[发明专利]具有时效硬化效应的电刷合金及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种含有Cu₃Pt和/或Cu₃Au有序相的时效硬化效应的银钯系高温滑动式电接触合金及用途。

背景技术

换向器和电刷片是小型直流电动机的核心部件，工作中其承受的主要载荷是载电条件下的滑动摩擦，滑动摩擦磨损和电弧侵蚀对材料造成的损伤是换向器和电刷失效，并最终导致微电机失效的主要原因。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加工硬化的材料产生再结晶，降低其硬度和耐磨性，进一步加剧了材料的机械磨损。

特别地，当直流微电机工作于高温环境时（80℃以上），由于环境温度高，电机的散热效果下降，电刷和换向器接触面的温升较常温条件下显著升高，材料的软化和磨损更加严重，常常导致电刷贵金属层早期磨耗，并进而加剧电弧，造成材料的严重电弧侵蚀甚至断裂，使微电机寿命显著缩短。因此，在这种条件下，电刷材料的高温耐磨性显得尤其重要。

目前普遍使用的电刷合金主要是AgPd二元合金，中国发明专利201110092385报道了添加Cu、RE和碱金属的钯银系电刷合金，较传统的AgPd二元合金具有更好的耐磨性，并且由于Cu的固溶强化、含稀土金属间化合物的沉淀强化，以及低熔点碱金属的灭弧作用，以该合金制作的电刷在温度高达70℃的环境中表现出较为优异的效果。然而，使用中发现，当环境温度升高到80～150℃时，这类电刷的磨损会显著加快，电弧侵蚀加剧，难以满足使用要求。

发明内容

本发明针对背景技术所述的现有电刷合金材料的不足，提供一种具有时效硬化效应的电刷合金，该材料含有Cu₃Pt和Cu₃Au有序相，具有较高的硬度，在电刷工作条件下，其硬度随温度升高的下降很小，在80～150℃的工作环境中仍然可以保持较高的硬度和耐磨性，满足了高温微电机的使用要求。

本发明的技术方案是：

具有时效硬化效应的电刷合金，各组分的重量百分含量为：

上述电刷合金含有Cu₃Pt和Cu₃Au有序相，为了保证Cu₃Pt和Cu₃Au有序相的析出，上述组分制作的材料需进行固溶处理和时效处理，其中固溶处理的保温温度为850～950℃，保温时间≥2min，随后水冷或空冷至室温；时效处理的保温温度为350～500℃，保温时间≥2min，随后水冷或空冷至室温。

用于小型直流电动机电刷用滑动电接触复合材料，以上述合金为工作层，铜合金为基层，其中，所述工作层全部或部分覆盖在铜合金的表面。

上述电刷合金或复合材料可以用于小型直流电动机电刷。

上述电刷可以用于小型直流电动机。

本发明中Ag是导电性最好的金属元素，并且具有良好的耐腐蚀性能，是滑动式电接触合金的首选元素，为电刷材料提供导电和耐腐蚀的基本保证，但纯Ag的力学性能不足、抗硫化性能差，易受电弧侵蚀和熔焊，因此必须与其它元素进行合金化才能发挥其优势。在具有时效硬化效应的耐高温电刷合金中，如果Ag的含量低于30%，则合金的导电性下降，影响电机的输出扭矩；如果Ag的含量大于40%，则抗电弧侵蚀能力降低，电刷容易被电弧烧蚀乃至断裂。

本发明中Cu也是导电性非常优秀的元素，并且可以对合金产生优良的强化作用。在本发明的合金中，部分Cu溶解在Pd和Ag的固溶体中，产生固溶强化作用；更重要的是，还有一部分Cu可以与合金中的Pt形成有序相Cu₃Pt，并与Au形成有序相Cu₃Au，通过适当的固溶和时效处理，这两种有序相可以在时效过程中析出，产生显著的时效强化效果，提高合金的硬度和耐磨性，而且这些有序相高温稳定性很好，当本电刷合金工作温度达到80～150℃时，仍然能够很有效地保持其强化作用，因而大大提高了电刷的高温耐磨性，满足电机的高温使用要求。如果Cu含量低于12%，则不能有效地发挥时效强化效果，如果Cu含量高于20%，则会降低合金的抗氧化性能，在高温环境中容易出现过多的氧化膜而增加接触电阻。