一種鉬銅電觸頭材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉬銅電觸頭材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電觸頭是儀器儀表、電器開關(guān)中非常重要的接觸元件。高壓輸變電向大容量超高 壓發(fā)展，低壓配電系統(tǒng)與控制系統(tǒng)對自動化水平、靈敏程度要求的提高以及電子工業(yè)產(chǎn)品 的更新?lián)Q代，都對觸頭材料提出了新的要求。理想的電觸頭材料必須具備良好的物理性能、 力學(xué)性能、電接觸性能、化學(xué)性能和加工性能。
[0003] 早期的觸頭材料多采用純鎢、純鉬、純銅及貴金屬銀，這些材料的導(dǎo)電性、硬度及 高溫性能往往難以兼顧，不能全面滿足航空、航天、微電子、電力、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域的高速發(fā) 展對觸頭材料的要求。鉬銅復(fù)合材料在電觸頭方面的應(yīng)用起源于20世紀(jì)80年代后期，國 外首先將該材料使用于真空開關(guān)管及高壓電器開關(guān)的接觸材料，彌補了當(dāng)時真空用鎢銅材 料的一些不足。鉬銅復(fù)合材料綜合了鉬與銅的本征物理性能，具備良好的抗熔焊、耐燒蝕和 高溫強度、高導(dǎo)電導(dǎo)熱等性能。與電觸頭常用元素鎢相比，鉬的電子逸出功較小、截流值較 小，更利于提高材料的抗電弧燒蝕性，同時，鉬的導(dǎo)電率較鎢高、加工性較鎢好，因而其有助 于該領(lǐng)域材料性能的進一步提高。
[0004] 鉬銅復(fù)合材料的致密度是影響其熱性能及強度的重要因素之一，由于W的密度為 19. 32g/cm3,鉬的密度較?。?0. 22g/cm3)，鉬銅作為假合金，用常規(guī)粉末冶金工藝難以得到 高鉬含量高致密度的材料。減少材料內(nèi)部孔隙數(shù)量、制備接近全致密（多98%)的鉬銅復(fù) 合材料是研究人員努力的方向之一。
[0005] 董應(yīng)虎等（鉬銅復(fù)合材料致密度的影響因素研究，材料熱處理技術(shù)，2009年3 月），通過粉末冶金液相燒結(jié)法制備了高致密鉬銅復(fù)合材料，在無活化燒結(jié)過程因素存在條 件下，Mo/30Cu復(fù)合材料的液相燒結(jié)溫度宜在1350°C左右；添加微量元素Fe、Co、Ni或NH 4C1 能改善鉬銅之間的潤濕性，實現(xiàn)活化燒結(jié)過程，從而提高燒結(jié)制品的致密度。該復(fù)合材料在 較高溫度下工作時，容易出現(xiàn)晶粒的再結(jié)晶和長大現(xiàn)象，從而出現(xiàn)較大的富銅區(qū)，在經(jīng)受電 弧燒蝕時，容易出現(xiàn)氧化、熔焊和橋接而發(fā)生破壞；同時，Mo-Cu兩相由于既不互溶又不形 成金屬間化合物，導(dǎo)致Mo-Cu兩相界面薄弱，粘附強度不高，導(dǎo)致鉬銅電觸頭材料的導(dǎo)電率 和硬度難以得到進一步的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種鉬銅電觸頭材料，從而解決現(xiàn)有鉬銅電觸頭材料中 Mo-Cu兩相界面薄弱，粘附強度不高的技術(shù)問題，賦予材料更高的導(dǎo)電率和硬度。
[0007] 本發(fā)明的第二個目的是提供上述鉬銅電觸頭材料的制備方法。
[0008] 為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0009] 一種鉬銅電觸頭材料，由以下重量百分比的組分組成：鉬（Mo) 35. 0~90. 0%，碳 化鎢（WC) 1.0 ~5.0%，鎳（Ni) 0.05 ~1.0%，氯化鑭（LaCl3) 0.05 ~1.0%，余量為銅。
[0010] 本發(fā)明提供的鉬銅電觸頭材料中，WC彌散均勻分布到Mo-Cu基體中，一方面，WC具 有良好的高溫穩(wěn)定性，在高溫條件下工作時，既不會分解，也不會與鉬、銅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；另 一方面，WC作為彌散強化相可以釘扎在晶粒晶界處，從而抑制了材料再結(jié)晶和晶粒長大，保 持晶粒的穩(wěn)定性，從而有助于保持高溫環(huán)境下材料的導(dǎo)電率和硬度；Ni作為潤濕活化劑， 可以提高Mo-Cu的潤濕能力，LaCl 3則在Ni的作用下，起到連接Mo-Cu兩相的作用，從而增強 Mo-Cu兩相界面，提高Mo-Cu的粘附強度；通過Mo-Cu組成比例的改變，以及WC、Ni、LaCl 3， 三種組分的協(xié)同作用，可以依據(jù)不用的應(yīng)用環(huán)境調(diào)整鉬銅電觸頭材料的導(dǎo)電率和硬度，擴 大材料的應(yīng)用范圍。
[0011] 在要求較高硬度或較高導(dǎo)電率的場合，上述的鉬銅電觸頭材料，作為優(yōu)選方案，由 以下重量百分比的組分組成：鎢35. 0~51. 0%，碳化鎢3. 0~5. 0%，鎳0. 75~1. 0%，氯 化鑭0. 75~1. 0%，余量為銅。
[0012] 上述的鉬銅電觸頭材料的制備方法，包括以下步驟：
[0013] 1)取配方量的鉬粉，碳化鎢粉，鎳粉，氯化鑭粉，銅粉，混合均勾，得到混合料；
[0014] 2)將步驟1)所得混合料壓制成型，得到毛坯；
[0015] 3)將步驟2)所得毛坯在保護氣氛下進行燒結(jié)，即得。
[0016] 本發(fā)明提供的鉬銅電觸頭材料的制備方法采用粉末冶金液相燒結(jié)法，Mo粉末在液 相燒結(jié)中形成Mo骨架；WC粉末彌散到Mo-Cu基體中提高材料的抗黏結(jié)性和高溫穩(wěn)定性；Ni 粉起到提高潤濕性和流體流動性的作用，1^(：1 3可起到燒結(jié)熔劑的作用，在提高兩相粘附強 度的同時，降低局部熔體的粘度，提高熔體的流動性，從而起到降低燒結(jié)溫度的作用。
[0017] 本發(fā)明提供的鉬銅電觸頭材料的制備方法可避免傳統(tǒng)固相燒結(jié)帶來的致密度偏 低的問題；避免采用熔滲法容易出現(xiàn)的Mo聚集或Cu聚集而造成金相組織不合格的問題； 采用該制備方法得到的鉬銅電觸頭材料致密度多98. 0 %，導(dǎo)電率為26~65 % IACS，硬度為 105 ~265HBS。
[0018] 步驟1)的原料粉末滿足粉末冶金的需要即可，為提高液相燒結(jié)的效率和獲 得更高致密度的鉬銅電觸頭材料，作為優(yōu)選方案，鉬粉的粒徑為38. 0~75. 0 ym，純度 彡99. 9wt %。碳化鎢粉的粒徑為38. 0~75. 0 y m，純度多99. 9wt %。鎳粉的粒徑為38. 0~ 45. 0 y m，純度彡99. 9wt%。氯化鑭粉的粒徑為2. 0~38. 0 y m，純度彡99. 9wt%。銅粉的 粒徑為5. 0~45. 0 y m，純度彡99. 5wt %。
[0019] 步驟2)壓制成型的壓力為200~300MPa。
[0020] 步驟3)所述保護氣氛為Ar氣。
[0021] 步驟3)所述燒結(jié)的溫度為1250~1400°C，保溫時間為2~6h。在此溫度范圍下， Cu粉為液相，可以促進燒結(jié)的致密化，得到高密度的材料。
[0022] 步驟3)所得電觸頭材料可依據(jù)需要進行后處理，可以是按照要求進行機械加工， 并經(jīng)檢驗合格，得到電觸頭材料成品。
[0023] 本發(fā)明提供的電觸頭材料的制備方法具有燒結(jié)溫度低、成本低、效率高的優(yōu)點，制 得的電觸頭材料具有高硬度、高致密度和高導(dǎo)電性、高抗熔焊性，可滿足微電子行業(yè)和電子 信息行業(yè)對高性能電觸頭銅合金的要求，可用于電阻焊電極、替代銀基觸頭材料、電氣開關(guān) 觸橋、焊炬噴嘴、高壓開關(guān)電器觸頭等領(lǐng)域，在機械工業(yè)、電力、國防工業(yè)和電子信息產(chǎn)業(yè)具 有廣泛的應(yīng)用前景。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0025] 實施例1
[0026] 本實施例提供的鉬銅電觸頭材料，由以下重量百分比的組分組成：鉬35. 0%，碳 化鎢5.0%，鎳1.0%，氯化鑭1.0%，余量為銅。
[0027] 本實施例提供的上述鉬銅電觸頭材料的制備方法，包括以下步驟：
[0028] 1)取配方量的鉬粉，碳化鎢粉，鎳粉，氯化鑭粉，銅粉，采用SZ-100型Y型混粉機將 原料充分混合3小時，得到混合料；
[0029] 2)將步驟1)所得混合料置于GCrl5鋼制模具內(nèi)，在Y-630T液壓機上壓制成型，壓 制壓力控制在200MPa，得到直徑30mm的毛坯；
[0030] 3)將步驟2)所得毛坯放入石墨模具中，通入Ar氣作保護氣，在JR-50-160型高溫 燒結(jié)爐中，以1250°C的燒結(jié)溫度進行燒結(jié)，保溫4h，得到粗品；按要求進行機械加工，經(jīng)檢 驗合格，即得。
[0031] 所述Mo粉，粒徑為60. 0~75. 0 y m，純度彡99. 9wt%;所述WC粉，粒徑為60. 0~ 75. 0 y m，純度多99. 9wt %