CN113403498B - 一种高强度铂基电接触材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度铂基电接触材料及其制备方法，按质量百分数计：Au 1～5％；Ni 1～5％；余量Pt；本发明所述铂基合金丝材的拉伸强度为900～1150MPa，维氏硬度为300～360HV，电阻率为25～27μΩ·cm，提升了综合性能，加工性能优良，成品率高，耐腐蚀性能好。

Description

一种高强度铂基电接触材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电接触技术领域，尤其涉及一种高强度铂基电接触材料及其制备方法。

背景技术

电接触材料作为实现电能传递和信号输送的一类功能材料，主要应用于各种开关、继电器、控制器、微电机等电子元器件中，包括触点、电刷、滑环、换向片等。导电滑环是星载产品的重要机电部件，导电滑环中刷丝的性能、质量和使用寿命直接影响产品的使用。随着现代工业的发展，不断对电接触材料的性能提出了更高的要求。为了保证航空航天、精密仪器仪表的工作可靠性，电刷材料需具备较大的弹性模量、较低的电阻率、良好的化学稳定性和加工性，同时具备超高的耐磨性。

目前的电刷材料如金合金刷丝，虽然具备优良的导电性能，但其低硬度和低的再结晶温度导致过分的机械磨损，综合性能不够完善，严重影响了产品的使用寿命。而铂合金具有高熔点、高沸点和较高的强度，具备作为电接触材料抗熔焊、耐电弧烧损等性能；同时铂和金具有最低、最稳定的接触电阻，能够获得低而稳定的接触电阻，满足导电滑环电刷材料的性能要求。由于目前的材料不能同时满足上述性能要求，因此研究和开发一种新型的耐磨性好、电阻率适中的综合性能较优的电接触材料是一个亟待解决的问题。

AuNi9合金作为一种已经投入使用的金基贵金属电接触材料，因其具备良好的导电性而被广泛应用于航天器系统中的导电环刷丝，但其耐磨性能不佳。

发明内容

本发明提供一种高强度铂基电接触材料及其制备方法。

本发明的方案是：

一种高强度铂基电接触材料，按质量百分数计：

Au 1～5％；

Ni 1～5％；

余量Pt。

作为优选的技术方案，所述Au为金粒；所述Ni为镍粒；所述Pt为铂片。

本发明还公开一种制备高强度铂基电接触材料的方法，包括下列步骤：

1)配料，以质量百分数计，按照质量百分比配比以下组分，1～5％的Au、1～5％的Ni与余量Pt，以上组分质量百分比总量为100％，分别称取铂片、镍粒与金粒；制备合金混料；

2)熔炼，将步骤1)所得合金混料置于熔炼炉坩埚中，对熔炼炉进行抽真空，1800～2000℃温度，得到合金铸锭；

3)均匀化热处理，将步骤2)所得合金铸锭放入氧化铝坩埚中，并用氧化铝粉包裹再覆盖炭粉，在900～1000℃下置于马弗炉中保温1～3h后迅速取出送到冷水中进行淬火处理；预先用氧化铝粉包裹再覆盖炭粉，保证受热均匀，防止石墨进入Ni中，防止合金高温氧化；

4)轧制、轧制热处理，将步骤3)所得合金铸锭在冷轧机上进行轧制，道次变形量为2％～5％，在轧制变形量达到70～90％时在马弗炉中进行900～1000℃，1～3h均匀化热处理，直至所述合金铸锭被轧制至

时再次进行900～1000℃，1～3h均匀化热处理，得到合金棒材；

5)丝材拉制，将步骤4)所得

的合金棒材在拉丝机上进行丝材拉制，丝材拉制中的拉制道次变形量为5～10％，拉至

的合金丝材，总变形量为85.8～93.3％；

6)丝材成品热处理，将步骤5)得到的

的合金丝材在300～500℃下进行1～5h的真空退火处理，即得到高强度铂基合金丝材，用作电接触材料。

作为优选的技术方案，所述步骤2)中1800～2000℃的温度，1×10^-3Pa真空的熔炼炉进行熔炼。

作为优选的技术方案，所述步骤1)中将铂轧制成铂片，用铂片将镍粒与金粒包裹，得到合金混料，目的是防止镍、金挥发，造成质量损失。

作为优选的技术方案，所述步骤2)中的混合混料熔炼3～4次，保证合金成分均匀。

作为优选的技术方案，所述步骤3)中在900℃下置于马弗炉中保温1h后迅速取出送到冷水中进行淬火处理。

所述铂基合金电接触材料制备方法包括配料、熔炼、均匀化热处理、轧制、轧制热处理、丝材拉制、丝材成品热处理制备得到的铂基合金。

由于采用了上述技术方案一种高强度铂基电接触材料及其制备方法，包括以下步骤：1)配料，以质量百分数计，按照质量百分比配比以下组分，1～5％的Au、1～5％的Ni与余量Pt，以上组分质量百分比总量为100％，分别称取铂片、镍粒与金粒；制备合金混料；2)熔炼，将步骤1)所得合金混料置于熔炼炉坩埚中，对熔炼炉进行抽真空，1800～2000℃温度，得到合金铸锭；3)均匀化热处理，将步骤2)所得合金铸锭放入氧化铝坩埚中，并用氧化铝粉包裹再覆盖炭粉，在900～1000℃下置于马弗炉中保温1～3h后迅速取出送到冷水中进行淬火处理；预先用氧化铝粉包裹再覆盖炭粉，保证受热均匀，防止石墨进入Ni中，防止合金高温氧化；4)轧制、轧制热处理，将步骤3)所得合金铸锭在冷轧机上进行轧制，道次变形量为2％～5％，在轧制变形量达到70～90％时在马弗炉中进行900～1000℃，1～3h均匀化热处理，直至所述合金铸锭被轧制至

mm时再次进行900～1000℃，1～3h均匀化热处理，得到合金棒材；5)丝材拉制，将步骤4)所得

的合金棒材在拉丝机上进行丝材拉制，丝材拉制中的拉制道次变形量为5～10％，拉至

的合金丝材，总变形量为85.8～93.3％；6)丝材成品热处理，将步骤5)得到的

的合金丝材在300～500℃下进行1～5h的真空退火处理，即得到高强度铂基合金丝材，用作电接触材料。

本发明的优点：

(1)本发明提供了一种高强度铂基电接触材料的制备方法，本发明所述铂基合金丝材的拉伸强度为900～1150MPa，维氏硬度为300～360HV，电阻率为25～27μΩ·cm，提升了综合性能。

(2)该合金在加入发明中含量的Au后，使晶粒得到细化，增强了合金的强度，成功降低了用Au的含量，降低了生产电接触材料的成本；又加入发明含量的微量元素Ni，利用合金元素的析出获得沉淀强化效应，改善了金的耐磨性；同时电阻率满足作为电刷材料的电阻率要求，且电阻率稳定，有效提高了合金的综合性能。

(3)本发明提供的铂基电接触材料可广泛用于导电滑环中的刷丝，微量元素分布均匀，加工性能优良，成品率高，耐腐蚀性能好。

(4)在保证良好电导率的前提下，提高了强度和硬度，改善了耐磨性，性能提升明显。

(5)与现有技术中的AuNi9合金电接触材料相比，本发明降低了成本，具有显著经济价值。

具体实施方式

为了弥补以上不足，本发明提供了一种高强度铂基电接触材料及其制备方法以解决上述背景技术中的问题。

一种高强度铂基电接触材料，按质量百分数计：

Au 1～5％；

Ni 1～5％；

余量Pt。

所述Au为金粒；所述Ni为镍粒；所述Pt为铂片。

本发明还公开一种制备高强度铂基电接触材料的方法，包括下列步骤：

1)配料，以质量百分数计，按照质量百分比配比以下组分，1～5％的Au、1～5％的Ni与余量Pt，以上组分质量百分比总量为100％，分别称取铂片、镍粒与金粒；制备合金混料；

2)熔炼，将步骤1)所得合金混料置于熔炼炉坩埚中，对熔炼炉进行抽真空，1800～2000℃温度，得到合金铸锭；

3)均匀化热处理，将步骤2)所得合金铸锭放入氧化铝坩埚中，并用氧化铝粉包裹再覆盖炭粉，在900～1000℃下置于马弗炉中保温1～3h后迅速取出送到冷水中进行淬火处理；预先用氧化铝粉包裹再覆盖炭粉，保证受热均匀，防止石墨进入Ni中，防止合金高温氧化；

4)轧制、轧制热处理，将步骤3)所得合金铸锭在冷轧机上进行轧制，道次变形量为2％～5％，在轧制变形量达到70～90％时在马弗炉中进行900～1000℃，1～3h均匀化热处理，直至所述合金铸锭被轧制至

时再次进行900～1000℃，1～3h均匀化热处理，得到合金棒材；

5)丝材拉制，将步骤4)所得

的合金棒材在拉丝机上进行丝材拉制，丝材拉制中的拉制道次变形量为5～10％，拉至

的合金丝材，总变形量为85.8～93.3％；

6)丝材成品热处理，将步骤5)得到的

的合金丝材在300～500℃下进行1～5h的真空退火处理，即得到高强度铂基合金丝材，用作电接触材料。

所述步骤2)中1800～2000℃的温度，1×10^-3Pa真空的熔炼炉进行熔炼。

所述步骤1)中用铂片将镍粒与金粒包裹，得到合金混料，目的是防止镍、金挥发，造成质量损失。

所述步骤2)中的混合混料熔炼3～4次，保证合金成分均匀。

所述步骤3)中在900℃下置于马弗炉中保温1h后迅速取出送到冷水中进行淬火处理。

所述铂基合金电接触材料制备方法包括配料、熔炼、均匀化热处理、轧制、轧制热处理、丝材拉制、丝材成品热处理制备得到的铂基合金。

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

按照下述步骤制备铂基电接触材料：

(1)按照Pt：93％、Au:2％、Ni：5％进行配料，用铂片将金粒和镍粒包裹。

(2)将步骤(1)所得合金混料置于真空熔炼炉中进行熔炼。

(3)将步骤(2)所得合金铸锭置于氧化铝坩埚中，预先用氧化铝粉包裹再覆盖一层炭粉，置于马弗炉中进行900℃，1h的均匀化热处理。

(4)将步骤(3)均匀化处理后的合金铸锭在冷轧机上进行冷轧，轧制过程中在变形量达到70％时进行均匀化处理，温度900℃，时间1h。直至轧制

的棒材再次进行900℃，1h的均匀化处理。

(5)将步骤(4)得到的

的合金棒材在拉丝机上进行拉制，丝材加工过程中变形量达到89.9％时进行300℃，1h的真空退火处理，获得铂基合金丝材。

实施例1所得的铂基合金丝材的拉伸强度为975MPa，显微硬度为332HV，电阻率为26.6μΩ·cm。

实施例2

按照下述步骤制备铂基电接触材料：

(1)按照Pt：93％、Au:2％、Ni：5％进行配料，用铂片将金粒和镍粒包裹。

(2)将步骤(1)所得合金混料置于真空熔炼炉中进行熔炼。

(3)将步骤(2)所得合金铸锭置于氧化铝坩埚中，预先用氧化铝粉包裹再覆盖一层炭粉，置于马弗炉中进行900℃，1h的均匀化热处理。

(4)将步骤(3)均匀化处理后的合金铸锭在冷轧机上进行冷轧，轧制过程中在变形量达到70％时进行均匀化处理，温度900℃，时间1h。直至轧制

的棒材再次进行900℃，1h的均匀化处理。

(5)将步骤(4)得到的

的合金棒材在拉丝机上进行拉制，丝材加工过程中变形量达到89.9％时进行400℃，1h的真空退火处理，获得铂基合金丝材。

实施例2所得的铂基合金丝材的拉伸强度为1008MPa，显微硬度为348HV，电阻率为25.8μΩ·cm。

实施例3

按照下述步骤制备铂基电接触材料：

(1)按照Pt：90％、Au:5％、Ni：5％进行配料，用铂片将金粒和镍粒包裹。

(2)将步骤(1)所得合金混料置于真空熔炼炉中进行熔炼。

(3)将步骤(2)所得合金铸锭置于氧化铝坩埚中，预先用氧化铝粉包裹再覆盖一层炭粉，置于马弗炉中进行900℃，1h的均匀化热处理。

(4)将步骤(3)均匀化处理后的合金铸锭在冷轧机上进行冷轧，轧制过程中在变形量达到70％时进行均匀化处理，温度900℃，时间1h。直至轧制

的棒材再次进行900℃，1h的均匀化处理。

(5)将步骤(4)得到的

的合金棒材在拉丝机上进行拉制，丝材加工过程中变形量达到89.9％时进行400℃，1h的真空退火处理，获得铂基合金丝材。

实施例3所得的铂基合金丝材的拉伸强度为1117MPa，显微硬度为361HV，电阻率为26.7μΩ·cm。

实验例：

将本发明实施例1、实施例2、实施例3中的铂基合金丝材，分别与对照组1、对照组2和对照组3进行对比

对照组1为根据国家军用标准《GJB 947A-2003贵金属及其合金丝、线、棒材规范》的AuNi9合金；

对照组2为根据常规制备的铂基合金；

常规制备的铂基合金方法如下：1)1800～2000℃温度下1×10^-3Pa真空熔炼；2)机械冷处理1)步得到的合金锭制成片材、棒材或丝材，机械冷处理过程中变形量达到50-60％时，600-1300℃热处理所得片材、棒材或丝材0.5～1.0小时，经后续冷加工技术处理即可获得成品；

对照组3为根据常规制备的金基合金；

常规制备的金基合金方法如下：以质量百分数计，包括20～25％Ag、2～5％Ni、1～3％Cu、0.01～0.3％Sm和余量Au；所述金基合金电接触材料的制备方法，包括熔炼、浇铸成型、轧制、轧制热处理、拉制、拉制热处理、丝材成品热处理的步骤，制备得到金基合金丝材。

本发明中的实施例组跟对照组相比较，发现本发明有益两个点在于：(1)在保证良好电导率的前提下，提高了强度和硬度，改善了耐磨性，性能提升明显；(2)降低了成本，具有显著经济价值(近些年金价格不断上涨，价格超过铂价格，金基制备成本不断提高)。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种高强度铂基电接触材料，其特征在于，按质量百分数计：

Au 1～5％；

Ni 1～5％；

余量Pt。

2.如权利要求1所述的 一种高强度铂基电接触材料，其特征在于：所述Au的原料形态为金粒；所述Ni的原料形态为镍粒；所述Pt的原料形态为铂片。

3.一种制备如权利要求1或2所述的高强度铂基电接触材料的方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)配料，以质量百分数计，按照质量百分比配比以下组分，1～5％的Au、1～5％的Ni与余量Pt，以上组分质量百分比总量为100％，分别称取铂片、镍粒与金粒；制备合金混料；

2)熔炼，将步骤1)所得合金混料置于熔炼炉坩埚中，对熔炼炉进行抽真空，1800～2000℃温度，得到合金铸锭；

3)均匀化热处理，将步骤2)所得合金铸锭放入氧化铝坩埚中，并用氧化铝粉包裹再覆盖炭粉，在900～1000℃下置于马弗炉中保温1～3h后迅速取出送到冷水中进行淬火处理；

4)轧制、轧制热处理，将步骤3)所得合金铸锭在冷轧机上进行轧制，道次变形量为2％～5％，在轧制变形量达到70～90％时在马弗炉中进行900～1000℃，1～3h均匀化热处理，直至所述合金铸锭被轧制至

时再次进行900～1000℃，1～3h均匀化热处理，得到合金棒材；

5)丝材拉制，将步骤4)所得

的合金棒材在拉丝机上进行丝材拉制，丝材拉制中的拉制道次变形量为5～10％，拉至

的合金丝材，总变形量为85.8～93.3％，所述的总变形量为丝材的横截面积收缩率；

6)丝材成品热处理，将步骤5)得到的

的合金丝材在300～500℃下进行1～5h的真空退火处理，即得到高强度铂基合金丝材，用作电接触材料。

4.如权利要求3所述的制备高强度铂基电接触材料的方法，其特征在于：所述步骤2)中1800～2000℃的温度，1×10^-3Pa真空的熔炼炉进行熔炼。

5.如权利要求3所述的制备高强度铂基电接触材料的方法，其特征在于：所述步骤1)中用铂片将镍粒与金粒包裹，得到合金混料。

6.如权利要求3所述的制备高强度铂基电接触材料的方法，其特征在于：所述步骤2)中的混合混料熔炼3～4次。

7.如权利要求3所述的制备高强度铂基电接触材料的方法，其特征在于：所述步骤3)中在900℃下置于马弗炉中保温1h后迅速取出送到冷水中进行淬火处理。