制备工艺对AgCuO电接触材料组织和电寿命的影响_图文

1、2005年9月 贵 金 属 Sep. 2005第26卷第3期 Precious Metals Vol. 26, No. 3收稿日期：2004-06-23 基金项目：国家科技攻关项目（2001BA326C ）制备工艺对AgCuO 电接触材料组织和电寿命的影响周晓龙1，曹建春2，陈敬超1，张昆华3，甘国友2，杜 焰1，李晓林2( 1. 昆明理工大学云南省新材料制备与加工重点实验室，云南 昆明 650093；2. 昆明理工大学材料与冶金工程学院，云南 昆明 650093；3. 昆明贵金属研究所，云南 昆明 650221 Effects of Preparation Method on Microst

2、ructure and Electrical Contact Performancefor AgCuO CompositesZHOU Xiaolong1，CAO Jianchun2，CHEN Jingchao1，ZHANG Kunhua3，GAN Guoyou2，DU Yan1， LI Xiaolin2 ( 1. Key Lab. of Advanced Materials of Yunnan Province,Kunming University of Science and Technology,Kunming, Yunnan 650093, China; 2. Faculty of Ma

3、terials and Metallurgy Engineering, Kunming University of Science andTechnology, Kunming, Yunnan 650093, China; 3. Kunming Institute of Precious Metals, Kunming, Yunnan 650221, China Abstract: In the present paper, the microstructure difference of AgCuO composite materials preparedby reactive synthe

4、sis and powder metallurgy was studied. It was found that the particles of copperoxide distributed in the silver matrix was smaller and finer in the AgCuO materials prepared byreactive synthesis, whereas the distribution of copper oxide particles was inclined to agglomerategather in the AgCuO materia

5、ls prepared by powder metallurgy. The service life test showed AgCuOmaterial prepared by reactive synthesis was two times longer than that prepared by powdermetallurgy.Keywords: Metal materials; Reactive synthesis; Powder metallurgy; AgCuO; Electrical contactmaterials ; Microstructure摘 要：研究了用2种方法制备的

6、AgCuO 材料的组织形貌，发现在反应合成法制备的AgCuO 材料中，生成的CuO 颗粒较细小，并沿着Ag 颗粒的边界分布；而粉末冶金法获得的AgCuO 材料发生CuO 颗粒的团状聚集，且孔隙较多。通过对接触电寿命的测试，结果表明反应合成法得到的AgCuO 材料的电寿命是粉末冶金法制备的2倍。关键词：金属材料；反应合成；粉末冶金；AgCuO ；电接触材料；显微组织中图分类号：TG146.3+2 文献标识码：A 文章编号：1004-0676（2005）03-0025-05银-金属氧化物（AgMeO ）材料，特别是银氧化镉（AgCdO ），由于具有优良的抗电弧侵蚀性、抗熔焊性和较低接触电阻，应用于

7、几伏至数千伏的中、低压电器中被称为万能触点14，但由于其使用过程中不可避免地产生镉毒，对人体及环境极为有害。材料科学家经过多年努力，积极开发研制取代AgCdO 的其他银-金属氧化物触头材料513，如AgSnO 2、AgCuO 、AgZnO 、AgNiO 等。最近26 贵 金 属 第26卷欧盟出台的对含镉材料的限制政策11，更加速了对无害银-金属氧化物的研究开发与产业化；因此，对于国内的触头材料产业，急需拥有自主知识产权和成熟工艺的银-金属氧化物材料来替代目前大量生产的AgCdO 。目前对AgCuO 材料的研究报道较少，仅见于前苏联14。其该类材料主要应用于中等和重负荷低压配电设备上的接触器、磁

8、性开关、尾端开关、继电器和控制器等方面，如在重负荷交流接触器上采用AgCuO （20wt%CuO）作主触头，获得良好的效果。粉末冶金法（PM ）是银-金属氧化物触头材料的主要制备方法之一，其生产工艺是将金属和氧化物粉末经过混合、压制、烧结，然后通过挤压、拉拔等制成需要的带材、丝材，最后制备成各种触头材料。采用PM 法能够获得组织相对均匀、性能较稳定的触头材料，但存在材料的密度较低、加工性较差、电阻率较高，以及氧化物颗粒与基体的界面润湿性差、界面结合强度弱等缺点。作者所采用的反应合成制备技术（RS ）1416的基本思想是根据热力学基本原理，依靠材料设计，在一定条件引入原位化学反应，在基体金属内反

9、应形核生成一种或几种热力学稳定的对基体材料组织、性能有益的增强相。由于原位合成技术生成的增强相表面未受到污染，且避免了与基体浸润不良的问题，因而与基体的结合良好。与传统方法相比，RS 法制备的复合材料具有氧化物增强相为反应生成及其与基体形成的界面新鲜、结合牢固等优点。作者通过采用2种方法制备AgCuO 复合材料，对其组织形态和电寿命的差异进行了研究。1 实 验1.1 样品制备采用粒度为-200目、纯度99.5%的Ag 粉、Cu 粉和氧化剂作为原料，通过RS 法制备含10wt%CuO的AgCuO 电接触材料。原料经过充分混合后置入Ö30mm的钢模中双向压制成锭坯，压力为350500MP

10、a ；再将锭坯放入烧结炉中，850保温3h ，进行反应合成和烧结；烧结后的AgCuO材料挤压成为Ö5mm的线坯。采用粒度为-200目、纯度99.5%的Ag 粉和粒度为-300目、纯度为99.99%的CuO 为原料，通过PM 法制备同样含10wt%CuO的AgCuO 电接触材料。原料经过混合、压制成锭坯后（压制压力、锭坯尺寸同RS 法），850保温3h 烧结；烧结后的AgCuO 锭坯挤压成为Ö5mm的线坯。2种方法制备的AgCuO 线坯经冷拉拔、退火等工艺，加工成Ö1.35mm丝材，再与Ö1.35mm的Cu 线制成尺寸为Ö3.0×1.0

11、（0.4）+Ö1.5×1.5的AgCuO/Cu复合触点进行电寿命实验。1.2 实验仪器及方法所制备样品通过X 射线衍射（XRD ；德国BRUKER ，型号为D8ADVANCE ）进行物相分析，用光学显微镜（OM ）和扫描电镜（AEM ；荷兰，型号为XL30 ESEM-TMP）进行组织观察，比较PM 与RS 两种制备技术所得到的AgCuO 复合材料烧结态组织的差异。委托桂林电科所进行了电寿命实验，试验条件为：交流：220V 、15A 、105次/min，闭合力100g ，分断力75g ，功率因子1；直流：24V ，15A ，105次/min，闭合力100g ，分断力75g ，

12、功率因子1。进一步比较2种制备技术所获得的AgCuO复合材料的使用寿命。2 结果与讨论2.1 物相分析采用RS 和PM 两种制备技术所获得的AgCuO 复合材料的物相分析如图1所示。从图1可以看出，2种方法都能够获得AgCuO 复合材料，并且材料中只有Ag 基体和增强颗粒（CuO ）两相存在。2.2 显微组织分析第3期 周晓龙等：制备工艺对AgCuO 电接触材料组织和电寿命的影响 27 图1 RS法和PM 法制备AgCuO 复合材料的X 射线衍射图Fig.1 XRD pattern of AgCuO composites prepared by reactive synthesis and p

13、owder metallurgy采用PM 法和RS 法制备的AgCuO 复合材料的烧结态、挤压态、冷拉拔态的显微组织分别如图2a 5a 和图2b 5b 所示。通过对比图2a 与图2b ，发现PM 法制备的AgCuO 材料中的CuO 形成团状聚集，并能够清晰地看到孔隙的存在；而RS 法制备的AgCuO 材料中的CuO 沿着基体Ag 颗粒边界分布，与基体的结合程度较好，且在基体中看不到孔隙的存在（如图2b 所示）。比较图3可看出图2 AgCuO样品烧结态组织的OM 图象（200×）Fig.2 OM micrograph of the sintered AgCuO( a PM法，b RS法

14、 图3 AgCuO样品烧结态组织的SEM 图象（200×）Fig.3 SEM micrograph of the sintered AgCuO( a PM法，b RS法 28 贵 金 属 第26卷图4 AgCuO样品挤压态组织的OM 图象（200×）Fig.4 OM micrograph of the sintered AgCuO( a PM法，b RS法 图5 AgCuO样品拉拔态组织的OM 图象（200×）Fig.5 OM micrograph of the sintered AgCuO( a PM法，b RS法 PM 法制备的AgCuO 材料中的CuO 颗粒

15、比RS 法制备的粗大。正是由于CuO 颗粒度的大小、及其其与Ag 基体结合程度的不同，决定了2种方法制备的同成分AgCuO 材料性能的差异。从挤压态组织形貌来看（如图4所示），挤压后CuO 颗粒在Ag 基体中的分布都发生了明显的变化，但是PM 法制备的AgCuO 材料（图4a ）中的CuO 颗粒还是存在聚集的现象，而RS 法制备的AgCuO材料（图4b ）中的CuO 颗粒较细小、且分布比较均匀；这种差异与烧结态CuO 颗粒的大小与分布有关：PM 法制备的AgCuO 烧结态中的CuO 颗粒较粗大且聚集，决定了挤压变形过程不易使粗大聚集的CuO 颗粒弥散分布；但是随着进一步的冷拉拔变形，CuO 颗

16、粒较均匀分布（图5）。从总体上讲，PM 法制备的AgCuO 材料中的CuO 颗粒比RS 法制备的较为粗大。2.3 电寿命分析将2种方法制备的AgCuO 材料冷拉拔成Ö1.35mm的丝材，并与铜制成复合铆钉进行电寿命测试。测试结果表明：无论是直流还是交流条件，RS 法制备的AgCuO 材料的电寿命是PM 法制备的表1 AgCuO材料的电寿命测试Tab.1 Service life of AgCuO/Cu material prepared by RS and PM methods周期（×104 ）AC 220V、15A DC 24V、15A AgCuO/Cu（RS ）9.29

17、（平均重量损耗：-24.63mg ） 10.80（平均重量损耗：-29.63mg ） AgCuO/Cu（PM ）4.23（平均重量损耗：-36.90mg ） 5.86（平均重量损耗：-27.26mg ） *实验的其它参数有：接触频率105次/分；闭合力100g ；分断力75g ；2种方法制备的AgCuO 材料中CuO 的含量均为10wt%。第3期 周晓龙等：制备工艺对AgCuO 电接触材料组织和电寿命的影响 292倍。RS 法制备的AgCuO 材料中，CuO 颗粒尺寸较小及氧化物增强相是反应生成，与基体形成的界面新鲜、结合牢固，是其具有较长电寿命的主要原因之一。4 结 论（1）在相同的烧结温度

18、和烧结时间条件下，RS 法获得的AgCuO 材料中CuO 颗粒较小并沿着基体颗粒分布；而PM 法制备的AgCuO 材料存在很多孔隙，且CuO 颗粒发生聚集现象。（2）经过多次变形处理，CuO 颗粒逐步形成均匀分布，2种方法所获得的丝材的在组织形貌上的差别不大。（3）RS 法制备的AgCuO 材料的接触电寿命是PM 法制备的2倍。参考文献1 刘军. 银金属氧化物电触头材料的发展及应用J. 江苏电器, 2000, 1: 29-32.2 Chen Jingchao, Sun Jialin, Zhang Kunhua, et al . Silver Tin Oxide Electrical Contact Material Fabricated byReactive SynthesisC. Zurich: ICEC, 2002. 447-451.3 陈敬超, 孙加林, 杜焰等. 银氧化镉材料的欧盟限制政策与其它银金属氧化物电接触材料的发展J. 电工材料, 2002, 4: 41-44.6 Shibata A. Silver-metal Oxide Contact Materials by Internal Oxidation ProcessC. Proc.7 ICECP, Pairs. 1974.749-754.7 魏淑娟. 银氧