專利名稱：碳化物增強滑動電接觸合金及其層狀復合材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于微電機換向器的合金材料，尤其涉及一種碳化物增強滑動電接觸合金及其層狀復合材料。
背景技術：
在直流微電機的工作過程中，換向器和電刷片相互接觸并相對滑動，實現電流的傳輸，保持電機運轉。影響微電機壽命的因素主要有以下幾個1、微電機工作時，換向器和電刷之間不可避免地存在滑動摩擦磨損，因摩擦磨損產生的磨屑被擠壓在換向器和電刷片之間，隨著堆積的磨屑增多，換向器和電刷片之間的接觸性能逐步降低，引起較大的接觸電阻波動，導致輸出波形不良和電噪聲，嚴重時引起非換向期電弧，非換向期電弧又會進一步加快材料的磨損，最終導致微電機壽命終結；2、微電機在換向時，換向器與電刷片瞬間分離，產生的換向期電弧溫度很高，常常造成銀合金的熔化、飛濺，從而導致換向器失效并最終使微電機壽命終止；3、換向期電弧還容易使磨屑熔焊于換向器的溝槽中造成短路，致使微電機早期死機；4、電接觸過程中由于機械摩擦和電流作用所產生的溫升會使材料表面硬度下降，降低其硬度和耐磨性，進一步加劇材料的機械磨損。因此，提高換向器用電接觸材料的耐磨性和抗電弧侵蝕能力是提高換向器使用性能和微電機使用壽命及穩定性 的重要手段。
銀合金具有優良的導電性和耐腐蝕性能，因而是換向器中最常見、用量最大的滑動式電接觸合金；但是銀的硬度和熔點均偏低，抗磨損和抗電弧性能存在明顯不足，無法滿足微電機換向器的使用要求，本領域技術人員采用了各種方法來改善其性能，目前，通過Cu、N1、Zn、Pd、Pt、RE (稀土)等元素與銀合金的合金化來提高銀合金性能的技術已經得到廣泛的應用；但是，隨著社會發展，工程領域對微電機性能的要求也在不斷提高，因此現有的換向器用滑動電接觸合金難以滿足要求，引入新的強化組元、開發新型換向器材料是滑動式電接觸材料研發和生產部門的重點發展方向。
發明內容
針對背景技術中的問題，本發明提出了一種碳化物增強滑動電接觸合金，滑動電接觸合金的成分由Cu、N1、碳化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu :1 8%、N1:0. Γ0. 5%、碳化物0. 5 2%、余量為Ag ;所述碳化物為SiC、TiC、WC、VC中的一種(具體生產中，可綜合考慮各種物質的成本擇優選用)。本發明的改進點在于，通過在現有的銀合金中添加碳化物，從而使銀合金的耐磨性和抗電弧能力得到提高，進而制作出高性能的換向器和微電機。之所以采用碳化物來改善銀合金的性能，理由有碳化物具有高硬度、高熔點的特性，當其分布于銀基體中時，可通過彌散強化機制提高銀基體的硬度，同時，碳化物自身也具有很強的抵抗滑動磨損的能力，從而使材料的整體耐磨性得以提高，減少磨屑的產生；另外，由于碳化物具有高的熔點，在電弧高溫的作用下不會熔化，當銀基體在電弧高溫的作用下熔化時，細小的碳化物顆粒分散在熔融的銀中，增大了熔融狀態的銀的液相粘度，可以有效地防止銀基體的飛濺和流失，從而提高材料整體的抗電弧能力。發明人在實驗過程中還發現，若碳化物的含量低于O. 5%，則其耐磨損和抗電弧作用不能充分發揮，對銀合金的性能改善效果較弱；若碳化物的含量高于2%，則會顯著增大滑動接觸時的接觸電阻，并且對電刷造成嚴重磨損，反而會降低微電機壽命，因此，碳化物的用量應在O. 5^2%范圍內取舍。為了保證銀基體中碳化物顆粒的數量和分布的均勻性，本發明還對碳化物的粒度進行了優選在現有的生產條件下，如果碳化物的粒度低于O. 5 μ m，則顆粒過于細小，在運輸、保存和使用過程中容易出現團聚現象，其在銀基體中的分散性和均勻性難以得到保證，進而造成材料性能的一致性和穩定性降低，不能滿足大批量生產的要求，如果碳化物的粒度大于3 μ m，則顆粒過于粗大，一方面減少了銀基體中碳化物顆粒的數量，難以達到預期的增強效果，另一方面，會嚴·重降低材料的工藝性能，生產中，成品帶材容易出現開裂現象，同樣不能滿足大批量生產的要求；此外，過于粗大的顆粒對接觸電阻和電刷也會產生不利影響，因此應將碳化物的平均粒度控制在O. 5 3 μ m范圍內。所述的滑動電接觸合金層疊或鑲嵌在銅或銅合金表面即形成層狀復合材料，其中銅或銅合金為基層，滑動電接觸合金為工作層。將本發明的滑動電接觸合金作為工作層復合在基層表面，用于制作微電機換向器，可以節約貴金屬，降低換向器和微電機的生產成本；將前述的層狀復合材料用于制作換向器，并進而制作出微電機，最終可以使微電機的性能得到改善。本發明的有益技術效果是通過在現有銀合金中添加碳化物，從而獲得新的銀合金材料，得益于碳化物對銀基體的增強作用，該銀合金材料具備高耐磨性和強抗電弧能力的特性，將其應用于微電機中的換向器制作，可以獲得高性能的微電機。
圖1、工作層層疊復合在基層的全部表面上時的層狀復合材料截面示意圖；圖2、工作層鑲嵌復合在基層的部分表面上時的層狀復合材料截面示意圖。圖中標記I為工作層，標記2為基層。
具體實施例方式一種碳化物增強滑動電接觸合金，滑動電接觸合金的成分由Cu、N1、碳化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為=Cu Γ8%, Ni 0. Γθ. 5%、碳化物0. 5 2%、余量為Ag ;所述碳化物為SiC、TiC、WC、VC中的一種。進一步地，所述碳化物的平均粒度為O. 5^3 μ m。一種層狀復合材料，所述的滑動電接觸合金層疊或鑲嵌在銅或銅合金表面形成層狀復合材料，其中銅或銅合金為基層，滑動電接觸合金為工作層。
一種換向器，采用前述的層狀復合材料制作換向器。一種微電機，采用前述的換向器制作微電機。為了便于本領域技術人員實施，這里介紹一種發明人采用的具體制備方法I)采用水霧化法制備AgCuNi合金粉末(AgCuNi合金可采用成品合金，也可采用純金屬，這里僅以成品合金為例進行講解)。2)將上述合金粉末與碳化物粉末混合均勻，其中碳化物粉末的平均粒度，可通過篩網過篩處理控制為O. 5^3 μ m。3)對混合均勻的粉末進行等靜壓制，形成錠狀。4)將壓制好的坯料置于氨分解氣氛或純氫氣氛中進行燒結。5 )對燒結好的坯料進行擠壓。6)將擠壓好的坯料通過軋制、中間退火、拉拔等工藝，制備成帶材或絲材。7)采用熱軋、溫軋或冷軋復合技術，將上述帶材或絲材與銅或銅合金材質的帶材進行復合，制作成層狀復合材料。實施例為了驗證本發明的效果，發明人設計了 12個實施例，下表中列出了各個實施例所采用的配方(重量百分比)
權利要求
1.一種碳化物增強滑動電接觸合金，其特征在于滑動電接觸合金的成分由Cu、N1、碳化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu rs%, Ni 0. ro. 5%、碳化物0.5 2%、余量為Ag ;所述碳化物為SiC、TiC、WC、VC中的一種。
2.根據權利要求1所述的碳化物增強滑動電接觸合金，其特征在于所述碳化物的平均粒度為0. 5^3 u m。
3.—種層狀復合材料，其特征在于權利要求1 2中任一項所述的滑動電接觸合金層疊或鑲嵌在銅或銅合金表面，其中銅或銅合金為基層，滑動電接觸合金為工作層。
4.一種換向器，其特征在于采用權利要求3所述的層狀復合材料制作換向器。
5.一種微電機，其特征在于米用權利要求4所述的換向器制作微電機。
全文摘要
本發明公開了一種碳化物增強滑動電接觸合金，滑動電接觸合金的成分由Cu、Ni、碳化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu1~8%、Ni0.1~0.5%、碳化物0.5~2%、余量為Ag；所述碳化物為SiC、TiC、WC、VC中的一種。本發明的有益技術效果是通過在現有銀合金中添加碳化物，從而獲得新的銀合金材料，得益于碳化物對銀基體的增強作用，該銀合金材料具備高耐磨性和強抗電弧能力的特性，將其應用于微電機中的換向器制作，可以獲得高性能的微電機。
文檔編號B32B15/04GK103045894SQ201210562159
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者徐永紅, 章應 申請人:重慶川儀自動化股份有限公司