一种铜铝基电触头复合材料

摘要

本发明公开了一种铜铝基电触头复合材料，其制备方法为：称取下述重量百分比的原料：铜50-65％，铝25-40％，银5-10％，锡1-5％，碳化硼1-3％，富镧或富铈混合稀土0.05-1％，先将混合稀土和铜制成混合稀土-铜粉；再将铜粉、铝粉、锡粉球磨混合，然后进行粉末冷压成型，烧结，二次成型，二次烧结冷却后制备成铜铝基电触头复合材料坯件。本发明选用铜和铝作为基体，铜与铝比较价格低廉，且资源较丰富，其导电导热性、抗熔焊性、电流蚀及摩擦特性均能满足电触头材料基体的要求，本发明的材料的抗熔焊性能强，耐氧化、耐磨性能良好，是低中压开关中常用的银合金电触头的廉价替代品。

权利要求

一种铜铝基电触头复合材料，其特征是采用以下方法制成：(1)称取下述重量百分比的原料：铜50‑65％，铝25‑40％，银5‑10％，锡1‑5％，碳化硼1‑3％，富镧或富铈混合稀土0.05‑1％，将混合稀土和铜制成200‑400目、重量比为1∶10的混合稀土‑铜粉；(2)将步骤(1)的混合稀土‑铜粉、以及粒度为200‑400目的铜粉、铝粉、锡粉球磨混合5‑10小时，再将粒度为200‑400目的碳化硼粉加入球磨后的粉料中进行机械混粉；(3)将上述混合均匀的粉末冷压成型，压强为500‑900MPa，保压时间为5‑10分钟；(4)将冷压成型品在NH3气体保护下烧结，烧结温度为750‑900℃，保温时间为2‑5小时；(5)将上述烧结后的产品以步骤(3)的方法进行二次压制，压强为400‑800MPa，保压时间为1‑10分钟；(6)将上述二次压制后的产品以步骤(4)的方法进行二次烧结，烧结温度为750‑850℃，保温时间为2‑5小时，冷却后制备成铜铝基电触头复合材料坯件。

2.根据权利要求1所述的铜铝基电触头复合材料，其特征是：步骤（2)中球磨所用料 球为6mm和8mm的玛瑙球，球料比为15 ： 1。

说明书

一种铜铝基电触头复合材料

技术领域

[0001] 本发明涉及到一种用于中低压电器开关的电触头复合材料，特别涉及一种铜铝基 电触头复合材料。

背景技术

[0002] 弱电触头元件是仪器仪表的关键部件，对仪器仪表的寿命和工作可靠性起着重要 作用，为了保证弱电触头工作可靠性，国内外普遍采用贵金属银及其合金材料制作。近年来 为了减少银金属的损耗，人们不断寻求新的节银、代银技术途径。

[0003] 专利申请号为2007100165042的中国专利，公开了一种弱电铜基电触头复合材料 及其制备方法，就是采用铜基为基本材料。通过在铜基材料上基础上加入一定量的稀土材 料和其它材料，以改善导电率及导热率等性能，使铜基材料应用于电触头。

[0004] 但由于铜材和稀土材料的价格仍然较高，上述专利材料的成本还没有直正的降 低。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种价格低廉、资源丰富、导电率及导热率高、接触电阻低 且稳定、抗熔焊性能佳、抗氧化性能及机械性能良好、并易加工制备的铜铝基电触头复合材 料。

[0006] 本发明是通过以下措施来实现的：

[0007] 本发明公开了一种铜铝基电触头复合材料，其特征是采用以下方法制成：

[0008] (1)首先，将混合稀土和铜制成200-400目、重量比为1 ： 10的混合稀土 -铜粉； 所述的混合稀土为富镧混合稀土或富铈混合稀土；

[0009] (2)将步骤（1)的混合稀土-铜粉、以及粒度为200-400目的铜粉、铝粉、锡粉球磨 混合5-10小时，再将粒度为200-400目的碳化硼粉加入球磨后的粉料中进行机械混粉；

[0010] (3)将上述混合均勻的粉末冷压成型，压强为500_900MPa，保压时间为5_10分 钟；

[0011] (4)将冷压成型件在NH3气体保护下烧结，烧结温度为750-900°C，保温时间为2_5 小时；

[0012] (5)对试件进行二次压制，压强为400_800MPa，保压时间为1_10分钟；

[0013] (6)对试件进行二次烧结，试样在NH3保护下烧结，烧结温度为750-850°C，保温时 间为2-5小时，冷却后制备成铜铝基电触头复合材料坯件；制成的铜铝基电触头复合材料 的重量百分比为：铜50-65%，铝25-40%，银5-10%，锡1_5%，碳化硼1_3%，富镧或富铈 混合稀土 0. 05-1%。

[0014] 上述本发明的铜铝基电触头复合材料，优选的：球磨所用料球为6mm和8mm的玛瑙 球，球料比为15 ： 1。

[0015] 本发明选用铜和铝作为基体，铜与铝比较价格低廉，且资源较丰富，其导电导热性、抗熔焊性、电流蚀及摩擦特性均可与银媲美，能满足电触头材料基体的要求。并采用低 熔点金属锡替代技术镉，考虑到触头材料力学、综合电性能等要求，并在铜基体和铝基体中 添加适量的碳化硼、稀土、银、锡，以提高材料的抗熔焊性能等电性能，改善抗氧化性能，获 得良好的自润滑性能及耐磨性。

[0016] 本发明的铜铝基电触头复合材料主要应用于中低负载的电源开关，继电器、直流 接触器、空气开关等低压电器中。本发明材料的抗熔焊性能强，耐氧化性能、灭弧性能好，耐 磨性能良好，电接触性能和银基电触头材料相近，是低中压开关中常用的银合金电触头的 廉价替代品。

具体实施方式

[0017] 实施例1

[0018] 称取以下重量百分比的原料：铜55 %，铝35 %，银6 %，锡2 %，碳化硼1 %，富镧混 合稀土 1%，将富镧混合稀土与部分铜粉混合，制成300目、重量比为1 ： 10的混合稀土-铜 粉；再将上述的混合稀土 _铜粉、以及铝粉、锡粉、剩余的铜粉球磨混合8小时，然后将粒度 为300目的碳化硼粉加入球磨后的粉料中进行机械混粉。球磨所用料球为6mm和8mm的玛 瑙球，球料比为15 ： 1。

[0019] 将上述混合均勻的粉末冷压成型，压强为800MPa，保压时间为6分钟；将冷压成型 件在NH3气体保护下烧结，烧结温度为800°C，保温时间为4小时；对试件进行二次压制，压 强为500MPa，保压时间为10分钟；对试件进行二次烧结，试样在NH3保护下烧结，烧结温度 为800°C，保温时间为5小时，冷却后制备成铜铝基电触头复合材料坯件。

[0020] 制备的毛坯性能达到：密度6. lg/cm3;电阻率3. 80 μ Ω . cm ；硬度HV(MPa)615 ； 150°C大气环境条件下的氧化增重0. 20mg/g. day (纯铜的为3. 6mg/g. day)。

[0021] 实施例2

[0022] 称取以下重量百分比的原料：铜60%，铝28%，银8%，锡2%，碳化硼1.9%，富镧 混合稀土 0. 1%，将富镧混合稀土和与部分铜粉混合，制成300目、重量比为1 ： 10的混合 稀土 _铜粉；再将上述的混合稀土 _铜粉、以及铝粉、锡粉、剩余的铜粉球磨混合8小时，然 后将粒度为300目的碳化硼粉加入球磨后的粉料中进行机械混粉。球磨所用料球为6mm和 8mm的玛瑙球，球料比为15 ： 1。

[0023] 将上述混合均勻的粉末冷压成型，压强为600MPa，保压时间为10分钟；将冷压成 型件在NH3气体保护下烧结，烧结温度为90(TC，保温时间为5小时；对试件进行二次压制， 压强为700MPa，保压时间为6分钟；对试件进行二次烧结，试样在NH3保护下烧结，烧结温度 为800°C，保温时间为3小时，冷却后制备成铜铝基电触头复合材料坯件。

[0024] 制备的毛坯性能达到：密度6. 6g/cm3;电阻率3. 65 μ Ω . cm ；硬度HV(MPa)655 ； 150°C大气环境条件下的氧化增重0. 18mg/g. day (纯铜的为3. 6mg/g. day)。。

[0025] 实施例3

[0026] 称取以下重量百分比的原料：铜55 %，铝30 %，银8 %，锡4 %，碳化硼2.5%，富镧 混合稀土 0.5%，将富镧混合稀土和与部分铜粉混合，制成300目、重量比为1 ： 10的混合 稀土 _铜粉，再将上述的混合稀土 _铜粉、以及铝粉、锡粉、剩余的铜粉球磨混合8小时，然 后将粒度为300目的碳化硼粉加入球磨后的粉料中进行机械混粉。球磨所用料球为6mm和8mm的玛瑙球，球料比为15 ： 1。

[0027] 将上述混合均勻的粉末冷压成型，压强为800MPa，保压时间为8分钟；将冷压成型 件在NH3气体保护下烧结，烧结温度为800°C，保温时间为4小时；对试件进行二次压制，压 强为700MPa，保压时间为4分钟；对试件进行二次烧结，试样在NH3保护下烧结，烧结温度为 800°C，保温时间为5小时，冷却后制备成铜铝基电触头复合材料坯件。

[0028] 制备的毛坯性能达到：密度6. 3g/cm3;电阻率3. 10 μ Ω . cm ；硬度HV(MPa)645 ； 150°C大气环境条件下的氧化增重0. 18mg/g. day (纯铜的为3. 6mg/g. day)。5