[發明專利]高熔點合金元素增強滑動電接觸合金及其層狀復合材料

有效

• 申請號: 201210562157.4
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103014402B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 章應;徐永紅
• 申請（專利權）人: 重慶川儀自動化股份有限公司
• 主分類號: C22C5/08
• 分類號: C22C5/08;H01H1/023
• 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

本發明涉及一種用于制作微電機換向器的材料，尤其涉及一種高熔點合金元素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，從而導致換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定性的重要手段。

銀合金具有優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；由于銀的硬度和熔點均偏低，其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，因此現有技術中采用了各種方法來改善銀合金的性能，目前，通過在Ag中添加Cu、Ni、Zn、Pd、Pt、RE（稀土）等元素的合金化來提高銀合金性能的技術已經得到了廣泛的應用；其中，較常用的有AgCuZnNi合金，Ni在固態下不溶于銀，因而會以彌散相的形式析出于基體中，起到細化晶粒、提高耐磨性的作用，同時，由于其熔點較高（約1455℃），也可以提高抗電弧能力。但是，由于Ni為面心立方結構，滑移系較多，外力作用下容易變形，所以當摩擦嚴重時，仍然無法有效改善耐磨性；同時，在電弧強烈時，Ni仍然可能被熔化，其提供的抗電弧性能也有限。因此，開發具有更好的耐磨損性和抗電弧能力的新型滑動式電接觸銀合金，是提高換向器性能、延長微電機使用壽命的必要途徑。

發明內容

針對背景技術中的問題，本發明提出了一種高熔點合金元素增強滑動電接觸合金，滑動電接觸合金的成分由Cu、Zn、高熔點合金元素和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為：Cu：1~8%、Zn：1~5%、高熔點合金元素：0.1~1%、余量為Ag；所述高熔點合金元素為Re、W、Mo中的一種（具體選用時，可綜合考慮各種物質的價格成本擇優選用）。

本發明的改進點在于，將現有的AgCuNi合金中的Ni成分替換為高熔點合金元素，相比于Ni元素，高熔點合金元素具有更強的耐磨性和抗電弧侵蝕能力，可以使銀合金的性能得到顯著改善，從而提高微電機的壽命。其作用原理為：由于高熔點合金元素的固有性質，在將其與銀基體的合金化過程中，高熔點合金元素不能固溶于銀基體中，在最終得到的銀合金的固相中，高熔點合金元素會以第二相形式彌散析出，對銀合金的耐磨性可以起到明顯的改善效果；高熔點合金元素的熔點普遍較高，基本上可以達到2620℃以上，因此高熔點合金元素的抗電弧侵蝕能力很強，產生電弧時，高熔點合金元素不會因電弧高溫而熔化，高熔點合金元素仍然以固態形式存在于銀基體中，增大了熔融的銀基體的液相粘度，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。發明人在大量的實驗中發現，若高熔點合金元素的含量低于0.1%，則其耐磨損和抗電弧作用不能得到充分發揮，對銀合金的性能改善作用較弱，而若高熔點合金元素的含量高于1%，則銀合金中的成分均勻性不容易得到保證，并且會對電刷造成嚴重磨損，反而會導致微電機因電刷過快磨損而壽命降低，因此，前述的配方中，高熔點合金元素的含量應在0.1~1%范圍內取舍。