專利名稱：含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滑動(dòng)電接觸合金，具體涉及一種含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸 材料。
背景技術(shù)：
換向器和電刷片是小型直流電動(dòng)機(jī)的核心部件，工作中其承受的主要載荷是載電 條件下的滑動(dòng)摩擦，但是在電流換向的瞬間，換向器和電刷片會(huì)斷開(kāi)，因此存在著“閉合開(kāi) 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載電摩擦和電弧侵蝕的雙重作用。前者造成材料的機(jī)械磨損，后者造 成材料高溫下的熔化、飛濺和熔焊等損傷。直流電動(dòng)機(jī)換向器的機(jī)械磨損形式主要是粘著磨損和磨粒磨損。通常磨粒磨損是 比較輕微的，對(duì)電動(dòng)機(jī)壽命不會(huì)造成顯著影響。而粘著磨損通常引起換向器表面材料的快 速流失以及向刷片表面的轉(zhuǎn)移，大大降低其壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)由于換向器和刷片的粘著而對(duì) 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生附加阻力或?qū)λ⑵a(chǎn)生附加拉應(yīng)力，降低電動(dòng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)換效率，有時(shí) 還引起刷片斷裂。由于換向器與刷片均為含銀合金，二者冶金相容性好，金屬表面直接接觸 時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重粘著磨損的危險(xiǎn)增大。電弧對(duì)換向器材料的損傷主要集中在極片之間的溝槽附近。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(guò)程，造成極片邊緣材料很快損耗；另一方 面使聚集在溝槽附近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)。此外，若電機(jī)的工作環(huán)境溫度、濕度較高，或含有腐蝕性介質(zhì)，則容易造成材料表 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。因此嚴(yán)重影響了直流電動(dòng)機(jī)的 壽命和穩(wěn)定性。針對(duì)微電機(jī)換向器材料的工作條件和損傷特點(diǎn)，改進(jìn)電接觸合金的成分設(shè)計(jì)是 提高換向器壽命的必由之路，目前已經(jīng)報(bào)道了很多成果，其中在銀合金中添加鈀對(duì)于改 善換向器在高溫、高濕或有腐蝕性介質(zhì)下的性能具有較好的效果。因此中國(guó)專利(公開(kāi) 號(hào))CN1048817C發(fā)明了含鈀的AgPdCuNi、AuAgPdCu等電接觸合金，中國(guó)專利(公開(kāi)號(hào))CN 1231002C 發(fā)明了 AgZnPd、AgZnPdCu、AgZnPdNi 和 AgZnPdCuNi 含鈀合金。但是，隨著技術(shù)的 進(jìn)步，各類電子產(chǎn)品不斷向小型化、高精度和高可靠方向發(fā)展，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的換向器材料 性能要求也日益提高，現(xiàn)有銀基含鈀合金的耐磨和耐電弧等性能已經(jīng)難以充分滿足長(zhǎng)壽命 以及壽命期內(nèi)的高穩(wěn)定性要求，在壽命試驗(yàn)中轉(zhuǎn)速波動(dòng)大、波形不良、早期死機(jī)等現(xiàn)象時(shí)有 發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料。在現(xiàn)有AgCuPdNi和AgCuPdZnNi合金中進(jìn)一步添加堿金屬鋰、鈉、鉀中的一種或幾種，有良好的耐 腐蝕、自潤(rùn)滑和滅弧性能，且高溫、高濕使用性能優(yōu)良，用于制作直流電動(dòng)機(jī)的換向器，可以 提高換向器的使用壽命、接觸穩(wěn)定性及可靠性，改善高溫、高濕等惡劣條件下的使用性能， 滿足直流電動(dòng)機(jī)小型化的需要。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的第一種含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料中Cu為1. 0-8. 0質(zhì)量百分 含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量百分含量；0. 01 3. 0質(zhì)量百分含 量的Li、Na、K三種元素中的任一種；余量為Ag。本發(fā)明的第二種含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料中Cu為1. 0 8. 0質(zhì)量百 分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量百分含量；Li、Na、K三種元素中 的任兩種，兩種元素的質(zhì)量百分含量不超過(guò)3. 0% ；余量為Ag。本發(fā)明的第三種含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料中Cu為1. 0 8. 0質(zhì)量百 分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量百分含量；Li、Na、K三種元素質(zhì) 量百分含量不超過(guò)3. 0%，余量為Ag。本發(fā)明的第四種含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料中Cu為1. 0 8. 0質(zhì)量百 分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Zn為0. 1-5. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量百 分含量；0. 01 3. 0質(zhì)量百分含量的Li、Na、K三種元素中的任一種；余量為Ag。本發(fā)明的第五種含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料中Cu為1. 0 8. 0質(zhì)量百 分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Zn為0. 1-5. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量百 分含量；Li、Na、K三種元素中的任兩種，兩種元素的質(zhì)量百分含量不超過(guò)3.0%;余量為Ag。本發(fā)明的第六種含含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料中Cu為1. 0 8. 0質(zhì)量 百分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Zn為0. 1-5. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量 百分含量；0. 01 3. 0質(zhì)量百分含量的Li、Na、K三種元素中的任一種；余量為Ag。上述含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料的任意一種為工作層，銅或銅合金為基 層，制作成兩層復(fù)合材料；或者，由上述材料的合金為中間層，金或金合金為表層，銅或銅合 金為基層，制作成三層復(fù)合材料。由上述材料制作的換向器和采用所述換向器的直流電動(dòng)機(jī)。堿金屬鋰、鈉、鉀性質(zhì)活潑，在空氣中容易氧化，電接觸材料工作過(guò)程中，這些堿金 屬在材料表面形成氧化物薄膜，從而產(chǎn)生自潤(rùn)滑作用，特別是減少換向器與刷片金屬表面 的直接接觸，在很大程度上降低粘著磨損造成的材料損傷。同時(shí)，這些金屬的沸點(diǎn)較低，受 高溫作用時(shí)容易揮發(fā)，因而可以帶走電弧的熱量，使電弧盡快熄滅，極大地減少接觸材料的 燒燭。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為1)采用本發(fā)明的含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料制作微電機(jī)換向器，具有更 好的抗粘著磨損性能和抗電弧能力，適合于在要求長(zhǎng)壽命和高穩(wěn)定性條件下工作的微電機(jī) 中使用。以產(chǎn)生自潤(rùn)滑和滅弧效果，作為滑動(dòng)式電接觸材料，2)本發(fā)明的含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料可以采用與傳統(tǒng)的電接觸合金 相同的生產(chǎn)工藝制造，設(shè)備和工藝技術(shù)不需要特殊的改造，生產(chǎn)中易于實(shí)施。3)利用本發(fā)明的含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料制作兩層或三層復(fù)合材料時(shí)，可以采用普通的電接觸復(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(shí)施，且生產(chǎn) 成本僅有少量增加。
具體實(shí)施例方式按照表1所述的配置，取原料，在真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉制備含堿金屬和鈀的銀 基滑動(dòng)電接觸材料。實(shí)施例1至38的合金成分見(jiàn)表1.表1各實(shí)施例合金成分(重量百分?jǐn)?shù)) 其中Li、Na、K元素以中間合金形式加入，也可以純金屬形式加入。將制備的含堿 金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料鑄錠，經(jīng)開(kāi)坯、軋制后，采用熱軋復(fù)合技術(shù)，與銅或銅合金 進(jìn)行復(fù)合，制作成兩層復(fù)合材料，其中本發(fā)明所述含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料為工作層，銅或銅合金為基層。或者，將制備的含堿金屬的銀基含鈀滑動(dòng)電接觸材料鑄錠，經(jīng) 開(kāi)坯、軋制后，采用熱軋復(fù)合技術(shù)，與金或金合金以及銅或銅合金進(jìn)行復(fù)合，制作成三層復(fù) 合材料，其中金或金合金為表層，本發(fā)明的含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料為中間層， 銅或銅合金為基層。各比較例電接觸銀合金成分見(jiàn)表2。表2比較例合金成分(重量百分?jǐn)?shù)) 按表1和2中的各成分配制并熔煉合金，然后與銅合金復(fù)合成層狀復(fù)合材料，并軋 制成銀合金層厚0. 03mm,總厚0. 25mm的帶材。將帶材用于制作成微電機(jī)三極換向器，將該換向器裝配在微電機(jī)中，進(jìn)行壽命試 驗(yàn)。其對(duì)應(yīng)的電刷片材料為AgPd30/BZnl8-26或AgPd50/BZnl8-26。實(shí)施例1-19和比較例1、2的電刷片材料為AgPd30/BZnl8_26，測(cè)試條件如下測(cè)試環(huán)境常溫、高濕測(cè)試負(fù)荷空載測(cè)試電壓6V運(yùn)轉(zhuǎn)方式連續(xù)運(yùn)行測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流的變化來(lái)判定電機(jī)的工作狀態(tài)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速 或電流超標(biāo)或停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)均判定為壽命終止。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。表3實(shí)施例1-19及比較例1、2壽命測(cè)試結(jié)果
實(shí)施例壽命(小時(shí))1126621321 實(shí)施例20-38和比較例3、4的電刷片材料為AgPd50/BZnl8_26，測(cè)試條件如下測(cè)試環(huán)境高溫、常濕測(cè)試負(fù)荷空載測(cè)試電壓7V運(yùn)轉(zhuǎn)方式連續(xù)運(yùn)行測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流的變化來(lái)判定電機(jī)的工作狀態(tài)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速 或電流超標(biāo)或停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)均判定為壽命終止。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。表6實(shí)施例20-38及比較例7、8壽命測(cè)試結(jié)果
實(shí)施例壽命(小時(shí))201456 實(shí)施例39與實(shí)施例2不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進(jìn)一步復(fù)合一層厚約1 μ m的AuAg40 合金，然后進(jìn)行測(cè)試，其壽命為1490小時(shí)。實(shí)施例40與實(shí)施例8不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進(jìn)一步復(fù)合一層厚約1 μ m的AuAg40 合金，然后進(jìn)行測(cè)試，其壽命為1512小時(shí)。實(shí)施例41與實(shí)施例13不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進(jìn)一步復(fù)合一層厚約Ιμπι的 AuAg40合金，然后進(jìn)行測(cè)試，其壽命為1506小時(shí)。實(shí)施例42與實(shí)施例18不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進(jìn)一步復(fù)合一層厚約Ιμπι的 AuAg40合金，然后進(jìn)行測(cè)試，其壽命為1492小時(shí)。實(shí)施例43與實(shí)施例22不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進(jìn)一步復(fù)合一層厚約Ιμπι的AuAg40合金，然后進(jìn)行測(cè)試，其壽命為1704小時(shí)。實(shí)施例44與實(shí)施例28不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進(jìn)一步復(fù)合一層厚約Ιμπι的 AuAg40合金，然后進(jìn)行測(cè)試，其壽命為1689小時(shí)。實(shí)施例45與實(shí)施例32不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進(jìn)一步復(fù)合一層厚約Ιμπι的 AuAg40合金，然后進(jìn)行測(cè)試，其壽命為1695小時(shí)。實(shí)施例46與實(shí)施例38不同的是，在該兩層復(fù)合材料表面進(jìn)一步復(fù)合一層厚約Ιμπι的 AuAg40合金，然后進(jìn)行測(cè)試，其壽命為1696小時(shí)。結(jié)論上述測(cè)試結(jié)果表明，在AgCuPdNi和AgCuPdZnNi合金中添加堿金屬元素Li、 Na和/或K可以改善電接觸合金的耐磨性、耐電弧性和電接觸性能。以這些合金作工作層 或中間層制成復(fù)合材料，用于制作微電機(jī)換向器，與采用不含堿金屬的合金所制作的微電 機(jī)換向器相比，在高溫、高濕條件下顯示出更長(zhǎng)的使用壽命，達(dá)到了提高電機(jī)工作壽命和穩(wěn) 定性的目的。
權(quán)利要求
含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料，其特征在于所述材料中Cu為1.0 8.0質(zhì)量百分含量；Ni為0.1 1.0質(zhì)量百分含量；Pd為0.1 2.0質(zhì)量百分含量；0.01～3.0質(zhì)量百分含量的Li、Na、K三種元素中的任一種；余量為Ag。
2.含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料含堿金屬的銀基含鈀滑動(dòng)電接觸材料，其特 征在于所述材料中Cu為1. 0 8. 0質(zhì)量百分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Pd為 0. 1-2.0質(zhì)量百分含量；Li、Na、K三種元素中的任兩種，兩種元素的質(zhì)量百分含量不超過(guò) 3.0% ；余量為Ag。
3.含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料，其特征在于所述材料中Cu為1.0 8. 0質(zhì) 量百分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì)量百分含量；Li、Na、K三種元 素質(zhì)量百分含量不超過(guò)3. 0%，余量為Ag。
4.含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料，其特征在于所述材料中Cu為1.0 8. 0質(zhì) 量百分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Zn為0. 1-5. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì) 量百分含量；0. 01 3. 0質(zhì)量百分含量的Li、Na、K三種元素中的任一種；余量為Ag。
5.含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料，其特征在于所述材料中Cu為1.0 8. 0質(zhì) 量百分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Zn為0. 1-5. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì) 量百分含量；Li、Na、K三種元素中的任兩種，兩種元素的質(zhì)量百分含量不超過(guò)3. 0% ；余量 為Ag。
6.含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料，其特征在于所述材料中Cu為1.0 8. 0質(zhì) 量百分含量；Ni為0. 1-1. 0質(zhì)量百分含量；Zn為0. 1-5. 0質(zhì)量百分含量；Pd為0. 1-2. 0質(zhì) 量百分含量；0. 01 3. 0質(zhì)量百分含量的Li、Na、K三種元素中的任一種；余量為Ag。
7.用于滑動(dòng)式電接觸的復(fù)合材料，其特征在于由權(quán)利要求1至6任一所述的含堿金 屬的銀基含鈀滑動(dòng)電接觸材料作為工作層，銅或銅合金作為基層，其中銀合金層部分或全 部覆蓋在銅或銅合金基層上面。
8.用于滑動(dòng)式電接觸的復(fù)合材料，其特征在于它由金或金合金作工作層，該工作層 全部或部分覆蓋在是在權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料的銀或銀合金層上面。
9.一種換向器，其特征在于使用權(quán)利要求7或8所述的復(fù)合材料。
10.一種直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于使用權(quán)利要求9所述的換向器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種含堿金屬和鈀的銀基滑動(dòng)電接觸材料，所述材料是在AgCuPdNi和AgCuPdZnNi中添加少量堿金屬元素Li、Na、K，這幾種元素可以分別單獨(dú)加入，也可以兩種或三種同時(shí)加入，但其總添加量不超過(guò)3.0％(重量百分?jǐn)?shù))。該合金具有良好的耐腐蝕、自潤(rùn)滑和滅弧性能，且高溫、高濕使用性能優(yōu)良，適合于制作直流電動(dòng)機(jī)的換向器。
文檔編號(hào)H01B1/02GK101924288SQ20091030309
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者徐永紅, 楊賢軍, 秦秀芳, 章應(yīng) 申請(qǐng)人:重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司