[發明專利]一種銀基稀土合金材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201010249354.1
• 申請日: 2010-08-10
• 公開（公告）號: CN102304640A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 王新建;王耀東;于磊;阮文魁
• 申請（專利權）人: 上海集強金屬工業有限公司
• 主分類號: C22C5/08
• 分類號: C22C5/08;C22C1/02;C22F1/14
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 胡美強

技術領域

本發明涉及一種銀基稀土合金材料及其制備方法和應用。

背景技術

長期以來，在電接觸材料中形成了以Ag-Cu為主的固溶強化型系列合金以及以Ag-Ni為主的彌散強化型系列合金。其中以Ag-Cu合金應用最為廣泛。但Ag-Cu合金在工業氣氛下，尤其在高溫、高濕和含硫化氫氣氛中，表面容易生成不導電的硫化物膜和氧化物膜，導致接觸電阻不穩定，接觸可靠性降低。同時，由于銅含量較低，合金的再結晶溫度低(約260℃)，電機工作環境下的高溫易使換向器片局部軟化甚至熔化，極大地加速磨損過程。并且電機在工作時產生的電弧一方面會造成換向器溝槽附近極片邊緣材料的快速損耗，另一方面使聚集在溝槽中的磨屑顆粒表面熔化而相互焊接，與極片邊緣形成冶金連接，造成極片早期短路。

Ni是Ag合金的晶粒細化劑，能夠穩定產品尺寸，顯著提高基體材料的耐磨性和耐腐蝕性，并進一步提高材料的抗電弧侵蝕性能；另外由于Ag-Cu合金有偏析傾向，添加適量的Ni能夠顯著減少合金偏析。但由于即使在高溫(約1000℃)下，Ni與Ag基體也幾乎不互溶，Ni在銀合金基體中極易偏聚，對熔鑄銀基體的組織均勻性有很大影響。因此高Ni含量(0.5％)的Ag-Cu合金在熔煉方面還存在一定的困難。目前，日本田中公司的AgCu₄Ni_0.5合金材料的水平處于世界領先地位。

稀土元素在貴金屬電接觸材料中已得到良好的應用。將稀土加入合金中，主要起內部氧化作用。稀土氧化物在晶界上呈彌散分布，在這些彌散的質點附近形成位錯環，可以進一步強化基體。因此，稀土元素是一種強烈的脫氧劑，能有效奪取合金中的氧，在保持基體材料優良導電性和導熱性的前提下，對合金基體具有明顯的強化作用。同時能夠細化基體晶粒，在一定程度上緩解合金組織和結構的不穩定性問題，這正是當前Ag-Cu-Ni合金材料所需要解決的問題之一。

Zn由于具有較高的蒸汽壓，在較低的溫度下能夠揮發形成鋅蒸汽。在換向器的工作環境中，鋅蒸汽的揮發吸熱，能夠消耗大量的電弧能量，同時產生的鋅蒸汽能夠起到有效的滅弧和表面自潔作用。

近年來隨著家用電器等的小型化，往往將微電機安裝在發熱元件的附近。高溫環境對微電機的耐磨性造成嚴重影響，使得換向器的壽命大大降低。為了進一步提高換向器材料的耐磨性能及耐電蝕性能，一些學者提出了向Ag-Cu合金中添加微量稀土元素等的方法，其中一些也起到了較好的效果。CN?101029362A(公開日2007.09.05)公開了一種新型銀銅稀土材料，其各成分的質量百分比含量為Sn?0.3-0.8％，Ce?0.3-0.8％，余量為AgCu₆合金。該材料提高了AgCu₆合金電接觸材料的耐磨性，耐電弧燒蝕性能和抗熔焊性能。CN?101029361(公開日2007.09.05)公開了一種新型銀稀土合金電接觸材料，其各成分的質量百分比含量為Cu?4-8％，Ni?0.5-1.5％，余量為AgCe_0.5合金，該材料提高了Ag-Ce合金電接觸材料的耐磨損能力并細化了晶粒，從而改善Ag-Ce合金的力學性能。CN?101246758(公開日2008.08.20)公開了一種適用于弱電流的滑動電接觸材料。其中所述基體材料為Ag-Cu-Ni或Ag-Cu-Zn-Ni，稀土元素為La和/或Ce。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服了現有的銀基復合材料不適用于微電機的高溫環境致使壽命大大降低，或適用于微電機的銀基復合材料由于添加稀土元素而導致材料延伸率大幅下降，不利于材料加工等缺陷，提供了一種新的銀基稀土合金材料及其制備方法和應用。本發明的銀基稀土合金材料具有良好的延伸率，利于冷加工變形，再結晶溫度高，組織結構穩定，高溫下硬度高，耐磨性好等特點，適用于作為滑動電接觸材料，尤其是輕、中等負荷微電機用滑動電接觸材料。其能與銅或銅合金復合后制成微電機換向器等零件，用于家用電器等的小型直流電動機，尤其制作的換向器高溫接觸電阻小而穩定，耐電侵蝕及耐機械磨損性能高，在約70℃的高溫環境下仍具有質量好、壽命長的優點。

本發明提供了一種銀基稀土合金材料，其包含下述成分：Cu?0.1～8％，較佳的為4～6.5％；Ni?0.01％～0.5％，較佳的為0.2～0.4％；Sm?0.01％～0.3％，較佳的為0.1～0.25％；以及Ag，Ag補足至100％，所述百分比皆為相對于銀基稀土合金材料的質量百分比。其中，Cu、Ni和Sm彌散于Ag中。