[发明专利]一种节银型层状复合触头片件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可节银的层状复合触头片件的制备方法，主要应用于低压电器行业中的电触头材料及其制造。 

背景技术

目前低压电器行业中小电流的电器产品大多使用银基材料作为其电接触材料。这种电接触材料选择了具有导电导热性佳、又有一定抗电腐蚀的银为主要基体，但纯银硬度太低，抗磨损性能较差，因此在银基体上一般需添加MeO(金属氧化物)第二相，才能制备出满足抗熔焊性好、耐电弧烧损与耐磨损性佳的电接触应用要求。其中传统的银基材料大多为银氧化镉，随着日益严格的环保要求，银氧化锡材料也正在逐渐取代银氧化镉。但无论是银氧化镉还是银氧化锡材料，由于其中存在的氧化物阻碍了该电接触材料与其它材质部件的连接，在实际使用中都需要在这些银基材料的一面(另一面则为电接触功能层)复上一层焊接层材料，以满足该触头片件与其余材质部件的焊接连接作用，该焊接层材料一般为与银基材料连接性好的纯银或银合金，即实际应用中的电接触片件为银氧化物层/焊接层的两层层状结构。制备这种层状复合触头片件的目前常用工艺是先用熔炼法制成与银金属氧化物相对应的银合金，例如银氧化锡对应的为银锡铟(其中促进锡的氧化而必须添加铟元素)合金，而银氧化镉对应的则是银镉合金；然后将银合金与纯银(或银合金)复合成两层结构的板材或带材。板材或带材经过成品轧制工序成最终产品的厚度，然后冲压成最终触头片件的尺寸大小，最后在高压内氧化内进行600℃～700℃、10^-1～10²MPa氧压、几小时至几十小时不等时间的高压氧化处理。这种常用的制备银氧化物触头片件的技术被称为合金内氧化法。该方法工艺简单因而被大量采用，但无法避免合金内氧化工艺过程必然出现的银氧化物层中间“贫氧化物亮带”现象(见附图1)：金属氧化物的分布从层表面向层中间逐渐呈细到粗，而层中间因无氧化物呈现带状白亮样。贫氧化物带的形成与银合金氧化过程中合金元素向外对称扩散同时氧从外向层内对称扩散过程的综合平衡结果有关。已有大量实验证据表明，用合金内氧化法制备出的的触头片件在开关通断过程中，当反复频繁的电弧作用使银氧化物层磨损至中间贫氧化物带附近时，该触头材料将因此时无氧化物的灭弧或抵抗电蚀作用而造成触头粘死，即电接触功能完全失效，这实际上也同时意味着将有占近一半厚度左右的银氧化物层被浪费。银本身作为贵重金属材料，再加上近年来银价一直处于急剧攀升态势，而电接触材料的应用每年都要消耗大量的银，因此节银方面的技术一直受到广泛关注。然而对于合金内氧化法而言，无论是添加元素还是增加氧压，或是其它应用技术目前尚无法实现批量化生产无贫氧化物带的银氧化物型层状复合触头片件。因此，如何实现层状复合触头片件中的银氧化物层被充分利用是节银工程技术研究的重要方向。 

另外，近年来国内报道了少银节银型低压电器电触头材料的一些发明专利，如代表专利为《铜基低压电器电工触头合金材料》(专利号94102452.0)和专利为《少银节银型低压电器电触头材料》(专利号为200610046594.5)。这些专利均为以铜为基体的合金材料，添加的元素主要包括镉、二氧化铈、三氧化二镧、金刚石微粉、银，但这种设计无论如何加元素都无法改变材料以铜基体为主的本质，因而铜的耐电蚀差、抗氧化能力差的主体缺陷使这些铜基触头材料仍无法在相当 程度上取代低压电器用的银基触头材料(实际应用证明在15A以上的较大电流情况下铜基电触头材料均不能使用)。 

发明内容

本发明的目的在于：完全避免银氧化物层的中间贫氧化物带的出现，从而使层状复合触头片件中银氧化物层的电接触功能够被完全充分地利用，最终实现显著节银效果。 

本发明的技术方案是这样实现的：该节银型层状复合触头片件由银氧化物层/过渡银层/导电纯铜层/焊接层的四层结构材料构成，替代原有的银氧化物/焊接层的两层结构材料设计。其中，银氧化物层为用粉末冶金法制备的银氧化锡或银氧化镉材料。这种节银型层状复合触头片件的制造流程为首先通过粉末冶金—等静压—烧结—挤压出银氧化物材料板材或带材，再经可控气氛热复合法制备出层状复合材料，最后经成品厚度轧制及冲压成型工序制成片件。