專利名稱：：含稀土的滑動電接觸材料和電接觸金屬復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種滑動電接觸材料，特別涉及一種含稀土的滑動電接觸材料和電接觸金屬復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
：滑動式電接觸材料工作過程中所受到的負(fù)荷十分復(fù)雜。特別是在微電機(jī)換向器和電刷片組件的工作條件下，其主要載荷是載電條件下的滑動磨損，但是在電流換向的瞬間，換向器和電刷片會斷開，因此存在著"閉合-開斷"的變換，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，這一變換頻率提高，由此產(chǎn)生的電弧作用不容忽視。電接觸材料也因此而承受滑動磨損和電弧侵蝕的雙重作用。同時，電接觸過程中由于機(jī)械摩擦和電流作用所產(chǎn)生的高溫會使加工硬化態(tài)的材料產(chǎn)生再結(jié)晶，降低其硬度和耐磨性；環(huán)境中存在的有機(jī)蒸汽、硫、氯等腐蝕性介質(zhì)造成材料表面腐蝕，增大接觸電阻，進(jìn)一步加大接觸面溫升和磨損速率。直流電動機(jī)換向器的主要磨損形式是粘著磨損和磨粒磨損。粘著磨損是換向器表面材料與電刷片表面粘附并被撕裂而轉(zhuǎn)移到電刷片表面，這些轉(zhuǎn)移過去的材料在繼續(xù)摩擦過程中發(fā)生加工硬化而成為磨料，又對換向器表面新露出的表面造成磨粒磨損。在磨損過程中，還有一部分從換向器表面脫落下來的顆粒沒有轉(zhuǎn)移到電刷片表面，而是游離與換向器和電刷片的間隙中，這些顆粒也會造成換向器的磨粒磨損。另外，在磨損過程中脫落下來的顆粒還會隨著換向器與電刷片的相對旋轉(zhuǎn)而移動到換向器極片間的溝槽部位，當(dāng)大量顆粒聚集在溝槽時，就會造成極片的短路，使微電機(jī)死機(jī)，如果有因磨損而產(chǎn)生針狀顆粒，這種現(xiàn)象就會更加嚴(yán)重。電弧對換向器材料的損傷主要集中在溝槽附近的極片邊緣。它一方面使材料溫度急劇升高而發(fā)生軟化甚至熔化，極大地加速磨損過程，造成極片邊緣材料很快損耗；另一方面使聚集在溝槽中的磨屑顆粒表面熔化而相互焊接，或者造成磨屑顆粒的燒結(jié)，從而使小顆粒固結(jié)成大顆粒，并與換向器極片邊緣形成冶金連接，造成極片早期短路，致使微電機(jī)死機(jī)。針對上述微電機(jī)換向器材料的磨損特點，目前已經(jīng)開發(fā)出AgCu、AgCuNi等系列合金應(yīng)用于微電機(jī)的換向器等領(lǐng)域。在此1^出上，中國專利96190113.6發(fā)明了一種AgPdCuNi合金，其成分為(重量％):0.1-1.5Pd、3-10Cu、O.l-lNi、余量為Ag。以進(jìn)一步提高合金的耐磨性，同時保持抗硫化和電接觸等性能不變。但是，使用中仍然發(fā)現(xiàn)這種材料在高溫、負(fù)載條件下的使用壽命難以滿足要求，采用這類材料制作的換向器裝配的微電機(jī)，在壽命試驗中轉(zhuǎn)速和電流嚴(yán)重波動、電機(jī)早期死^/L等現(xiàn)象時有發(fā)生。在純Ag和AgCuNi、AuCuNi等合金中添加稀土以改善其組織性能，用于電接觸領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)見諸報道。通過添加稀土，這些電接觸材料的晶粒得到了細(xì)化，成分更加純凈、均勻，硬度、強(qiáng)度和耐磨性均有所提高，抗電弧能力和耐腐蝕能力增強(qiáng)。但是，在AgPdCuNi合金中添加稀土以提高材料在高溫、負(fù)載條件下的使用壽命尚未見報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提[種含稀土的滑動電接觸材料，采用所述材料復(fù)合的電接觸金屬復(fù)合材料，制備直流電動機(jī)換向器的工作面或中間過渡層，在高溫、負(fù)載條件下具有高耐磨性、抗電弧性能好，使用壽命長的優(yōu)點。本發(fā)明的技術(shù)方案是含稀土的滑動電接觸材料，由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag組成，各組分質(zhì)量百分含量為PdO.5-1.5%;Cu3.0-9.0%;Ni0.2-0.9%;稀土元素0.02~0.50%;余量為Ag。本發(fā)明較好的技術(shù)方案有以下三組第一組Pd、Cu、Ni、稀土和Ag各組分質(zhì)量百分含量為PdO.7-1.4%;Cu3.5-4.5%;NiO.3-0.5%;稀土元素0.02~0.50%;余量為Ag。第二組Pd、Cu、Ni、稀土和Ag各組分質(zhì)量百分含量為PdO.7-1.4%;Cu5.5-6.5%;NiO.3-0.6%;稀土元素0.02~0.50%;余量為Ag。第三組Pd、Cu、Ni、稀土和Ag各組分質(zhì)量百分含量為PdO.7-1.4%;Cu7.5-8.5%;NiO.4-0.7°/。；稀土元素0.02~0.50%;余量為Ag。所述稀土元素為Y、La、Ce、Sm、Eu中的一種或幾種。本發(fā)明的含稀土的滑動電接觸材料制備工藝為1)采用真空感應(yīng)爐熔煉制備上述合金，其中稀土元素可以中間合金形式加入，也可以純稀土形式加入。2)將制備的含稀土的滑動電接觸材##^^開坯、軋制后，采用熱軋復(fù)合技術(shù),與銅或銅M復(fù)合制成兩層復(fù)合帶材，含稀土的滑動電接觸材料為工作層，銅或銅*為基層。3)將制備的含稀土的滑動電接觸材料鑄錠經(jīng)開坯、軋制后，采用熱牝復(fù)合技術(shù),與含金M復(fù)合以后，再采用熱軋復(fù)合技術(shù)，與銅或銅*復(fù)^寸成三層復(fù)合帶材。這種復(fù)合帶材中，含金^^層為工作層，本發(fā)明的含稀土的滑動電接觸材料為中間過〉狄，銅或銅娃為絲。由于稀土元素性質(zhì)活潑，在熔煉過程中能夠與合金中的雜質(zhì)反應(yīng)形成高熔點化合物，在熔體中上浮或下沉，從而易于去除，達(dá)到凈化合金的目的；另夕卜，稀土元素可以提高合金的再結(jié)晶溫度，抑制其在高溫條件下的軟化，從而提高耐磨性；并且稀土元素還可以細(xì)化晶粒、提高合金的高溫抗氧化性和抗電弧能力。因此，本發(fā)明所述的材料中添加稀土可以顯著改善合金的耐磨性和電接觸性能，多種稀土同時使用，可以產(chǎn)生優(yōu)勢互補(bǔ)作用，能夠更為有效地改善合金性能。但是，過多的稀土容易導(dǎo)致合金中的化合物和析出相增加，引起夾雜物含量偏高和合金脆化，會增大接觸電阻以及造成加工困難，所以將稀土的總含本發(fā)明的優(yōu)點為1)采用本發(fā)明的含稀土的滑動電接觸材料制作微電機(jī)換向器，具有更好的耐磨性、高溫抗氧化性和抗電弧能力，適合于高溫(65-"。C)、負(fù)載(力矩為10-15g.cm)^f牛下工作的微電機(jī)中^J^。2)本發(fā)明的含稀土的滑動電接觸材料可以采用"fit真空熔煉工藝制造，設(shè)備和工藝技術(shù)不需要特殊的丈造，生產(chǎn)中易于實施。3)利用本發(fā)明的含稀土的滑動電接觸材料制作兩層或三層復(fù)合材料時，可以采用普遏的銀*/銅*電接觸(兩種^r之間的殺+線"/"表示兩者間的界面，下同。)復(fù)合帶材，以及金*/銀*/銅#電接觸復(fù)合帶材的工藝和設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，技術(shù)易于掌握和實施。4)由于添加的稀土元素很少，工藝和設(shè)備均無特殊要求，所以本發(fā)明的含稀土的滑動電接觸材料在提高性能的同時，不會增加生產(chǎn)成本。M實施方式在真空感應(yīng)爐中，按照下表的配方取各組分物料，用常規(guī)的冶煉電接觸材料的方法熔煉制備本發(fā)明所述含稀土的滑動電接觸材料。表l:滑動電接觸材料的成分單位重量百分比(wt°/)序號PdCuNiCeSmEuAg10.94.20.350.11——一94.4420.94.20.35-0.12——94.4330.94.20.350.070.06——95.3241.24.50.350.050.06一93.8451.06.30.41—0.13-一92.1661.16.50.450.050.08-—91.8271.16.50.45-0.07-0.0891.807<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>備注制^^r時按照每爐5Kg@e4+，各金屬的重量配比按照表1所示計#^#。取按照1-9號配方得到的含稀土的滑動電接觸材料，分別與銅復(fù)合成層狀復(fù)合材料，并軋制成層厚0.03mm,總厚0.25mm的帶材，得到1-9號帶材。所述帶材分別用于制作成微電機(jī)三極換向器，將該換向器裝配在微電機(jī)中，其對應(yīng)的電刷片材料牌號為AgPd50/BZn18-26。在如下測試條件測試測試溫度7(TC測試負(fù)荷15gcm測試電壓4V測試時間300h運轉(zhuǎn)方式斷續(xù)(開ls、停ls)測試電初4丈量10臺測試過程中，通過^r測電才M鏈和電流的變化來判定電機(jī)的工作狀態(tài)，出現(xiàn)4鏈或電流超標(biāo)或無法啟動時均判定為壽命終止。測試結(jié)果々口下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>釆用1號含稀土的滑動電接觸材料作為復(fù)合帶材的中間層，在該^^表面再復(fù)合O.0015mm的牌號為AuAg40合^^故工作層。用上述測試條件，測試檢測電積4鍵和電流的變化，其中將測試的時間延長為450h。測試結(jié)果顯示，10臺電機(jī)均達(dá)到壽命要求，450h內(nèi)各項指標(biāo)均在合格范圍內(nèi)。結(jié)論上述測試結(jié)果表明，本發(fā)明的含稀土電接觸合金具有良好的耐磨性、抗電弧性和電接觸性能，用該合金制作的微電機(jī)換向器在高溫、負(fù)載、斷續(xù)工作條件下，顯示出良好的使用效果，完全滿足壽命要求。權(quán)利要求1.含稀土的滑動電接觸材料，其特征在于所述材料由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag組成，各組分質(zhì)量百分含量為Pd0.5-1.5％；Cu3.0-9.0％；Ni0.2-0.9％；稀土元素0.02～0.50％；余量為Ag。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土的滑動電接觸材料，其特征在于所述材料由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag組成，各組分質(zhì)量百分含量為Pd0.7-L4%;Cu3.5-4.5%;Ni0.3-0.5%;稀土元素0.02~0.50%;余量為Ag。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土的滑動電接觸材料，其特征在于所述材料由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag組成，各組分質(zhì)量百分含量為Pd0.7-1.4%;Cu5.5-6.5%;Ni0.3-0.6%;稀土元素0.02~0.50%;余量為Ag。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土的滑動電接觸材料，其特征在于所述材料由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag組成，各組分質(zhì)量百分含量為Pd0.7-1.4%;Cu7.5-8.5%;Ni0.4-0.7%;稀土元素0.02~0.50%;余量為Ag。5.根據(jù)權(quán)利要求1—4任一項所述的含稀土的滑動電接觸材料，其特征在于所述稀土元素為Y、La、Ce、Sm、Eu中的一種或幾種。6.電接觸金屬復(fù)合材料，它由在銅或銅合金的基層上復(fù)合權(quán)利要求l一4中的任一項所述的含稀土的滑動電接觸材料組成，其中含稀土的滑動電接觸材料為工作層。7.電接觸金屬復(fù)合材料，用權(quán)利要求l一4中的任一項所述的含稀土的滑動電接觸材料與金或金合金復(fù)合得到復(fù)合材料，所述復(fù)合材料再與銅或銅合金復(fù)合，其中銅或銅合金為基層基層，含稀土的滑動電接觸材料為中間層，金或金合金為工作層。8.—種直流電動機(jī)，用權(quán)利要求6或7所述的復(fù)合材料制備換向器。全文摘要本發(fā)明涉及一種含稀土的滑動電接觸材料，所述材料由Pd、Cu、Ni、稀土和Ag組成，各組分質(zhì)量百分含量為Pd0.5-1.5％；Cu3.0-9.0％；Ni0.2-0.9％；稀土元素0.02～0.50％；余量為Ag。本發(fā)明所述材料具有良好的耐磨性和抗電弧能力，是優(yōu)良的滑動電接觸材料，適合于制作直流電動機(jī)的換向器。文檔編號H01H1/021GK101676422SQ20081007032公開日2010年3月24日申請日期2008年9月18日優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日發(fā)明者徐永紅,楊賢軍,勇王,秦秀方,應(yīng)章申請人:重慶川儀自動化股份有限公司