一种高抗熔焊性能的银基电接触材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于电工触头材料领域，具体是指一种高抗熔焊性能的银基电接触材料及其制备方法。


背景技术：

2.在电接触的应用领域，熔焊是一个极其重要的现象。熔焊可能发生在触点的分断过程或接通过程中，且熔焊的发生会瞬间导致开关器件的失效而无法正常工作。在接通和分断过程中触点产生电弧，电弧产生高温，使接触点周围的金属熔化。在触头接触瞬间由于触头表面金属熔化并且触头紧密接触，触头间会被熔化金属焊接住，若分断时机械系统提供的分断力过小，则会出现熔焊失效，两个触头无法正常分开。国内外很多研究指出熔焊力的大小与燃弧时间呈线性增长的关系。燃弧时间越长，能够生成更大的熔池，因此会产生更大的熔焊力。因此，减少触点燃弧时间对提高触点的抗熔焊能力，提高开关电器的电寿命具有十分重要的意义。
3.众所周知，磁场可用于加速电弧移动或熄灭电气开关应用中触点断开或闭合过程中产生的电弧。借助铁磁性引弧件，采用磁吹技术，使电弧快速进入灭弧室的灭弧栅片中以达到熄弧效果，该技术广泛应用于断路器与接触器；但该灭弧系统尺寸结构过于笨重，无法适用于小规格的继电器。
4.通过检索，专利cn103551575a一种具有自吹弧特性的软磁电触头材料的制备方法及其产品中，通过采用不同的工艺路线得到两种方案的产品：方案一制备触头材料与软磁性材料混和粉体后再复银层制备离散分布软磁性颗粒的触头材料；方案二在银基触头上复合一层软磁性材料作为焊接层制备复合材料。然后，该专利方案存在以下缺点：方案一中触头材料中加入软磁性颗粒，虽然达到吹弧效果，但是触头本身电性能已发生改变；而方案二采用分层结构不适用于继电器铆钉所用的单根丝材连续生产模式，生产效率较低。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种高抗熔焊性能的银基电接触材料及其制备方法。该方案从材料结构的角度进行了创新设计，内层为银金属氧化物材料，外层为具有磁性功能银基材料的丝材结构，并制打成铆钉。在不改变内层触头材料电性能的情况下，通过外层磁性材料产生的磁场，快速将内层触头材料的电弧移动至触头边缘并熄灭，减少因燃弧时间长、熔焊力增大而引起触头熔焊的趋势，提升触头抗熔焊性能。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案是包括以下步骤：
7.(1)将银基材料粉体与银金属氧化物粉体分别制备成两个不同直径的圆柱锭并烧结复压，分别得到银基圆柱锭和银金属氧化物圆柱锭；其中，银基圆柱锭和银金属氧化物圆柱锭直径比为(1.1:1)～(1.25:1)；
8.(2)将银基材料锭子进行加热并放入挤压机的挤压筒中进行挤压，采用第一挤压
杆挤压，完成后挤压筒内壁留有一定厚度的银基材料圈套；在圈套材料内放入银金属氧化物圆柱锭，采用第二挤压杆反向挤压，形成内层为银金属氧化物材料、外层为银基材料的双层线材，外层材料厚度为线材直径的9％～20％；所述的第二挤压杆与第一挤压杆的直径比为(1.1:1)～(1.25:1)；
9.(3)将所述的双层线材拉拔至所需直径，与纯铜线材配对，冷镦成型制打形成复合类铆钉电触头。
10.进一步设置是所述内层的银金属氧化物材料指银氧化锡、银氧化铜、银氧化锌、银氧化锡氧化铟、银氧化镉中的一种。
11.进一步设置是所述外层的银基材料指银镍、银铁、银氧化铁中的一种或多种粉体组合。
12.本发明还提供一种根据所述的制备方法所制备的高抗熔焊性能的银基电接触材料。
13.本发明还提供一种如所述的银基电接触材料在断路器、继电器或者接触器中作为触点并提高抗熔焊性的应用，在触点断开或闭合过程中产生的电弧，通过外层具有磁性的银基材料产生的磁场，快速将内层触头材料的电弧移动至触头边缘并熄灭。
14.本发明的创新机理和有益效果是
15.传统的银金属氧化物电接触材料在接通和分断过程中不可避免地产生电弧，在电弧的作用下，触点表面接触区域温度迅速上升并超过材料熔点，材料发生熔化；由于电弧高能量的作用，使触头材料发生相变，触头表面成分与形貌决定了熔焊力的大小，当熔焊力大于结构分断力时，触点发生熔焊失效。由于电弧具有随机发生、弧根完全拉断后才熄灭的特点，传统触点燃弧时间长，熔焊现象随机发生在触点表面的任意位置。
16.与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下：本发明所制备的触点材料，在不增大继电器尺寸结构的前提下，除具备传统触头材料的导电导热、熔焊性与烧损性以外，还具有电弧快速往边缘移动并熄灭的特性。本发明通过设计一种内层为银金属氧化物材料，外层为具有磁性功能银基材料的丝材，并将该材料制打成铆钉。在继电器接通与分断过程中，利用电流产生的自磁力，外圈磁性材料被磁化并产生吹弧磁场，内层触头产生的电弧在外层磁场的吸引下，迅速往边缘移动。由于铆钉边缘动静触头间隙增大，电弧被拉长，有利于电弧的快速熄灭。本发明的触头材料有效减少电弧在触头表面的作用时间，减小电弧热-力作用下形成熔池造成触点熔焊趋势，提升触头抗熔焊性能。采用这种方法，工艺路线简单，适合大批量生产，经济效益显著。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
18.图1为本发明工艺流程图。
19.图2为本发明产品成形示意图。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
21.下文实施例里所述脱皮挤压杆即为上述第一挤压杆，所述的常规挤压杆即为上述第二挤压杆。
22.实施例一：
23.(1)采用预氧化工艺制备内层粉体：得到银含量88％的银氧化锡氧化铟粉末；
24.(2)采用混粉工艺制备外层粉体：得到银含量70％的银镍铁粉均匀粉体；
25.(3)在直径的乳胶套内装入银含量70％的银镍铁粉体进行等静压，得到直径的银镍铁圆锭；
26.(4)在直径的乳胶套内装入银含量88％的银氧化锡氧化铟粉体，进行等静压，得到直径的银氧化锡氧化铟圆锭；
27.(5)将等静压好的银镍铁圆锭与银氧化锡氧化铟圆锭在真空气氛中烧结；
28.(6)烧结后的两种圆锭分别在四柱液压机上进行复压整形，银镍铁圆锭采用直径复压模进行复压；银氧化锡氧化铟圆锭采用直径的复压模进行复压；
29.(7)复压后的圆锭放入挤压机进行挤压。挤压机具有滑块移动功能的两根挤压杆，常规挤压杆直径脱皮挤压杆的直径为首先将加热好的银镍铁圆锭放入直径为挤压筒，采用脱皮挤压杆挤压，完成后挤压筒内壁留有单边壁厚5mm的银镍铁圈套；再在该圈套材料内放入银氧化锡氧化铟圆锭，采用常规挤压杆反向挤压成内层为银氧化锡氧化铟材料、外层为银镍铁材料的丝材，外层材料厚度为整条丝材直径的11.4％；
30.(8)线材拉拔至所需直径，与纯铜线材配对，冷镦成型制打复合类铆钉电触头；
31.(9)与常规材料相比，在ac250v 15a的感性负载家用继电器使用过程中，本专利材料电寿命提升12％。
32.实施例二：
33.(1)采用混粉工艺制备内层粉体：得到银含量90％的银氧化锌均匀粉体
34.(2)采用预氧化工艺制备外层粉体：得到银含量86％的银氧化铁粉末；
35.(3)在直径的乳胶套内装入银含量86％的银氧化铁粉末进行等静压，得到直径的银氧化铁圆锭；
36.(4)在直径的乳胶套内装入银含量90％的银氧化锌粉体进行等静压，得到直径的银氧化锌圆锭；
37.(5)将等静压好的银氧化铁圆锭与银氧化锌圆锭在空气气氛中烧结；
38.(6)烧结后的两种圆锭分别在四柱液压机上进行复压整形，银氧化铁圆锭采用直径的复压模进行复压；银氧化锌圆锭采用直径的复压模进行复压；
39.(7)复压后的圆锭放入挤压机进行挤压。挤压机具有滑块移动功能的两根挤压杆，常规挤压杆直径脱皮挤压杆的直径为首先将加热好的银氧化铁圆锭
放入直径为挤压筒，采用脱皮挤压杆挤压，完成后挤压筒内壁留有单边壁厚8mm的银氧化铁圈套；再在该圈套材料内放入银氧化锌圆锭，采用常规挤压杆反向挤压成内层为银氧化锌材料、外层为银氧化铁材料的丝材，外层材料厚度为整条丝材直径的14.8％；
40.(8)线材拉拔至所需直径，与纯铜线材配对，冷镦成型制打复合类铆钉电触头；
41.(9)与常规材料相比，在ac250v 38个9w筒灯的led负载继电器使用过程中，本专利材料电寿命提升9.5％。
42.实施例三：
43.(1)采用预氧化工艺制备内层粉体：得到银含量85％的银氧化镉粉末；
44.(2)采用混粉工艺制备外层粉体：得到银含量80％的银镍氧化铁均匀粉体；
45.(3)在直径的乳胶套内装入银含量80％的银镍氧化铁粉体进行等静压，得到直径的银镍氧化铁圆锭；
46.(4)在直径的乳胶套内装入银含量85％的银氧化镉粉体进行等静压，得到直径的银氧化镉圆锭；
47.(5)将等静压好的银镍氧化铁圆锭与银氧化镉圆锭在真空气氛中烧结；
48.(6)烧结后的两种圆锭分别在四柱液压机上进行复压整形，银镍氧化铁圆锭采用直径的复压模进行复压；银氧化镉圆锭采用直径的复压模进行复压；
49.(7)复压后的圆锭放入挤压机进行挤压。挤压机具有滑块移动功能的两根挤压杆，常规挤压杆直径脱皮挤压杆的直径为首先将加热好的银镍氧化铁圆锭放入直径为挤压筒，采用脱皮挤压杆挤压，完成后挤压筒内壁留有单边壁厚11mm的银镍氧化铁圈套；再在该圈套材料内放入银氧化镉圆锭，采用常规挤压杆反向挤压成内层为银氧化镉材料、外层为银镍氧化铁材料的丝材，外层材料厚度为整条丝材直径的17.9％；
50.(8)线材拉拔至所需直径，与纯铜线材配对，冷镦成型制打复合类铆钉电触头；
51.(9)与常规材料相比，在ac250v 10a阻性负载的继电器使用过程中，本专利材料电寿命提升18％。
52.以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种高抗熔焊性能的银基电接触材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将银基材料粉体与银金属氧化物粉体分别制备成两个不同直径的圆柱锭并烧结复压，分别得到银基圆柱锭和银金属氧化物圆柱锭；其中，银基圆柱锭和银金属氧化物圆柱锭直径比为(1.1:1)～(1.25:1)；(2)将银基材料锭子进行加热并放入挤压机的挤压筒中进行挤压，采用第一挤压杆挤压，完成后挤压筒内壁留有一定厚度的银基材料圈套；在圈套材料内放入银金属氧化物圆柱锭，采用第二挤压杆反向挤压，形成内层为银金属氧化物材料、外层为银基材料的双层线材，外层材料厚度为线材直径的9％～20％；所述的第二挤压杆与第一挤压杆的直径比为(1.1:1)～(1.25:1)；(3)将所述的双层线材拉拔至所需直径，与纯铜线材配对，冷镦成型制打形成复合类铆钉电触头。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述内层的银金属氧化物材料指银氧化锡、银氧化铜、银氧化锌、银氧化锡氧化铟、银氧化镉中的一种或多种组合。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述外层的银基材料指银镍、银铁、银氧化铁中的一种或多种粉体组合。4.一种根据权利要求1所述的制备方法所制备的高抗熔焊性能的银基电接触材料。5.一种如权利要求4所述的银基电接触材料在断路器、继电器或者接触器中作为触点的应用，其特征在于：触点断开或闭合过程中产生的电弧，通过外层具有磁性的银基材料产生的磁场，快速将内层触头材料的电弧移动至触头边缘并熄灭。

技术总结
本发明公开了一种高抗熔焊性能的银基电接触材料及其制备方法和应用，所述的银基电接触材料为线材，由内外两层不同体系的银基触头组成：其中内层为抗烧损性能的银金属氧化物材料，外层为具有磁吹特性的银基材料。首先分别制备两种不同体系的银基触头粉体，制备成两个不同直径的圆锭，锭子经过烧结、复压后，在具有脱皮挤压杆和常规挤压杆的双挤压杆反挤压机上进行挤压。最终形成双层丝材，拉拔加工至所需的规格，冷镦成型制打铆钉型复合电触头。本发明所述的电接触材料可以加速将电弧移动至触头边缘，从而实现电弧快速熄灭，减少触头烧损，有效提升触头的抗烧损性能。有效提升触头的抗烧损性能。有效提升触头的抗烧损性能。


技术研发人员：张秀芳 杨昌麟 颜小芳 柏小平 万岱 林万焕
受保护的技术使用者：浙江福达合金材料科技有限公司
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2023/7/22