[發明專利]基于磁控濺射共沉積技術的電觸頭Ag-TiC納米復合涂層

有效

• 申請號: 201410638057.4
• 申請日: 2014-11-13
• 公開（公告）號: CN104404461B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發明（設計）人: 祝新發;勵政偉;陸紅妹;齊進艷;李戈揚
• 申請（專利權）人: 上海工具廠有限公司;上海交通大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;H01H1/0233
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種金屬復合材料技術領域的涂層，具體是一種硬度達到2.5Gpa以上且電阻率小于16μΩcm的用于電觸頭的Ag‐TiC納米的復合涂層。

背景技術

Ag基材料的高導電性和低接觸電阻在現代電器工程的導電開關上作為觸頭材料得到廣泛應用。在電路開關閉合時，觸頭的兩接觸面除了承受較大的壓力外，還會產生相對運動，使得觸頭材料在受到電弧燒蝕和加熱的同時相互摩擦，這種摩擦是觸頭失效的主要原因之一，因而提高Ag觸頭材料的硬度以獲得高的耐磨性是提高觸點壽命的重要方面。在Ag中加入SnO₂等陶瓷顆粒不但可以提高觸頭材料的硬度和耐磨性，也可因陶瓷顆粒對電弧的分散而延長觸頭的使用壽命。減小陶瓷顆粒的尺寸和Ag晶粒的尺寸并使其形成均勻彌散的分布是目前提高觸頭材料使用壽命的重要途徑，事實上，這樣由陶瓷顆粒增強Ag復合材料不但已得到廣泛使用，而且其種類和制備技術也在許多文獻上得以公開。

經過對現有技術文獻的檢索發現，中國專利文獻號CN101071687公開(公告)日2007.11.14，公開了一種銀‐納米氧化錫電觸頭材料及其制備工藝，該方法通過溶膠凝膠技術獲得含Cu的Ag‐Sn(OH)₄包覆粉，經焙燒后獲得平均粒徑小于100納米的氧化錫均勻分布于Ag基體中的電觸頭材料。

中國專利文獻號CN103276235A公開(公告)日2013.09.04，公開了一種高能球磨法制備超細摻雜AgSnO₂電觸頭材料的方法，該技術通過高能球磨濕混法制備出超細的SnO₂懸浮液，與不同粒徑的銀粉混合進行高能球磨處理，得到AgSnO₂復合粉，經成型燒結后得到超細摻雜的AgSnO₂電觸頭材料。

中國專利文獻號CN102820152A公開(公告)日2012.12.12，公開了一種噴射共沉積制備銀氧化錫電觸頭材料的方法，該技術通過1200‐1400℃的熔態銀液與氧化錫粉和添加物粉共同噴射獲得銀氧化錫沉積坯，并進一步擠壓、拉拔或軋制成為觸頭材料。

中國專利文獻號CN104051054A公開(公告)日2014.09.17，公開了一種銀、碳化鈦基觸頭材料及其制備方法。其配方按重量百分數配比如下：碳化鈦3％‐40，余量為銀?；蛘呤翘蓟?％‐40，碳0.01％‐5％，余量為銀。或者是碳化鈦3％‐40，鐵、鈷、鎳中的一種或幾種混合物0.01％‐4％，余量為銀?；蛘呤翘蓟?％‐40，碳0.01％‐5％，鐵、鈷、鎳中的一種或幾種混合物0.01％‐4％，余量為銀。

事實上，作為觸頭復合材料，減小陶瓷顆粒的尺寸和Ag晶粒的尺寸，并使它們獲得均勻彌散的分布有利于提高觸頭的各項性能和壽命，為獲得這樣結構的觸頭材料還有許多其他的方法。然而，現有制備陶瓷/增強Ag復合材料電觸頭的方法均采用了先得到陶瓷顆粒，再將其摻至金屬基體中的技術路線，這樣的方法所獲得的是一種塊體材料，在這樣的復合材料中不但難以將陶瓷顆粒的粒徑進一步細化至20nm以下，也難將Ag基體的晶粒細化到50nm以下。

經對已公開信息的進一步查找發現，目前尚未公開由直徑小于100nm的陶瓷顆粒和直徑小于100nm的Ag晶粒組成且具高均勻彌散分布的超細納米結構觸頭復合材料。另一方面，現有公開信息中用于觸頭的Ag基復合材料都屬于塊體材料而缺乏能夠在開關元件接觸面上直接鍍覆的，以涂層形式存在的觸頭復合材料。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種基于磁控濺射共沉積技術的電觸頭Ag‐TiC納米復合涂層，該復合材料不但為可直接鍍覆于電器開關元件上的涂層，而且由于組成復合材料的TiC顆粒和Ag晶粒均為極細的納米尺度，使得復合材料兼具高硬度和高導電率，作為觸頭材料使用具有接觸電阻低，耐磨損和耐電弧燒蝕的優點。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種基于磁控濺射共沉積技術的電觸頭Ag‐TiC納米復合涂層，具有納米尺度且均勻混合的TiC顆粒和Ag晶粒，該復合涂層的硬度為2.5‐4.2GPa，電阻率為3.4‐16μΩcm，涂層的厚度甚至可以達到0.3mm以上。

所述的TiC顆粒的含量為1.0‐6.0at.％，所述的Ag晶粒尺寸小于50nm。

所述的TiC顆粒在復合涂層中形成尺寸小于5nm的聚集態顆粒，并均勻地分布于Ag晶粒之間。

本發明涉及上述Ag‐TiC納米的復合涂層的制備，采用氣相沉積的磁控濺射法得到。