[發明專利]一種二元導電氧化物改性銅基電接觸材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810421030.8
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108531766A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 邵文柱;楊麗;甄良;李維建
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C32/00;C22C1/05;H01H1/025
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 賈澤純

一種二元導電氧化物改性銅基電接觸材料及其制備方法，本發明屬于電工材料領域，具體涉及一種二元導電氧化物改性銅基電接觸材料及其制備方法。本發明是要解決電器開關分斷觸頭可靠性差、壽命短的問題。二元導電氧化物改性銅基電接觸材料按質量百分比由二元導電氧化物、鑭、鋯和余量的銅制成。方法：采用摻雜改性二元導電氧化物作為第二相和基體合金化的原則進行材料設計，并通過液相原位合成共沉積及后續熱處理等方法實現材料制備，獲得耐電弧燒蝕性高、接觸電阻低且穩定的新型銅基電接觸材料。本發明用于用于電磁軌道炮導軌及高速列車受電弓滑板等強電弧燒蝕環境電能轉換裝置電接觸元件的制造。

技術領域

本發明屬于電工材料領域，具體涉及一種二元導電氧化物改性銅基電接觸材料及其制備方法。

背景技術

眾所周知，大多數低壓電器用電接觸材料都是貴金屬,特別是銀基合金或復合材料材料。盡管銀基材料可保證電接觸元件的良好服役特性和電器的可靠工作，卻導致了稀貴金屬的大量消耗。

與銀相比，銅作為電接觸材料最大的問題在于其易于氧化，且生成的氧化膜不導電。因此，以銅作為電接觸材料基體時，必須要解決其在存儲和服役過程中的氧化問題。目前研究結果認為，添加稀土元素(La、Ce、Y等)和微量(Zr、Te、In、Hf、Bi、Cd等)元素合金化能夠有效控制銅的氧化膜生長速度。但在低壓電器接通和分斷時，電弧和焦耳熱的作用仍然會使銅觸頭表面發生熔化和氧化，使其接觸特性惡化。所以，如何有效控制銅觸頭工作層(表面氧化及電弧燒蝕形成的膜層)接觸特性成為銅基電接觸材料設計的關鍵性問題。

基于電接觸理論和參照銀基電接觸材料設計原則，目前低壓電器上使用的銅基材料大都在基體合金化的基礎上，通過第二相添加構成耐燒蝕骨架和保證其表層接觸特性。較早用于低壓開關的Cu-C(石墨、金剛石等，近幾年也有人提出石墨烯、碳納米管等)觸頭是利用石墨的高導電性提高了銅觸頭的接觸導通能力，同時起到了抗熔焊作用，使其具有極高的通斷能力。但由于石墨與基體之間潤濕性較差，在熱-力循環載荷作用下裂紋易于快速擴展，造成早期失效，因而Cu-C(石墨)觸頭電壽命較低。邵文柱等人在Cu-C(金剛石)系列觸頭材料的基礎上添加金屬相(Nb、V、W、Ta、Mo)，主要利用這些金屬不易氧化，且其低價氧化物具有良好導電性的特點，保證材料表面工作層具有較高的轉換穩定性和抗腐蝕特性，使之在一些電器上得到了產業化應用。但由于上述添加的金屬相與基體之間潤濕性較差，會導致材料快速失效；且在長期服役時表面金屬氧化物會與水蒸氣反應形成鎢酸銅類絕緣產物，使觸頭失去接觸轉換功能。也有研究者參考Ag-MeO觸頭材料設計，在銅合金添加SnO₂、ZnO類氧化物及SiC、BN類陶瓷相作為第二相，但沒有實際應用的報導?？傊壳斑@種設計思想所開發出的觸頭材料，已經無法滿足接觸器類長壽命電器和新型低接觸壓力高容量電器的要求。

發明內容

本發明是要解決電器開關分斷觸頭可靠性差、壽命短的問題。而提供一種二元導電氧化物改性銅基電接觸材料及其制備方法。

一種二元導電氧化物改性銅基電接觸材料按質量百分比由4％～10％的二元導電氧化物、0.004％～0.01％的鑭、0.1％～0.3％的鋯和余量的銅制成。

上述一種二元導電氧化物改性銅基電接觸材料具體按以下步驟進行：

一、稱取金屬A、金屬B和銅合金粉末，其中金屬A和金屬B的質量比為1：(23～24)，金屬A和金屬B的總量與銅合金粉末的質量比為1：(9～20)；所述金屬A為鋁、鎵、銻或鉬，金屬B為鋅或錫，且保證鋁或鎵與鋅組合，銻或鉬與錫組合；所述銅合金粉末為銅-鑭-鋯合金粉末；

二、將步驟一中的金屬A和金屬B的碎屑或粉末分別溶于質量百分含量為20～25％的硫酸中，得到硫酸A鹽溶液和硫酸B鹽溶液；將硫酸A鹽溶液和硫酸B鹽溶液混合后向其中加入銅合金粉末和蒸餾水，在溫度為60～85℃的水浴條件下攪拌形成懸濁液；

三、采用13～16％碳酸鈉溶液在攪拌條件下將懸濁液的pH值調整為7.0～7.4，靜置得到沉淀物；