强化，达到提高耐磨性的目的。但由于这些廉金属元素的大量加入并形成第二相硬质点，会损伤配对换向器表面，在一定的工作条件下，会导致换向器过早磨损，从而导致微电机出现时效。尤其是高转速的移动手机振动马达常会发现因为换向器磨损过大而导致提前出现死机的现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于直流微电机的电刷复合材料和应用，采用所述材料制备直流电动机的电刷，在高转速、大电流的智能手机振动马达使用的条件下具有高耐磨性、抗电弧性能好，使用寿命长的优点。
本发明的技术方案是：
用于直流微电机的电刷复合材料，该电刷复合材料由贵金属合金层和铜合金弹性基层所构成，贵金属合金层的各组分质量百分含量为：
Pd 29-55％；
Ni 0.05-2.0％；
余量为Ag。
较好的技术方案是，所述贵金属合金层的各组分质量百分含量为：
Pd 50-55％；
Ni 0.05-0.25％；
余量为Ag。
所述铜合金弹性基层为BZn18-26合金或MX系列合金。
所述MX系列合金为Cu-Ni-Sn系列弹性合金的任一种。
所述的贵金属合金层镶嵌在铜合金弹性基层上，贵金属合金层为工作层。
用于直流微电机的电刷复合材料可用于直流电机的电刷。
本发明所述用于直流微电机的电刷复合材料的制备工艺为：
1)采用真空感应炉熔炼制备贵金属合金层，其中镍元素可以中间合金钯镍形式加入，也可以纯镍形式加入。
2)将制备的贵金属合金层铸锭经开坯、轧制后，采用热轧复合技术，与铜合金弹性基材复合制成两层复合带材，为了节约成本，通常贵金属层用条复的形式镶嵌在铜合金弹性基材上。
本发明的优点为：
1)由于本发明贵金属合金层通过添加少量的镍在银钯合金中，银、钯、镍形成均匀的单一固熔体，可以形成明显的固溶强化，可以明显提高耐磨性，同时合金不会形成第二相质点，因而不会对微电机换向器形成损伤。
2)本发明贵金属合金层通过添加少量的镍在银钯合金中，由于镍添加量比较少，不会引起接触电阻的增加，同时少量的镍的加入，可以取到分散电弧的作用，因此微电机的有火花产生时，可以快速分散，可提高材料的抗电弧能力。
3)本发明贵金属合金层通过添加少量的镍在银钯合金中，可以明显提高贵金属合金层的再结晶温度，再结晶温度可以提高100度左右，这与铜合金弹性基材匹配性更好，尤其是MX系列合金，由于MX系列合金的固溶温度在800度左右，在这种温度下制作的电刷复合材料的贵金属合金层的组织依然能保证均匀、细小，可充分发挥这种复合材料的使用特性。
4)本发明贵金属合金层的镍加于量过少(质量分数小于0.05％)，无法取到固溶强化及提高再结晶的目的，无法改善耐磨性。镍加于量过多(质量分数大于2％)，会导致接触电阻增加，同时在磨损过程中容易产生氧化镍粉末，恶化微电机的电接触性能。Pd含量过低(质量分数小于29％)，材料耐磨性及抗有机污染性能较差，Pd含量过高(质量分数大于55％)，会导致生产成本的急剧增加，应用性不强。
具体实施方式
实施例1～10及比较例1～4，如表1.
制备上述实施例1～10及比较例1～4制备方法如下：
1)采用真空熔炼制备贵金属合金层，其成分按照表1进行配比，镍以钯镍中间合金的形式加入，与银板和钯锭一起熔炼。熔炼好的合金通过锻打、轧条、中间退火和拉拔成带材或丝材；
2)将上述贵金属合金层通过热轧复合的方式与弹性合金工作层BZn18-26带材和MX215带材进行镶嵌复合。复合的带材通过反复热处理和轧制、酸洗的方式加工到总厚0.05mm厚，贵金属合金层厚度为0.005mm。其中BZn18-26基的热处理温度控制在700℃，MX215的热处理温度控制在800℃。
所述带材分别用于制作成微电机电刷，将该电刷装配在微电机中，其对应的换向器片材料牌号为银铜镍稀土/铜。
在如下测试条件测试：
测试温度：25℃
测试湿度：60％以下
测试电压：3.7V
测试电流：100mA
运转方式：断续(开0.5s、停0.5s)
转速：≥10000rpm/min
测试电机数量：10台
测试过程中，通过检测电机转速和电流的变化来判定电机的工作状态，出现转速或电流超标或无法启动时均判定为寿命终止，测试结果如表2。
表1：
表2：
| 实施例 | 测试电机数量 | 平均寿命 |
| 1 | 10 | 50h |
| 2 | 10 | 55h |
| 3 | 10 | 83h |
| 4 | 10 | 120h |
| 5 | 10 | 125h |
| 6 | 10 | 54h |
| 7 | 10 | 58h |
| 8 | 10 | 95h |
| 9 | 10 | 132h |
| 10 | 10 | 155h |
| 比较例1 | 10 | 39h |
| 比较例2 | 10 | 95h |
| 比较例3 | 10 | 42h |
| 比较例4 | 10 | 103h |
结论：从表1和表2可以看出，贵金属工作层在相同Pd含量的情况下，镍含量的加入可以提高材料的硬度，改善其耐磨性，同时可以提高抗电弧能力，本发明所述的材料是优良的滑动电接触材料，显示出良好的使用效果，寿命得到提高，适合于制作直流电动机的电刷，尤其是智能手机振动电刷。
Claims (7)
1.一种用于直流微电机的电刷复合材料，其特征在于，该电刷复合材料由贵金属合金层和铜合金弹性基层所构成，贵金属合金层的各组分质量百分含量为：
Pd 29-55％；
Ni 0.05-2.0％；
余量为Ag。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述贵金属合金层的各组分质量百分含量为：
Pd 50-55％；
Ni 0.05-0.25％；
余量为Ag。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述铜合金弹性基层为BZn18-26合金或MX系列合金。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述MX系列合金为Cu-Ni-Sn系列弹性合金的任一种。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的贵金属合金层镶嵌在铜合金弹性基层上，贵金属合金层为工作层。
6.一种电刷，其特征在于：它使用权利要求1所述的材料。
7.一种直流电动机，其特征在于：它使用权利要求5所述的电刷。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190201 |