專(zhuān)利名稱(chēng)：含高熔點(diǎn)合金元素的滑動(dòng)電接觸合金及其層狀復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制作微電機(jī)換向器的材料，尤其涉及一種含高熔點(diǎn)合金元素的滑動(dòng)電接觸合金及其層狀復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
在直流微電機(jī)的工作過(guò)程中，換向器和電刷片相互接觸并相對(duì)滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電流的傳輸，保持電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。影響微電機(jī)壽命的因素主要有以下幾個(gè)1、微電機(jī)工作時(shí)，換向器和電刷之間不可避免地存在滑動(dòng)摩擦磨損，因摩擦磨損產(chǎn)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(dòng)，導(dǎo)致輸出波形不良和電噪聲，嚴(yán)重時(shí)引起非換向期電弧，非換向期電弧又會(huì)進(jìn)一步加快材料的磨損，最終導(dǎo)致微電機(jī)壽命終結(jié)；2、微電機(jī)在換向時(shí)，換向器與電刷片瞬間分離，產(chǎn)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(dǎo)致?lián)Q向器失效并最終使微電機(jī)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(jī)早期死機(jī)；4、電接觸過(guò)程中由于機(jī)械摩擦和電流作用所產(chǎn)生的溫升會(huì)使材料表面硬度下降，降低其硬度和耐磨性，進(jìn)一步加劇材料的機(jī)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(jī)使用壽命及穩(wěn)定性的重要 手段。銀合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和耐腐蝕性能，因而是換向器中最常見(jiàn)、用量最大的滑動(dòng)式電接觸合金；由于銀的硬度和熔點(diǎn)均偏低，其抗磨損和抗電弧性能存在明顯不足，無(wú)法滿(mǎn)足微電機(jī)換向器的使用要求，因此現(xiàn)有技術(shù)中采用了各種方法來(lái)改善銀合金的性能，目前，通過(guò)在Ag中添加Cu、N1、Zn、Pd、Pt、RE (稀土)等元素的合金化來(lái)提高銀合金性能的技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用；其中，較常用的有AgCuNi合金，Ni在固態(tài)下不溶于銀，因而會(huì)以彌散相的形式析出于基體中，起到細(xì)化晶粒、提高耐磨性的作用，同時(shí)，由于其熔點(diǎn)較高(約1455°C)，也可以提高抗電弧能力。但是，由于Ni為面心立方結(jié)構(gòu)，滑移系較多，外力作用下容易變形，所以當(dāng)摩擦嚴(yán)重時(shí)，仍然無(wú)法有效改善耐磨性；同時(shí)，在電弧強(qiáng)烈時(shí)，Ni仍然可能被熔化，其提供的抗電弧性能也有限。因此，開(kāi)發(fā)具有更好的耐磨損性和抗電弧能力的新型滑動(dòng)式電接觸銀合金，是提高換向器性能、延長(zhǎng)微電機(jī)使用壽命的必要途徑。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種含高熔點(diǎn)合金元素的滑動(dòng)電接觸合金，滑動(dòng)電接觸合金的成分由Cu、高熔點(diǎn)合金元素和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu :1、％、高熔點(diǎn)合金元素0. 1 1%、余量為Ag ;所述高熔點(diǎn)合金元素為Re、W、Mo中的一種(具體選用時(shí)，可綜合考慮各種物質(zhì)的價(jià)格成本擇優(yōu)選用)。
本發(fā)明的改進(jìn)點(diǎn)在于，將現(xiàn)有的AgCuNi合金中的Ni成分替換為高熔點(diǎn)合金元素，相比于Ni元素，高熔點(diǎn)合金元素具有更強(qiáng)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(jī)的壽命。其作用原理為由于高熔點(diǎn)合金元素的固有性質(zhì)，在將其與銀基體的合金化過(guò)程中，高熔點(diǎn)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(diǎn)合金元素會(huì)以第二相形式彌散析出，對(duì)銀合金的耐磨性可以起到明顯的改善效果；高熔點(diǎn)合金元素的熔點(diǎn)普遍較高，基本上可以達(dá)到2620°C以上，因此高熔點(diǎn)合金元素的抗電弧侵蝕能力很強(qiáng)，產(chǎn)生電弧時(shí)，高熔點(diǎn)合金元素不會(huì)因電弧高溫而熔化，高熔點(diǎn)合金元素仍然以固態(tài)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(fā)明人在大量的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，若高熔點(diǎn)合金元素的含量低于O. 1%，則其耐磨損和抗電弧作用不能得到充分發(fā)揮，對(duì)銀合金的性能改善作用較弱，而若高熔點(diǎn)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(huì)對(duì)電刷造成嚴(yán)重磨損，反而會(huì)導(dǎo)致微電機(jī)因電刷過(guò)快磨損而壽命降低，因此，前述的配方中，高熔點(diǎn)合金元素的含量應(yīng)在O. Γ %范圍內(nèi)取舍。在前述方案的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高銀合金的耐磨性，還可采用如下優(yōu)選方案當(dāng)所述高熔點(diǎn)合金元素采用W 或Mo時(shí),可通過(guò)在合金化過(guò)程中對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行控制,使W或Mo的晶體結(jié)構(gòu)以體心立方形式存在于滑動(dòng)電接觸合金中，當(dāng)所述高熔點(diǎn)合金元素采用Re時(shí)，使Re的晶體結(jié)構(gòu)以密排六方形式存在于滑動(dòng)電接觸合金中。前述的體心立方形式的W或Mo，以及密排六方形式的Re，他們的共性是應(yīng)力作用下不容易發(fā)生塑性變形，因此其抵抗摩擦力造成的變形和磨損的能力很強(qiáng)，可以進(jìn)一步有效地提高銀合金在滑動(dòng)摩擦條件下的耐磨性。前述的使高熔點(diǎn)合金元素以特定的晶體結(jié)構(gòu)形式存在于銀基體中的方案，可通過(guò)現(xiàn)有、成熟的合金化工藝實(shí)現(xiàn)。所述的滑動(dòng)電接觸合金層疊或鑲嵌在銅或銅合金表面即形成層狀復(fù)合材料，其中銅或銅合金為基層，滑動(dòng)電接觸合金為工作層。將本發(fā)明的滑動(dòng)電接觸合金作為工作層復(fù)合在基層表面，用于制作微電機(jī)換向器，可以節(jié)約貴金屬，降低換向器和微電機(jī)的生產(chǎn)成本；在前述方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明又分別提出了一種換向器和一種微電機(jī)，他們都得益于前述方案中高熔點(diǎn)合金元素對(duì)銀合金的性能所起到的改善作用，從而獲得高性能的換向器和微電機(jī)。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是通過(guò)將現(xiàn)有的AgCuNi合金中的Ni成分替換為高熔點(diǎn)合金元素成分，利用高熔點(diǎn)合金元素的高耐磨性和強(qiáng)抗電弧能力，使銀合金的耐磨性和抗電弧能力得到改善，從而提高微電機(jī)的壽命，進(jìn)而使使用該微電機(jī)的裝置或設(shè)備的壽命也得到相應(yīng)提聞。


圖1、工作層層疊復(fù)合在基層的全部表面上時(shí)的層狀復(fù)合材料截面示意圖；圖2、工作層鑲嵌復(fù)合在基層的部分表面上時(shí)的層狀復(fù)合材料截面示意圖。圖中標(biāo)記I為工作層，標(biāo)記2為基層。
具體實(shí)施方式

一種含高熔點(diǎn)合金元素的滑動(dòng)電接觸合金，滑動(dòng)電接觸合金的成分由Cu、高熔點(diǎn)合金元素和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu:f8%、高熔點(diǎn)合金元素
O.1"1%、余量為Ag ;所述高熔點(diǎn)合金元素為Re、W、Mo中的一種。進(jìn)一步地，所述高熔點(diǎn)合金元素采用W或Mo時(shí)，W或Mo的晶體結(jié)構(gòu)以體心立方的形式存在于滑動(dòng)電接觸合金中，所述高熔點(diǎn)合金元素采用Re時(shí)，Re的晶體結(jié)構(gòu)以密排六方的形式存在于滑動(dòng)電接觸合金中。一種層狀復(fù)合材料，前述滑動(dòng)電接觸合金層疊或鑲嵌在銅或銅合金表面形成層狀復(fù)合材料，其中銅或銅合金為基層，滑動(dòng)電接觸合金為工作層。一種換向器，采用前述的層狀復(fù)合材料制作換向器。一種微電機(jī)，采用前述的換向器制作微電機(jī)。為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施，本發(fā)明還提出了一種具體的制作步驟I)采用真空感應(yīng)爐熔煉制備合金，其中各元素可以以中間合金形式加入，也可以以純金屬形式加入；另外，還可以利用生產(chǎn)過(guò)程中廢棄的、成分合格的邊角料作為制備新合金的原料。2)將制備好的合金鑄錠，經(jīng)開(kāi)坯、軋制、中間退火、拉拔等工藝，制備成帶材或絲材。3)采用熱軋、溫軋或冷軋復(fù)合技術(shù)，將上述帶材或絲材與銅質(zhì)或銅合金質(zhì)的帶材進(jìn)行復(fù)合，制作成層狀復(fù)合材料。真空熔煉工藝、軋制工藝 、退火工藝、拉拔工藝等均為本領(lǐng)域常用的一般制作工藝，易于掌握和實(shí)施。實(shí)施例實(shí)施例1至9的合金成分如下表所示(重量百分比)
權(quán)利要求
1.一種含高熔點(diǎn)合金元素的滑動(dòng)電接觸合金，其特征在于滑動(dòng)電接觸合金的成分由Cu、高熔點(diǎn)合金元素和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu :廣8%、高熔點(diǎn)合金元素0. 1"1%、余量為Ag ;所述高熔點(diǎn)合金元素為Re、W、Mo中的一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含高熔點(diǎn)合金元素的滑動(dòng)電接觸合金，其特征在于所述高熔點(diǎn)合金元素采用W或Mo時(shí)，W或Mo的晶體結(jié)構(gòu)以體心立方的形式存在于滑動(dòng)電接觸合金中，所述高熔點(diǎn)合金元素采用Re時(shí)，Re的晶體結(jié)構(gòu)以密排六方的形式存在于滑動(dòng)電接觸Av 由I=1-Wl 卞 O
3.—種層狀復(fù)合材料，其特征在于權(quán)利要求Γ2中任一項(xiàng)所述滑動(dòng)電接觸合金層疊或鑲嵌在銅或銅合金表面，其中銅或銅合金為基層，滑動(dòng)電接觸合金為工作層。
4.一種換向器，其特征在于采用權(quán)利要求3所述的層狀復(fù)合材料制作換向器。
5.一種微電機(jī)，其特征在于米用權(quán)利要求4所述的換向器制作微電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種含高熔點(diǎn)合金元素的滑動(dòng)電接觸合金，滑動(dòng)電接觸合金的成分由Cu、高熔點(diǎn)合金元素和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu1~8%、高熔點(diǎn)合金元素0.1~1%、余量為Ag；所述高熔點(diǎn)合金元素為Re、W、Mo中的一種。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是通過(guò)將現(xiàn)有的AgCuNi合金中的Ni成分替換為高熔點(diǎn)合金元素成分，利用高熔點(diǎn)合金元素的高耐磨性和強(qiáng)抗電弧能力，使銀合金的耐磨性和抗電弧能力得到改善，從而提高微電機(jī)的壽命，進(jìn)而使使用該微電機(jī)的裝置或設(shè)備的壽命也得到相應(yīng)提高。
文檔編號(hào)B32B15/01GK103060599SQ201210560
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者徐永紅, 章應(yīng) 申請(qǐng)人:重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司