[發(fā)明專利]氮化物增強滑動電接觸合金及其層狀復合材料

無效

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• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103060600A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 徐永紅;章應
• 申請（專利權）人: 重慶川儀自動化股份有限公司
• 主分類號: C22C5/06
• 分類號: C22C5/06;C22C5/08;B32B15/01;H01R39/04
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 侯懋琪;侯春樂

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于微電機換向器的合金材料，尤其涉及一種氮化物增強滑動電接觸合金及其層狀復合材料。

背景技術

在直流微電機的工作過程中，換向器和電刷片相互接觸并相對滑動，實現(xiàn)電流的傳輸，保持電機運轉。

影響微電機壽命的因素主要有以下幾個：1、微電機工作時，換向器和電刷之間不可避免地存在滑動摩擦磨損，因摩擦磨損產(chǎn)生的磨屑被擠壓在換向器和電刷片之間，隨著堆積的磨屑增多，換向器和電刷片之間的接觸性能逐步降低，引起較大的接觸電阻波動，導致輸出波形不良和電噪聲，嚴重時引起非換向期電弧，非換向期電弧又會進一步加快材料的磨損，最終導致微電機壽命終結；

2、微電機在換向時，換向器與電刷片瞬間分離，產(chǎn)生的換向期電弧溫度很高，常常造成銀合金的熔化、飛濺，從而導致?lián)Q向器失效并最終使微電機壽命終止；

3、換向期電弧還容易使磨屑熔焊于換向器的溝槽中造成短路，致使微電機早期死機；

4、電接觸過程中由于機械摩擦和電流作用所產(chǎn)生的溫升會使材料表面硬度下降，降低其硬度和耐磨性，進一步加劇材料的機械磨損。

因此，提高換向器用電接觸材料的耐磨性和抗電弧侵蝕能力是提高換向器使用性能和微電機使用壽命及穩(wěn)定性的重要手段。

銀合金具有優(yōu)良的導電性和耐腐蝕性能，因而是換向器中最常見、用量最大的滑動式電接觸合金；但是銀的硬度和熔點均偏低，抗磨損和抗電弧性能存在明顯不足，無法滿足微電機換向器的使用要求，本領域技術人員采用了各種方法來改善其性能，目前，通過Cu、Ni、Zn、Pd、Pt、RE（稀土）等元素與銀合金的合金化來提高銀合金性能的技術已經(jīng)得到廣泛的應用；但是，隨著社會發(fā)展，工程領域對微電機性能的要求也在不斷提高，因此現(xiàn)有的換向器用滑動電接觸合金難以滿足要求，引入新的強化組元、開發(fā)新型換向器材料是滑動式電接觸材料研發(fā)和生產(chǎn)部門的重點發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容

針對背景技術中的問題，本發(fā)明提出了一種氮化物增強滑動電接觸合金，滑動電接觸合金的成分由Cu、Ni、氮化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量為：Cu：1~8%、Ni：0.1~0.5%、氮化物：0.5~2%、余量為Ag；所述氮化物為TiN、AlN、BN、Si₃N₄中的一種（實際工藝中，可綜合考慮各種物質的成本擇優(yōu)選用）。

本發(fā)明方案的核心是：在現(xiàn)有的銀合金中添加氮化物來使銀合金的性能得到改善，從而制作出高性能的換向器及微電機；之所以選擇將氮化物添加進銀合金中，理由如下：氮化物具有高的硬度，一方面可以通過彌散強化機制提高銀基體的硬度，另一方面氮化物自身也具有很強的抵抗滑動磨損的能力，從而使滑動式電接觸材料的耐磨性得以提高，減少磨屑的產(chǎn)生；同時，氮化物還具有高熔點的特性，不會在電弧高溫的作用下熔化，當銀基體在電弧高溫的作用下熔化時，細小的氮化物顆粒分散在熔融的銀中，增大了銀液的液相粘度，可以有效地防止銀基體的飛濺和流失，從而提高材料整體的抗電弧能力。

關于氮化物的含量，發(fā)明人在大量實驗研究中發(fā)現(xiàn)，若氮化物的含量低于0.5%，則其耐磨損和抗電弧作用不能得到充分發(fā)揮，對銀合金的性能改善效果相對較弱；若氮化物的含量高于2%，滑動接觸時的接觸電阻會顯著增大，并且會對電刷造成嚴重磨損，反而降低了微電機的壽命，因此，比較合理的氮化物用量應該在0.5~2%之間取舍；

為了保證氮化物顆粒在銀基體中的數(shù)量和分布的均勻性，本發(fā)明還對氮化物的平均粒度進行了優(yōu)選：在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，如果氮化物的平均粒度過于細小，不僅會使加工成本增加，而且在運輸、保存和使用過程中容易團聚，其在銀基體中的分散性和均勻性很得到難保證，導致不同批次材料性能的一致性和穩(wěn)定性無法得到保證，不能滿足大批量生產(chǎn)的要求；反之，如果氮化物的平均粒度過大，會導致銀基體中的氮化物顆粒的數(shù)量相對較少，弱化對銀合金的增強效果，同時，還會嚴重降低材料的工藝性能，生產(chǎn)中，銀合金帶材容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求，此外，過于粗大的顆粒對接觸電阻和電刷也會產(chǎn)生不利影響，發(fā)明人經(jīng)過大量實驗后發(fā)現(xiàn)，將所述氮化物的平均粒度控制在0.5~3μm范圍，既可以避免氮化物出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，又可以保證銀基體中的氮化物顆粒數(shù)量足夠多，從而達到預期的增強效果，同時還保證了材料的工藝性；氮化物的平均粒度可通過采用篩網(wǎng)對原料進行過篩處理篩選獲得。