一種納米碳化鎢銀觸頭材料及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種新型納米碳化鶴銀觸頭材料及制備工藝，屬于金屬基復合材料技 術領域。
【背景技術】
[0002] 由于碳化鶴的烙點高，耐電腐蝕性強，而銀具有優良的導電導熱性能，碳化鶴銀材 料兼具有良好的耐電腐蝕性及導電導熱性，因而碳化鶴銀觸頭材料被廣泛地應用于斷路 器、接觸器等電器開關。電觸頭是電器開關的核屯、元件，起接通、承載和分段電流的作用，其 性能在很大程度上決定了電器開關的性能及其運行的可靠性。電器開關要求電觸頭材料具 有良好的導電導熱性能、低而穩定的接觸電阻、良好的耐腐蝕性、高的抗烙焊能力和長的機 械壽命等特點。對于碳化鶴銀觸頭材料，要符合高性能電器開關的要求，應達到如下要求： 碳化鶴顆粒細小并均勻地分布于銀基體上;觸頭致密度高;觸頭硬度高;觸頭電阻率低。
[0003] 目前，碳化鶴銀觸頭材料制造工藝有燒結法和烙滲法。烙滲法的主要步驟是在銀 烙點W上的溫度下將銀液體滲入碳化鶴銀壓巧內，由于銀對碳化鶴的潤濕性較差，為了利 于銀的滲入通常選用中粗顆粒的碳化鶴粉，因而導致觸頭晶粒粗大，金相組織不夠均勻，致 密度不夠高，難W滿足高性能電器開關的要求。燒結法的工藝流程是:碳化鶴粉、銀粉混合 ^壓制^燒結^復壓^復燒^，該方法工藝簡單、生產成本低，但由于碳化鶴和銀混合粉末 晶粒不夠細小且混合不夠均勻，所致得的觸頭碳化鶴顆粒分布不均勻，致密度低。納米材料 由于其小尺寸效應、表面效應、量子效應和宏觀隧道效應，使納米材料具有傳統材料所不具 備的新性質、新性能。采用納米技術制備的新材料由于組成晶粒超細，大量原子位于晶界 上，因而在機械性能、物理性能和化學性能等方面都優于普通的粗晶材料。美國制備了 AgMeO類納米晶觸頭，與采用常規的粉末冶金工藝制備的AgMeO粗晶觸頭相比，硬度高，密度 幾乎等于其理論密度，電導率高。日本制備了 AgNilO納米晶觸頭材料，該材料同常規機械混 粉粉末冶金的觸頭材料相比，Ni粒子在Ag基體中的分布情況要細小、均勻而且彌散得多，抗 烙焊性好。中國應用高能球磨方法制備的納米AgC觸頭材料，相比于傳統的機械混粉工藝制 備的觸頭材料，其燒結致密性增加，硬度明顯提高，電導率進一步提高。然而，納米碳化鶴銀 觸頭材料的制備及研究，國內外尚未報道。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種致密度高、硬度高、電阻 率低、抗烙焊性好的新型納米碳化鶴銀觸頭材料及其制備工藝。
[0005] 本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，所述的一種納米碳化鶴銀觸頭材 料，它主要由碳化鶴粉、儀粉W及銀粉和硬脂酸粉經球磨后制得納米WC/Ag復合粉體，再經 還原、壓制、燒結、復壓、復燒處理得到納米碳化鶴銀電觸頭，碳化鶴和銀的重量比為:40~ 80:20~60,其中碳化鶴相顆粒尺寸為50~500nm;所述儀粉的加入量為碳化鶴粉質量百分 比的0-2% ;所述硬脂酸粉的加入量為碳化鶴銀儀混合粉末質量百分比的0.5-5%。
[0006] -種如上所述納米碳化鶴銀觸頭材料的制備方法，該制備方法是：按配比稱取碳 化鶴粉和儀粉與硬質合金球和酒精置于行星式高能球磨機中球磨12~72h，取出混合粉末 經干燥后與特定比例的銀粉和硬脂酸粉混合并置于行星式高能球磨機中再球磨6~2地，所 得球磨后的納米WC/Ag復合粉體經還原、壓制、燒結、復壓、復燒處理，進而得到納米碳化鶴 銀電觸頭;其中：行星式高能球磨機的轉速為100-50化/min;
[0007] 所述酒精的用量按每化g碳化鶴儀混合粉末加入120~220ml酒精計算；
[000引所述硬質合金球與混合粉末的重量比為4:1~10:1。
[0009] 所述的硬質合金球的直徑為Φ 6~Φ 20mm。
[0010] 作為優選:所述碳化鶴粉的平均粒度為1~ΙΟμπι，所述銀粉的粒度為-200~-300 目；所述儀粉的平均粒度為-100~-200目；所述硬脂酸粉的平均粒度為-50~-100目。
[0011] 所述的干燥是將混合粉末置于80°C~150°C條件下烘干2~地；
[0012] 所述的還原是將球磨后的復合粉體置于氨氣或氨分解氣氣氛下、溫度為300~500 °(：的條件下，保溫1~化；
[0013] 所述的壓制是將退火后的復合粉體置于硬質合金模中壓制成壓巧，成型壓力為2 ~4T/cm2;或在壓制過程中加入現有常用量的成型劑；
[0014] 所述的燒結是將壓制好的壓巧放在氨氣或氨分解氣氣氛下、溫度1000~1250°C、 升溫速度為10~20°C/min條件下，保溫時間為:2~2.化；
[0015] 所述的復壓是將燒結后的毛巧置于硬質合金模中復壓，復壓壓力為10~15T/cm2; 或再復壓過程中加入現有技術中常用量的潤滑劑；
[0016] 所述的復燒是將復壓好的壓巧置于真空氣氛、溫度900~1000°C、升溫速度為10~ 20°C /min條件下，保溫時間為：1.5~化。
[0017] 本發明將碳化鶴粉和少量儀粉與硬質合金球置于行星式高能球磨機中進行球磨， 通過球磨，碳化鶴粉和儀粉混合更為均勻，晶粒得到細化，所得納米碳化鶴儀粉末與一定配 比的銀粉和硬脂酸再置于高能球磨機中進行球磨，通過球磨，碳化鶴儀粉和銀粉混合更為 均勻，晶粒進一步得到細化;少量儀的加入可W提高碳化鶴銀觸頭材料的燒結性能，再結合 納米碳化鶴粉的彌散強化作用，可W大大提高碳化鶴銀觸頭材料的致密度、硬度、抗電弧燒 蝕性能和抗烙焊性能。
[0018] 本發明在碳化鶴粉和銀粉的球磨過程中加入少量的硬脂酸，可抑制反應物組元間 的過分冷焊，降低粉末顆粒的團聚和粘球粘壁，明顯提高出粉率，改善合金粉末的均勻性， 而且硬脂酸能降低粉末顆粒發生斷裂所需要的能量，更有利于粒子的細化，制備的碳化鶴 銀觸頭材料晶粒尺寸細小，組織均勻、致密度高、硬度高、導電性能好，滿足高性能電器開關 的要求。
[0019] 與現有技術相比，本發明的特點在于:本發明將碳化鶴粉和少量儀粉與硬質合金 球置于行星式高能球磨機中進行球磨特定時間，通過球磨，碳化鶴粉和儀粉混合更為均勻， 晶粒得到細化，所得納米碳化鶴儀粉末與一定配比的銀粉再置于高能球磨機中進行球磨， 通過球磨，碳化鶴儀粉和銀粉混合更為均勻，晶粒進一步得到細化。少量儀的加入可W提高 碳化鶴銀觸頭的燒結性能，再結合納米碳化鶴粉的彌散強化作用，可W大大提高碳化鶴銀 觸頭材料的致密度、硬度、抗電弧燒蝕性能和抗烙焊性能；
[0020] 本發明硬脂酸的加入主要是抑制反應物組元間的過分冷焊，降低粉末顆粒的粘 結，明顯提高出粉率，改善合金粉末的均勻性;而且硬脂酸能降低粉末顆粒發生斷裂所需要 的能量，更有利于粒子的細化；
[0021] 與現有燒結相比，所得觸頭材料的晶粒更細小，金相組織更均勻，致密度和硬度更 高，抗電弧燒損能力也更高，且電阻率更低；
[0022] 與現有烙滲法相比，可W制備銀和碳化鶴質量比更寬的觸頭材料，且所得的觸頭 材料晶粒更細小，金相組織更均勻，致密度和硬度更高，抗電弧燒損能力也更高，且電阻率 更低；
[0023] 與采用化學反應的方式制造碳化鶴銀混合粉末結合烙滲制造碳化鶴銀觸頭的方 法相比，整個制造過程不產生任何廢水及其他廢棄物，而且工藝更為簡單。
【附圖說明】
[0024] 圖1為原始WC和Ag混合粉末的沈Μ圖片。
[0025] 圖2為球磨60h后，、納米碳化鶴儀復合粉末的SEM圖片。
[0026] 圖3為本發明實例3制備得到的納米碳化鶴銀觸頭材料的金相組織圖。
【具體實施方式】
[0027] 本發明所述的一種納米碳化鶴銀觸頭材料，它主要由碳化鶴粉、儀粉W及銀粉和 硬脂酸粉經球磨后制得納米WC/Ag復合粉體，再經還原、壓制、燒結、復壓、復燒處理得到納 米碳化鶴銀電觸頭，碳化鶴和銀的重量比為:40~80:20~60，其中碳化鶴相顆粒尺寸為50 ~500nm;所述儀粉的加入量為碳化鶴粉質量百分比的0-2% ;所述硬脂酸粉的加入量為碳 化鶴銀儀混合粉末質量百分比的0.5-5%。
[00%] -種如上所述納米碳化鶴銀觸頭材料的制備方法，該制備方法是：按配比稱取碳 化鶴粉和儀粉與硬質合金球和酒精置于行星式高能球磨機中球磨12~72h，取出混合粉末 經干燥后與特定比例的銀粉和硬脂酸粉混合并置于行星式高能球磨機中再球磨6~2地， 所得球磨后的納米WC/Ag復合粉體經還原、壓制、燒結、復壓、復燒處理，進而得到納米碳化 鶴銀電觸頭;其中：行星式高能球磨機的轉速為100-50化/min;
[0029] 所述酒精的用量按每化g碳化鶴儀混合粉末加入120~220ml酒精計算；
[0030] 所述硬質合金球與混合粉末的重量比為4:1~10:1。
[0031] 所述的硬質合金球的直徑為Φ 6~Φ 20mm。
[0032] 本發明所述的碳化鶴粉的平均粒度為1~ΙΟμπι，所述銀粉的粒度為-200~-300目； 所述儀粉的平均粒度為-100~-200目；所述硬脂酸粉的平均粒度為-50~-100目；
[0033] 所述的干燥是將混合粉末置于80°C~150°C條件下烘干2~地；
[0034] 所述的還原是將球磨后的復合粉體置于氨氣或氨分解氣氣氛下、溫度為300~500 °(：的條件下，保溫1~化；
[0035] 所述的壓制是將退火后的復合粉體置于硬質合金模中壓制成壓巧，成型壓力為2 ~4T/cm2;或在壓制過程中加入現有常用量的成型劑；
[0036] 所述的燒結是將壓制好的