含钯的银合金自润滑电接触材料及复合带材制造技术

本发明专利技术公开了一种含钯的银合金自润滑电接触材料及由这种电接触材料制成的复合带材。其中，含钯的银合金自润滑电接触材料包括以下重量百分比的成分：0.1%～2.0%的Ti3SiC2微粒；1%～15%的Cu；0.05%～2.0%的Ni；0.1%～3.0%的Pd；余量为Ag；合金成分还可以包括Zn、Mg、La、Ce、Y、Sm中的一种或多种，上述每种加入的金属元素的含量为0.1%～3.0%，且上述加入的金属元素的总量不超过3%；本发明专利技术是采用粉末冶金的方法将Ti3SiC2粉末加入Ag合金中制成的电接触材料。本发明专利技术的材料能够大大提高直流微电机换向器的抗高温磨损的能力，能够有效延长电机的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种合金材料，具体涉及一种含钯的银合金自润滑电接触材料及由这种电接触材料制成的复合带材。
技术介绍
直流微电机的换向器体积较小，工作时转速较快，多选用导电性能优异的Ag合金加工而成。然而，在工作过程中，微电机的换向器与电刷片间的滑动摩擦是一种无润滑的干摩擦。这种干磨擦条件下的磨损，主要表现为粘着磨损和磨粒磨损，一般情况下粘着磨损更为严重。磨损的严重程度与材料的硬度成反比，而与接触的压力成正比，还与环境温度等因素密切相关。微电机高速旋转时，电刷片的弹性压力给换向器一个正压力，以保持电接触面导电良好。由于电机转速快，电刷与换向器之间又有电弧烧蚀，摩擦副温度逐步升高，使摩擦面上接触的微小凸出部份产生焊合，焊合点随即又被旋转引起的剪切应力撕裂，被剪切下来的强度较低的换向器材料大部份脱落成磨屑，这些磨屑被电刷带入换向器极片间隙中堆集，最终造成极片导通短路而使电机早期失效死机。在换向器和电刷片的滑动接触面上不添加常规润滑剂，添加常规润滑剂会对电接触性能带来不利影响。以上都是现·有的AgCuN1、AgCuZnNi等换向器材料的常见的问题。现代家用电器越来越小型化，小家电内部元件排布紧密，热量不易散失，工作过程中内部温度甚至高达70°C 80°C。汽车中的电机也经常处于较高温度状态。在高温环境下，换向器的磨损加剧，粘着磨损更加严重，同时更多的磨屑转移沉积在电刷片上，这些沉积物又对换向器表面进行刮削，产生更多的磨屑，缩短电机的使用寿命。为了提高微电机的工作稳定性,延长微电机的使用寿命,人们一直在努力寻求解决直流微电机换向器在高温环境下的易磨损问题。专利技术内容本专利技术的第一目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种能够抗高温磨损的含钯的银合金自润滑电接触材料。本专利技术的第一目的是通过以下技术方案实现的:一种含钯的银合金自润滑电接触材料，包括以下重量百分比的成分:0.1% 2.0%的Ti3SiC2微粒；1% 15%的Cu ；0.05% 2.0%的Ni ；0.1% 3.0%的Pd ;余量为Ag ;本专利技术是采用粉末冶金的方法将Ti3SiC2粉末加入含Pd的Ag合金中制成的电接触材料。其中，所述Ti3SiC2微粒的纯度≥98%，平均粒径≤2.0 μ m。合金成分还包括Zn、Mg、La、Ce、Y、Sm中的一种或多种，上述每种加入的金属元素的含量为0.1% 3.0%,且上述加入的金属元素的总量不超过3%。在Ag合金材料中，Pd的加入能够提高合金的抗熔焊、抗粘着能力，在工作过程中降低粘着磨损，减少材料向电刷片转移和沉积。而Ti3SiC2粉末具有优异的自润滑性能，能够降低材料的摩擦系数，降低摩擦面表面能，减少粘着摩损的发生。Pd与Ti3SiC2粉末共同作用能够有效提高材料的抗高温磨损的能力。当然，Ag合金材料中的Pd可以由Pt替代，只是Pt更加昂贵。下面对Ti3SiC2粉末的作用进行详细说明。层状结构的Ti3SiC2属六方晶系，晶格常数为a=0.30665nm,c=l.767nm。共棱的CTi6八面体被平面的平行四边形分布的Si原子层所分割，每个晶包含有2个Ti3SiC2分子。T1-C为共价键结合，结合键力较强，造就了Ti3SiC2有3000°C以上的高熔点。而Si原子与T1-C-T1-C-Ti链的键力较弱，Ti层和Si层在外力作用下易于产生剪切滑移，使Ti3SiC2具有优异的自润滑性能和极低的摩擦系数。它的摩擦系数甚至比石墨和二硫化钥还低。Ti3SiC2结合了金属和陶瓷的优点，具有优异的导电性和导热性。室温时的电导率为4.约为纯Ti电导率的2倍)，导热率为43w.πΓ1.k' Ti3SiC2耐酸碱浸蚀、抗氧化、抗热震性能良好，还有优良的可加工性。这些优异的性能是直流微电机换向器材料需要具备的。对于含有Ti3SiC2微粒的有自润滑能力的换向器，在电机运转摩擦过程中，其中含有的固体润滑物质Ti3SiC2释放出来，进入金属的摩擦界面中，形成一种半边界润滑状态。剪切抗力低的固体润滑剂Ti3SiC2减小了摩擦系数。有报导称，金属间的摩擦系数一般在0.5 1.0之间。而Ag基自润滑电接触材料摩擦系数多在0.16 0.55范围。另一方面，Ti3SiC2固体润滑剂吸附在摩擦面上使摩擦面表面能大为降低，在很大程度上减少了粘着摩损的发生。所加固体润滑剂Ti3SiC2的导电性能优良，不会影响电刷片和换向器之间的电流导通。在本专利技术的材料中，Ti3SiC2微粒的重量百分比含量不超过2%。Ti3SiC2微粒的重量百分比含量太高，Ag合金变脆，材料加工性能恶化，几乎无法生产出所需的带材。如果Ti3SiC2微粒的重量百分比含量小于0.1%，就起不到自润滑和微粒强化的效果。同时，Ti3SiC2微粒的平均粒径≤2 μ m。因为冲制微电机换向器的精密复合带材的Ag合金工作层厚度一般仅有20 30 μ m, Ti3SiC2微粒的粒径过大，会影响工作层的性能。在Ag合金中加入Ti3SiC2粉末时，需要采取有效的工艺措施，使Ti3SiC2微粒在Ag合金基体组织中分布均匀。加入了 Ti3SiC2微粒的AgCuPdN1、AgCuPdZnNi等合金不仅具有自润滑能力，减少换向器材料的磨损，而且Ti3SiC2微粒的显微硬度可达到4GPa,加入到Ag合金中能起到了微粒强化的作用，使AgCuPdN1、AgCuPdZnNi等合金的强度和硬度得到提高，增强了AgCuPdNi > AgCuPdZnNi等合金抗高温磨损能力。本专利技术的第二目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种具有自润滑能力的复合带材。本专利技术的第二目的是通过以下技术方案实现的:一种复合带材，包括基层及镶嵌复合或面复合于该基层上的Ag合金层；其中，基层为铜层或铜合金层；Ag合金层由含钯的银合金自润滑电接触材料制成。所述Ag合金层的上表面还复合有厚度1 2 μ m的Au或Au合金层。本专利技术的贵金属复合带材，大量节约Ag等贵金属资源，将含有Ti3SiC2微粒的具有自润滑能力的Ag合金带材通过压力加工的工艺，镶嵌复合或面复合在铜或铜合金带材上，形成一个结合牢固的精密的层状复合带材，供冲制直流微电机换向器使用。这种复合带材，只有换向器工作面上使用很少的Ag合金，而其余大部份则使用廉价的导电性能仍然优异的Cu合金。这种换向器使用的复合带材，不但可以大大节约Ag等贵金属资源，而且还可充分利用不同金属材料的优异性能。Ag合金层导电导热性能优异，耐高温磨损，抗电弧烧蚀，作为工作层；Cu合金基层为Ag合金层提供机械支撑，并导通电流。对于表层为Au或Au合金，中间层为具有自润滑能力的Ag合金这种3层复合带材，由于表层有Au或Au合金层，因此其抗氧化能力极强，接触导通可靠，接触电阻稳定。该3层复合带材冲制的换向器主要用于高温高湿环境或要求可靠性高的重要电机。本专利技术的复合带材的生产工艺流程为: 1、将极细的Ti3SiC2粉末以粉末冶金的方法加入到AgCuPdNi或AgCuPdZnNi等合金中，制成含有Ti3SiC2微粒的AgCuPdNi或AgCuPdZnNi合金锭。2、将上述合金锭通过退火一压延加工一退火的循环工艺流程，加工成Ag合金带材。3、将上述Ag合金带材通过压力加工的工艺，镶嵌复合或面复合在铜或铜合金带材上，形成结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含钯的银合金自润滑电接触材料，其特征在于包括以下重量百分比的成分：0.1%～2.0%的Ti3SiC2微粒；1%～15%的Cu；0.05%～2.0%的Ni；0.1%～3.0%的Pd；余量为Ag；本专利技术是采用粉末冶金的方法将Ti3SiC2粉末加入Ag合金中制成的电接触材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑元龙，郑旭阳，刘清泽，
申请(专利权)人：上海中希合金有限公司，
类型：发明
国别省市：