一种Ti₃SiC₂多层复合结构电触头材料及其制备工艺的利记博彩app

专利名称：一种Ti₃SiC₂多层复合结构电触头材料及其制备工艺的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及粉末冶金材料，具体说就是一种Ti3SiC2多层复合结 构电触头材料及其制备工艺。
(二)
背景技术：
近年来，国内外不断推出各种系列的新型塑壳式断路器和小型高 分断路器，这些新型的断路器体积更小，分断能力却大幅度提高。新 型断路器除了采用一系列新的限流技术以提高分断能力外，对所用电 触头的抗熔焊，耐电弧烧损以及电寿命都提出了更高的要求。
目前公开的专利和正在应用的触头材料中， 一类是以银为主成分 的银基电触头材料，另一类是以铜为主成分的铜基电触头材料。以银 为主成分的银基电触头材料电性能好，成本高，在某些工况条件下性 能不能满足高档新型电器产品的特殊要求。以铜为主成分的铜基电触 头材料成本低，电性能虽能满足使用要求，但仍有待提髙。
(三)

发明内容
本发明的目的在于提供一种高强、高导电、高导热、耐氧化、抗 熔焊，耐电弧烧损、具有自润滑性能的Ti3SiC2多层复合结构电触头 材料及其制备工艺。
本发明的目的是这样实现的所述的Ti3SiC2多层复合结构电触 头材料由以下四层物质构成
第一层(表层)为厚度3 1000um的Ti3SiC2;
第二层(辅助层)为厚度l 500um的银基合金；
第三层(基体)为铜基合金；
第四层(焊接层)为厚度0.03 0. lOmm钎料。
本发明还有以下技术特征
(1) 本发明一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材料，所述的 Ti3SiC2金属陶瓷是由纯度大于93%的Ti3SiC2粉末制成，Ti3SiC2 粉末粒度为0. 01 50pm。
(2) 本发明一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材料，所述的银 基合金为纯银或者含有重量百分比为0.01 50%的鸨、钼、铜、镍、 氧化镉、氧化锌、氧化锡、氧化铟、碳化钩、金刚石、石墨中的一种 或几种的混合。
(3) 本发明一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材料，所述的铜 基合金为纯铜或者含有重量百分比为0.01 50%的金刚石、石墨、 银、镧、铈、镝、钐、钇、镱、锆、铝、铬、铌、锡、锌、钨、钒、 氧化锡、氧化镉、氧化铟中的一种或其中几种的混合。
(4)本发明一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材料，所述的钎 料含有重量百分比为3.5-4.5%的锡、0-31%的银、1.5-17%的锌、 0-5. 2%的磷、余量为铜。
本发明一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材料，其制备工艺如
下
(1) 所述铜基合金和银基合金按粉末冶金法，经混粉、压制、 烧结、挤压、轧制成所需规格的板材；
(2) 钎料以熔炼法、轧制成厚度为0.05 0. 15腿的带材；
(3) 对铜基合金板材和银基合金板材进行表面处理，使表面粗 糙度为2.5 13umRa;
(4) 将铜基合金板材和银基合金板材采用热压复合法进行复合;
(5) 在保护气氛下，于700—90(TC，烧结l一3小时，得银铜 复合板材；
(6) 采用刷覆或等离子喷涂将Ti3SiC2粉末喷涂到银铜复合板 材的银基表面；
(7) 上述板材在100 10X10-4Pa、温度为800 900。C条件下保 温10 90min，获Ti3SiC2/银基合金/铜基合金复合板材；
(8) 将上述Ti3SiC2/银基合金/铜基合金复合板材经酸洗后，采 用热敷法将复合板材的铜基面与钎料带材复合，获Ti3SiC2/银基合金 /铜基合金/钎料复合板材；
(9) Ti3SiC2/银基合金/铜基合金/钎料复合板材在真空或者保护 气氛下进行时效处理，处理温度400 500。C，处理时间1 5小时；
(10) Ti3SiC2/银基合金/铜基合金/钎料复合板材轧制至规定尺 寸，并按触头尺寸进行机械加工。
本发明一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材料，Ti3SiC2/银基合 金/铜基合金/钎料多层结构的合理配置，以Ti3SiC2为表层，不但强 度高，而且具备良好的导电性、导热性，抗熔焊、耐电弧烧蚀、耐腐 蚀、抗热震、抗氧化尤其高温抗氧化性等优良特性。特别是该材料的 超低磨擦系数和自润滑性，是电接触材料不可或缺的特性之一。可广 泛应用于低压电器用触头材料，如断路器和接触器触头。 具体实施例方式
下面对本发明作进一步说明。
本发明一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材料，由以下四层物质
构成
第一层(表层)为厚度3 1000um的Ti3SiC2;
第二层(辅助层)为厚度l 500"m的银基合金；
第三层(基体)为铜基基合金；
第四层(焊接层)为厚度0.03 0. lOram钎料。
Ti3SiC2属六方晶体结构，共棱的TiC八面体被由Si原子形成 的Si层所分隔开来，形成特殊的纳米尺度层片状结构。这种结构赋 予它象石墨一样具有润滑性和可加工性，结合了金属和陶瓷的许多优 良性能。Ti3SiC2熔点高达300(TC，具有极好的导电性、导热性，其 导电性与纯金属相当，25。C时导电率达4. 7X106sm—'，导热性达 33.5Wm—t—、另外，Ti3SiC2所具备的高强度、抗热震、耐腐蚀、抗 氧化，尤其抗高温氧化性和抗循环氧化能力以及自润滑性和超低磨擦 系数等特性，是低压电器用触头的理想材料，因此选为表层。
金刚石是自然界中导热率最高的物质，导热率达138. 16 Wm—t'， 同时具有熔点高(约370(TC)、硬度大、耐磨损等性能，采用粉末冶 金方法在银中加入细小的金刚石颗粒，不但可以起到弥散强化作用， 提高硬度和耐磨性的作用，还将电弧产生的热量传导至桥架，降低触 头表面温度。更为重要的是触头表面的金刚石粒子在打弧时烧掉，在 触头表面不产生导致电阻增加的沉积物。
本发明所述其它银基合金为已处于应用状态的银基触头材料，作 为辅助层，可以保证在表层损耗过大的情况下仍能保证触头正常工 作。
铜中添加金刚石的作用等同于银中添加金刚石，同时还能起到如 下作用高温电弧作用下，金刚石燃烧产生的一氧化碳可使触头表面 的氧化铜还原为金属铜或氧化亚铜。因此，在触头表面被氧化的情况 下，可由金刚石和氧化亚铜改变氧化层的结构。氧化亚铜呈粉状薄膜， 有利于保证触头具有充分的整流作用。铜中添加少量的银并经过大的 变形处理，可以改善其强度、硬度，增加电导、热导和抗腐蚀性，提 高流动性和浸润性并改善冷热加工性能。在铜中适量加入镧、铈、镝、 钐、镱、钇作为铜的合金元素，能改善铜基合金低温和高温的抗氧化 能力，提高铜基合金的强度和再结晶温度，并使电导率略有提高。在 铜中适量加锆、铬、铝可以提高铜基材料的中、高温抗氧化能力、抗
烧蚀性能和耐腐蚀性能。铝、锡、锌在作为触头材料时可以通过其汽 化降低触头温度和具有灭弧作用。铬、铌、钨、钒在铜基体中固溶度 极低，这些元素的加入对提高基体的抗氧化性能、强度和抗烧蚀性能 具有一定的作用。该类合金的加入也可以提高再结晶温度。同时可以 增加触头表面在电弧作用下所形成的金属熔池的粘性，减少触头材料 的物质损失，从而增加触头的电寿命。
在铜基体中加入氧化镉、氧化锡和氧化铟的作用是在电弧作用 下氧化镉、氧化锡和氧化铟蒸发成气体，起到灭弧作用，并降低触头 表面温度。同时还可以增加触头表面金属熔池的粘性，减小溶池喷溅 倾向，从而减小触头表面的物质损失，增加触头寿命。
基于以上分析，铜基合金作为基体材料，能保证触头在表层和辅 助层损耗过大的情况下仍能正常工作。
焊接层可以提高触头焊接效率，降低人工成本。
本发明一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材料的制备工艺如下
(1) 所述铜基合金和银基合金按粉末冶金法，经混粉、压制、 烧结、挤压、轧制成所需规格的板材；
(2) 钎料以熔炼法、轧制成厚度为0. 05 0. 15画的带材；
(3) 对铜基合金板材和银基合金板材进行表面处理，使表面粗 糙度为2.5 13ixmRa;
(4) 将铜基合金板材和银基合金板材采用热压复合法进行复合;
(5) 在保护气氛下，于700—90(TC，烧结1—3小时，获银铜 复合板材；
(6) 采用刷覆或等离子喷涂将Ti3SiC2粉末喷涂到银铜复合板 材的银基表面；
(7) 上述板材在100 10X10—Apa、温度为800 90(TC条件下保温 10 90min，获Ti3SiC2/银基合金/铜基合金复合板材；
(8) 将上述Ti3SiC2/银基合金/铜基合金复合板材经酸洗后，采 用热敷法将复合板材的铜基面与钎料带材复合，获Ti3SiC2/银基合金 /铜基合金/钎料复合板材；
(9) Ti3SiC2/银基合金/铜基合金/钎料复合板材在真空或者保护 气氛下进行时效处理，处理温度400 500。C，处理时间1 5小时；
(10) Ti3SiC2/银基合金/铜基合金銜料复合板材轧制至规定尺 寸，并按触头尺寸进行机械加工。
实施例1
表层Ti3SiC2，厚度120 um;
辅助层金刚石0.8%、银余量，厚度200iim;
基体纯铜，厚度1.4ram;
焊接层锡3. 5%、银5.0°%、锌2.0%、磷4. 3%、铜余量， 厚度0. l鹏。
实施例2
表层Ti3SiC2，厚度400um;
辅助层氧化锌8.0%、银余量，厚度400um;
基体镧2%、铜余量，厚度l.lmm;
焊接层锡4. 0%、银5. 0%、锌2. 2%、磷4. 5%、铜余量， 厚度0. lmm。
实施例3
表层Ti3SiC2，厚度200um;
辅助层氧化锡8.0%、氧化铟4.0%、银余量，厚度250um; 基体金刚石1.3%、镧O. 5%、铜余量，厚度l. lmm; 焊接层锡4. 5%、银5.2%、锌2.0%、磷5.0%、铜余量， 厚度0. lmm。
实施例4
表层Ti3SiC2，厚度150 um; 辅助层氧化锌10.0%、银余量，厚度50um; 基体铝O. 12%、镧O. 34%、锆O. 05、铜余量，厚度l. lmm; 焊接层锡4. 5%、银5.2%、锌2.0%、磷5.0%、铜余量，厚 度0. l腿。
实施例5
表层Ti3SiC2，厚度270um;
辅助层0.8%金刚石、银余量，厚度360um;
基体铌1.5%、锆0.05%、铜余量，厚度1.08mm;
焊接层锡4. 5%、银30%、锌15%、铜余量，厚度0.09mm。 实施例6
以实施例5为例，其制备工艺如下
(1) 将铜基合金和银基合金按粉末冶金法，经混粉、压制、烧 结、挤压，分别轧制成厚度为1. 2咖和0. 40腿的板材。
(2) 钎料以熔炼法、轧制成厚度为0. lOram的带材。
(3) 对铜基合金和银基合金板材进行表面处理，使表面粗糙度
为5 " m Ra。
(4) 将铜基合金板材和银基合金板材进行热压复合，获银铜复 合板材。
(5) 在氩气保护下，于90(TC，烧结3小时。
(6) 采用等离子喷涂将Ti3SiC2金属陶瓷粉喷涂到上述板材银 基表面，厚度为300 u m，获Ti3SiC2/银基合金/铜基合金复合板材。
(7) 将上述Ti3SiC2/银基合金/铜基合金复合板材在100 X 104Pa、温度为85(TC条件下保温90min。
(8) 将上述处理过的Ti3SiC2/银基合金/铜基合金复合板材经 酸洗后，采用热敷法将Ti3SiC2/银基合金/铜基合金复合板材的铜基 面与钎料带材复合，获Ti3SiC2/银基合金/铜基合金/钎料复合材料板 材。
(9) Ti3SiC2/银基合金/铜基合金/钎料复合材料板材在真空下进 行时效处理，处理温度45(TC，处理时间2小时。
(10) 将Ti3SiC2/银基合金/铜基合金/钎料复合材料板材轧制至 1.80mm，并按触头尺寸进行机械加工。
权利要求
1.一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材料，由以下四层物质构成第一层(表层)为厚度3～1000μm的Ti3SiC2；第二层(辅助层)为厚度1～500μm的银基合金；第三层(基体)为铜基合金；第四层(焊接层)为厚度0.03～0.10mm钎料。
2. 根据权利要求1所述的一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材 料，其特征在于所述的Ti3SiC2是由纯度大于93%的Ti3SiC2粉 末制成，Ti3SiC2粉末粒度为0. 01 50um。
3. 根据权利要求1所述的一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材 料，其特征在于所述的银基合金为纯银或者含有重量百分比为 0.01 50。％的钨、钼、铜、镍、氧化镉、氧化锌、氧化锡、氧化铟、 碳化钨、金刚石、石墨中的一种或几种的混合。
4. 根据权利要求1所述的一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材 料，其特征在于所述的铜基合金为纯铜或者含有重量百分比为 0.01 50%的金刚石、石墨、银、镧、铈、镝、钐、钇、镱、锆、铝、 铬、铌、锡、锌、钨、钒、氧化锡、氧化镉、氧化铟中的一种或其中 几种的混合。
5. 根据权利要求1所述的一种Ti3SiC2多层复合结构电触头材 料，其特征在于所述的钎料含有重量百分比为3.5-4.5%的锡、0-31 %的银、1.5-17%的锌、0-5.2%的磷、余量为铜。
6. —种Ti3SiC2多层复合结构电触头材料的制备方法如下(1) 所述铜基合金和银基合金按粉末冶金法，经混粉、压制、烧结、挤压、轧制成所需规格的板材；(2) 钎料以熔炼法、轧制成厚度为0.05 0. 15隱的带材；(3) 对铜基合金板材和银基合金板材进行表面处理，使表面粗 糙度为2.5 13"mRa;(4) 将铜基合金板材和银基合金板材采用热压复合法进行复合;(5) 在保护气氛下，于700—90(TC，烧结l一3小时，得银铜 复合板材；(6) 采用刷覆或等离子喷涂将Ti3SiC2粉末喷涂到银铜复合板 材的银基表面；(7) 上述板材在100~10Xl(T4Pa、温度为800 900。C条件下保 温10 90min，获Ti3SiC2/银基合金/铜基合金复合板材；(8) 将上述Ti3SiC2/银基合金/铜基合金复合板材经酸洗后，采 用热敷法将复合板材的铜基面与钎料带材复合，获Ti3SiC2/银基合金 /铜基合金/钎料复合板材；(9) Ti3SiC2/银基合金/铜基合金/钎料复合板材在真空或者保护 气氛下进行时效处理，处理温度400 50(TC，处理时间1 5小时；(10) Ti3SiC2/银基合金/铜基合金/钎料复合板材轧制至规定尺 寸，并按触头尺寸进行机械加工。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种高强、高导电、高导热、耐氧化、抗熔焊，耐电弧烧损、具有自润滑性能的Ti₃SiC₂多层复合结构电触头材料及其制备工艺。Ti₃SiC₂多层复合结构电触头材料由以下四层物质构成第一层(表层)为厚度3～1000μm的Ti₃SiC₂；第二层(辅助层)为厚度1～500μm的银基合金；第三层(基体)为铜基合金；第四层(焊接层)为厚度0.03～0.10mm钎料。本发明一种Ti₃SiC₂多层复合结构电触头材料，Ti₃SiC₂/银基合金/铜基合金/钎料多层结构的合理配置，以Ti₃SiC₂为表层，不但强度高，而且具备良好的导电性、导热性，抗熔焊、耐电弧烧蚀、耐腐蚀、抗热震、抗氧化尤其高温抗氧化性等优良特性。
文档编号C22F1/14GK101345142SQ20081013699
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月25日 优先权日2008年8月25日
发明者严久江, 何肖冰, 倪树春, 刘新志, 王英杰 申请人:倪树春;王英杰;刘新志;严久江;何肖冰