專利名稱：銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低壓電器行業(yè)和家用電器行業(yè)的電工觸頭材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料。是一種節(jié)銀無鎘污染的新型電工觸頭材料。
已有技術(shù)的概況(1)．銀基低壓電工觸頭以白銀材料為主要成份，白銀材料由于具有良好的導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，接觸電阻小，抗氧化能力強等特性，廣泛應(yīng)用于低壓電器行業(yè)做電工觸頭材料。通過熔煉，粉末冶金和復(fù)合技術(shù)等不同工藝制成的銀合金材料或復(fù)合材料，既保持了銀材料原先的良好性能，又具有耐磨性，抗電弧熔焊的性能。目前在空氣開關(guān)，斷路器，按能器，繼電器，溫控器，家用電器等大量面廣的低壓電器中大量用作電工觸頭材料。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，低壓電器不斷增多，白銀耗用量逐年增加，我國以及全世界的白銀資源短缺而且價格昂貴，制約了銀基低壓電工觸頭材料發(fā)展數(shù)量。
(2)．銅基低壓電工觸頭目前很多資料報導(dǎo)銅基無銀低壓電工觸頭材料技術(shù)，其中以專利號為ZL94102452.0公開的技術(shù)為代表，以其獨特配方和工藝，不含白銀材料，成功地應(yīng)用到低壓電器行業(yè)的電工觸頭材料。受到我國電器行業(yè)和逐步應(yīng)用，而且逐步受到世界上有識人士關(guān)注和重視。銅基低壓電工觸頭材料的開發(fā)和應(yīng)用，的確是在世界性的節(jié)約貴金屬銀，這一前沿研究領(lǐng)域中取得了可喜的成果。但是，銅基低壓電工觸頭材料在進一步的推廣應(yīng)用中受到阻力和障礙。該產(chǎn)品的配方中采用0.1-2鎘(重量百分比)。在裝配到各類低壓電器電工觸頭中，使用過程每接觸一次或分斷一次，都不可避免出現(xiàn)電弧，在電弧的瞬間高溫高壓下，觸頭材料中的鎘迅速氧化成氧化鎘蒸氣，其蒸氣壓的體積為固態(tài)金屬鎘的1萬倍，迅速積聚到電器的部件上，迅速揮發(fā)到空間，造成嚴重的空氣污染。在我國以及全世界都已將防止鎘環(huán)境污染列為環(huán)境保護的重要內(nèi)容，我國和全世界的電工觸頭行業(yè)專家和學(xué)者都清楚地認識到研究不采用白銀材料和不采用鎘都是觸頭行業(yè)的世界性大課題。
A．國外從60年代開始研究銀基低壓電工觸頭中取代鎘材料的觸頭，到70年代全面推廣使用。
B．我國從70年代末開始研究取代銀基低壓電工觸頭鎘材料的觸頭材料，到80年代中，在CJ20交流按能器上，全面推廣應(yīng)用銀氧化錫觸頭取代銀氧化鎘觸頭。電流等級從25A-630A。到90年代初，在CJ40交流按能器上再次全面推廣應(yīng)用銀氧化錫觸頭取代銀氧化鎘觸頭，并由國家八個部委聯(lián)名蓋章禁止老一代的CJ10交流按能器生產(chǎn)和銷售，其中原因之一是CJ10產(chǎn)品是應(yīng)用了銀氧化鎘觸頭。
C．我國的民用的單極或雙極的小型斷路器，在70年代末是采用銀氧化鎘觸頭，到80年代中已全部被銀氧化鋅觸頭或銀纖維石墨觸頭所取代。
D．日本國從70年代初已強制規(guī)定日本國內(nèi)銷售或外國進口家用電器產(chǎn)品及部分工業(yè)電器產(chǎn)品中不準使用銀氧化鎘觸頭材料?；旧弦淹瓿刹缓k的觸頭材料的推廣應(yīng)用，與此同時日本人將大量的含鎘的觸頭材料制造技術(shù)轉(zhuǎn)讓到中國來。中國人得到的是落后的有嚴重環(huán)境污染的技術(shù)。
E．美國，加拿大，澳州及歐州的先進的工業(yè)國家，從80年代開始逐步限制使用都禁止在家用電器及工業(yè)電器中使用含鎘的觸頭材料，以達到保護該國環(huán)境和電器產(chǎn)品的環(huán)境安全性。80年代初我國從西德引進的AEG-ME系列空氣框架式自動開關(guān)的制造技術(shù)，該產(chǎn)品已經(jīng)使用銀氯化鋅觸頭材料，能在3200A 1萬V條件下可靠工作。此例子說明外國人已從小到家用電器大到高等級大電流電器上不再使用含鎘的觸頭觸頭材料。銀氯化鋅觸頭同樣取代銀氯化鎘應(yīng)用到大電流的低壓開關(guān)上。講明一個道理用其它金屬材料完全可以成功地取代鎘，制造出不含鎘的觸頭材料。根據(jù)德國人的經(jīng)驗，中國人在自行設(shè)計的DW17 3200框架式自動開關(guān)上成功應(yīng)用自己生產(chǎn)的銀氧化鋅觸頭，通過3200A 1萬V的型式試驗。
F．我國從90年代初開始，吸取世界工業(yè)國家的經(jīng)濟發(fā)展措施。出口的電工產(chǎn)品不再使用含鎘的觸頭材料，這方面以廣東地區(qū)出口的家用電器廠商行動最迅速，為了爭取到日本，韓國，新加坡，馬來西亞，泰國，香港以及西歐國家的訂單。能夠在國內(nèi)爭取好的不含鎘的觸頭材料，價格高一些都使用，暫時個別品種因為無法生產(chǎn)，只好向美國日本和韓國進口不含鎘的觸頭材料。因為這些國家規(guī)定家用電器如電冰箱，烘干箱等生活關(guān)系密切的產(chǎn)品，一旦使用含鎘觸頭，廠商會罰高額的賠償。
以上無鎘觸點材料僅僅是在銀基觸點材料中實現(xiàn)的。
G．由于含鎘的原因，我國的銅基低壓電工觸頭材料不能應(yīng)用到家用電器行業(yè)，未能應(yīng)用許多更新?lián)Q代產(chǎn)品上。更加直接影響到外商洽談該產(chǎn)品的出口創(chuàng)外匯或技術(shù)向外商轉(zhuǎn)讓問題。我國更新?lián)Q代產(chǎn)品，明文規(guī)定不再使用含鎘材料的觸頭。老一代電器產(chǎn)品然用含鎘觸頭材料。但是國家八個部委聯(lián)名通知全國到全部禁止生產(chǎn)和銷售。家用電器產(chǎn)品，出于人身安全要求，不準用含鎘觸頭材料。詳見<關(guān)于公布機械工業(yè)第十七批節(jié)能機電產(chǎn)品推廣項目及第十六批淘汰落后機電產(chǎn)品項目的通知>的八部委文件-機械科(1996)768號。
H．含鎘銅基低壓電工觸頭材料，除了使用過程會造成嚴重鎘環(huán)境污染外，在電工合金廠實際生產(chǎn)過程中也會鎘粉末的天空排放以及含鎘污水排放而造成生產(chǎn)場所的環(huán)境污染。
本發(fā)明目的是提出一種銅基無銀無鎘低壓電工觸頭材料。是一種無鎘污染產(chǎn)品，是一種無銀的節(jié)省貴金產(chǎn)品，可以使用到家用電器和低壓電器相應(yīng)的電工觸頭材料上。替代原有的銀基低壓電工觸頭材料，替代銅基含鎘低壓電工觸頭材料。本發(fā)明可以生產(chǎn)出鉚釘形狀觸頭，片狀觸頭，異形觸頭，可滿足各種形狀及尺寸設(shè)計要求觸頭材料。
實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案為本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，其導(dǎo)電第一相核心組元是銅，第二相骨架組元是金鋼石，其特征在于第三相添加組元是起到改善電接觸表面液相和固相附著力，減少接觸表面及觸頭基體裂紋的形成與擴展最終達到降低電弧浸蝕的非鎘和鎘氧化物的金屬元素或非金屬元素；所述的第三相添加組元可以是包括有以下元素或元素的組合中的一種，可以是鋅，可以是錫與銦的組合，可以是鉻，可以是鎂，可以是鋁與鉍的組合，可以是銣與鍶的組合，可以是釔與鋯的組合，可以是硅與鍺的組合，可以是鎳，可以是銻，可以是鈹與鈮的組合，可以是鎢與鉬的組合，可以是鎵與鑭的組合；其成份配比(重量百分比)為第二相骨架組元金鋼石為0.2-8，除第三相添加組元外其余為銅。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.1-10鋅，銅余量。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.1-12錫，0.1-10銦，銅余量。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.1-10鉻，銅余量。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.1-10鎂，銅余量。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-5鋁，0.01-5鉍，銅余量。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-5銣，0.01-5鍶，銅余量。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-5釔，0.01-5鋯，銅余量。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-5硅，0.01-5鍺，銅余量。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.1-30鎳，銅余量。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-10銻，銅余量。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-10鈹，0.01-5鈮，銅余量。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.1-10鎢，0.1-10鉬，銅余量。
本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比還可以(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-10鎵，0.01-5鑭，銅余量。
銅基無銀無鎘低壓電工觸頭材料的特性不含白銀材料。不含鎘，主要導(dǎo)電材料是銅，約占80以上是觸頭材料中的核心組元。第二相組元是金鋼石，是觸頭材料中主要起抗電弧浸蝕和抗觸頭熔焊的作用。第三相組元是一些金屬元素或非金屬元素。在觸頭材料中主要是從電接觸表面起到表面張力和潤濕作用，達到降低電弧浸蝕的目的?；蛘呤菑碾娊佑|表面受電弧能量作用下形成的液態(tài)金屬池里，調(diào)節(jié)觸頭材料中各組元的分布和流動以及化合物形態(tài)控制，達到降低觸頭熔焊的目的。
本發(fā)明通過第二相組元金鋼石粉的加入，除了起主要抗電弧浸蝕和抗觸頭熔焊的作用。還具有高熔點特性，分散到銅基合金中，起到強化骨架作用，使觸頭材料在電接觸和電弧作用下仍然具有較高硬度和較高熔點。而且電阻率不高，導(dǎo)熱性能好，與銅合金相結(jié)合，保證了觸頭材料在實際使用中電壽命試驗中對耐磨提要求，分斷試驗中對抗熔焊要求，進一步的研究，還證明金鋼石粉是一種理想的還原劑，不管呈單質(zhì)狀態(tài)的碳還是在電弧作用燃燒后轉(zhuǎn)化為一氧化碳，都是較強的還原劑，可以將電接觸表面生成的氧化銅還原成氧化亞銅或金屬單質(zhì)銅，保證了觸頭材料表面潔凈表面和良好的導(dǎo)電性，符合電器型式試驗的溫升要求。
本發(fā)明第三相組元的加入，起到改善電接觸表面液相和固相附著力，減少電接觸表面及觸頭基體裂紋的形成與擴展最終達到降低電弧浸蝕的目的，從而使本發(fā)明觸頭材料有較好電壽命性能，第三相組元和第四相組元的加入，通過調(diào)節(jié)電接觸表面液態(tài)金屬池里觸頭材料各組元的分布和流動以及化合物形態(tài)控制，可改變電按能表面的形貌和金屬蒸氣的噴濺以及電弧噴濺程度，從而使本發(fā)明觸頭材料有較好的分斷抗熔焊性。
本發(fā)明的產(chǎn)品理化性能如下密度不小于8.2×103(kg/m3電阻率不大于3.5硬度HB硬態(tài)不小于500Mpa硬度HB硬態(tài)不小于300Mpa本發(fā)明的應(yīng)用范圍本發(fā)明銅基無銀無鎘低壓電工觸頭材料，是一種無鎘污染產(chǎn)品，是一種無銀的節(jié)省貴金產(chǎn)品，可以使用到家用電器和低壓電器相應(yīng)的電工觸頭材料上。替代原有的銀基低壓電工觸頭材料，替代銅基低壓電工觸頭材料。本發(fā)明可以生產(chǎn)出鉚釘形狀觸頭，片狀觸頭，異形觸頭，可滿足各種形狀及尺寸設(shè)計要求觸頭材料。
本發(fā)明觸頭材料。既達到銅基低壓電工觸頭材料的不用白銀，其性能又能達到現(xiàn)行指標(biāo)及相適應(yīng)的電器標(biāo)準。而且在不含鎘，減少環(huán)境污染，符合我國電器產(chǎn)品發(fā)展趨勢，適應(yīng)世界工業(yè)發(fā)達國家的實際要求。真正達到以銅代銀不用鎘，減少環(huán)境污染的雙重目標(biāo)。
權(quán)利要求
1．一種銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，其導(dǎo)電第一相核心組元是銅，第二相骨架組元是金鋼石，其特征在于第三相添加組元是起到改善電接觸表面液相和固相附著力，減少接觸表面及觸頭基體裂紋的形成與擴展最終達到降低電弧浸蝕的非鎘和鎘氧化物的金屬元素或非金屬元素；所述的第三相添加組元可以是包括有以下元素或元素的組合中的一種，可以是鋅，可以是錫與銦的組合，可以是鉻，可以是鎂，可以是鋁與鉍的組合，可以是銣與鍶的組合，可以是釔與鋯的組合，可以是硅與鍺的組合，可以是鎳，可以是銻，可以是鈹與鈮的組合，可以是鎢與鉬的組合，可以是鎵與鑭的組合；其成份配比(重量百分比)為第二相骨架組元金鋼石為0.2-8，除第三相添加組元外其余為銅。
2．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.1-10鋅，銅余量。
3．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.1-12錫，0.1-10銦，銅余量。
4．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.1-10鉻，銅余量。
5．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.1-10鎂，銅余量。
6．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-5鋁，0.01-5鉍，銅余量。
7．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-5銣，0.01-5鍶，銅余量。
8．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-5釔，0.01-5鋯，銅余量。
9．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-5硅，0.01-5鍺，銅余量。
10．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.1-30鎳，銅余量。
11．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-10銻，銅余量。
12．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-10鈹，0.01-5鈮，銅余量。
13．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.1-10鎢，0.1-10鉬，銅余量。
14．如權(quán)利要求1所述的銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料，第二相骨架組元和第三相添加組元和第一相核心組元其成份配比(重量百分比)為0.2-8金鋼石，0.01-10鎵，0.01-5鑭，銅余量。
全文摘要
本發(fā)明提出一種銅基無銀無鎘低壓電工觸頭合金材料。是一種無鎘污染,無貴金屬銀的觸頭材料?？梢允褂玫郊矣秒娖骱偷蛪弘娖鳟a(chǎn)品上,替代原有的銀基低壓電工觸頭材料和銅基含鎘低壓電工觸頭材料。其導(dǎo)電第一相核心組元是銅,第二相骨架組元是金鋼石,其特征在于第三相添加組元是起到改善電接觸表面液相和固相附著力,減少接觸表面及觸頭基體裂紋的形成與擴展最終達到降低電弧浸蝕的非鎘和鎘氧化物的金屬元素或非金屬元素;本發(fā)明既達到銅基低壓電工觸頭材料的不用白銀,其性能又能達到現(xiàn)行指標(biāo)及相適應(yīng)的電器標(biāo)準。而且在不含鎘,減少環(huán)境污染,符合我國電器產(chǎn)品發(fā)展趨勢,適應(yīng)世界工業(yè)發(fā)達國家的實際要求。真正達到以銅代銀不用鎘,減少環(huán)境污染的雙重目標(biāo)。
文檔編號H01H1/02GK1224768SQ9812008
公開日1999年8月4日 申請日期1998年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月8日
發(fā)明者鄭啟亨, 黃惠儀, 王英杰, 程忠賢 申請人:王英杰, 鄭啟亨, 黃惠儀, 程忠賢