[发明专利]提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料；由这种电接触材料作工作层、铜作基层所组成的两层复合材料；以及使用该两层复合材料制作的换向器，和使用该换向器的直流微电机。

背景技术

在直流微电机的工作过程中，换向器和电刷片相互接触并相对滑动，实现电流的传输，保持电机运转。因此，换向器和电刷之间不可避免地存在滑动摩擦磨损，而且还有电弧产生，对材料造成损伤。换向器和电刷片的摩擦磨损过程中产生的磨屑被挤压在两者之间，影响二者的接触性能，造成较大的接触电阻波动，导致输出波形不良和电噪声，严重时引起非换向期电弧，加快材料的损伤。换向时产生的电弧温度很高，常常造成银合金的熔化、飞溅，是换向器失效，进而引起微电机寿命终止的重要原因。而且，电接触过程中由于机械摩擦和电流作用所产生的温升会使材料表面硬度下降，降低其硬度和耐磨性，进一步加剧了材料的机械磨损。

银合金具有优良的导电性和耐腐蚀性能，因而是换向器中最常见、用量最大的滑动式电接触合金。以氧化物增强的银基电接触材料在“开-闭”式电接触领域已经得到了广泛的应用，常见的有AgCuO、AgZnO、AgSnO₂等。但是，由于氧化物增强的电接触材料加工性能较差，使得如何在滑动式电接触材料中采用氧化物增强的技术，提高换向器用电接触材料的耐磨性和抗电弧侵蚀能力是提高换向器使用性能和微电机使用寿命和稳定性，是本领域广大技术人员关注的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料，所述材料在现有的AgCuZnNi换向器合金中引入氧化物质点，合理利用氧化物的高硬度和高熔点特性，提高合金的耐磨性和抗电弧侵蚀能力，该材料与铜组成的复合材料用于制作直流微电机的换向器，以改善接触稳定性、降低电噪声、延长微电机的使用寿命。

本发明所述提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料，由Cu、Ni、Zn、氧化物和Ag组成，其各组分的重量百分含量为：

Cu      1～8％；

Ni      0.1～0.5％；

Zn      1～5％；

氧化物  0.5～2％；

余量为Ag；

其中，氧化物为Al₂O₃、ZrO₂、CeO₂、Cr₂O₃中的任意一种。

上述氧化物的粒度为0.5～3μm。

本发明涉及的微电机换向器用滑动电接触复合材料，它以提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料为工作层，以铜为基层，其中，所述工作层覆盖在铜的表面。

所述工作层全部或部分覆盖在铜的表面。

本发明涉及的一种微电机换向器，它使用微电机换向器用滑动电接触复合材料。

本发明还涉及一种微电机，它使用上述换向器。

本发明所述提高耐磨性和抗电弧侵蚀能力的微电机换向器电接触材料中的氧化物具有高的硬度，通过弥散强化机制提高银基体的硬度，另一方面其自身也具有很强的抵抗滑动磨损的能力，使滑动式电接触材料的耐磨性得以提高，减少磨屑的产生；另外，氧化物还具有高的熔点，在电弧高温的作用下也不会熔化，并且可以防止银基体的飞溅和流失，从而提高材料整体的抗电弧能力。因此，采用本发明的氧化物增强电接触材料制作微电机换向器，可以延长使用寿命、增加接触稳定性、降低电噪声。若氧化物的含量低于0.5％，则其耐磨损和抗电弧作用不能充分发挥；若氧化物的含量高于2％，则显著增大滑动接触时的接触电阻，并且对电刷造成严重磨损，反而降低微电机寿命。

为了保证氧化物颗粒的数量和分布均匀性，本发明对氧化物的粒度也进行了优选。在现有的生产条件下，如果氧化物的粒度低于0.5μm，则颗粒过于细小，在运输、保存和使用过程中容易团聚，其在换向器材料中的分散性和均匀性很难保证，降低材料性能的一致性和稳定性，不能满足大批量生产的要求。但是，如果氧化物的粒度大于3μm，则颗粒过于粗大，这一方面减少了换向器材料中增强颗粒的数量，弱化增强效果，另一方面严重降低材料的工艺性能，生产中容易出现开裂现象，同样不能满足大批量生产的要求；此外，过于粗大的颗粒对接触电阻和电刷也会产生不利影响。

将本发明的换向器材料作为工作层复合在铜基层表面，用于制作微电机换向器，可以节约贵金属，降低换向器和微电机的生产成本。