專利名稱：氧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，尤其涉及一種氧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。
發明內容
針對背景技術中的問題，本發明提出了一種氧化物增強滑動電接觸合金，滑動電接觸合金的成分由Cu、N1、氧化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu :1 8%、N1:0.1 O. 5%、氧化物0. 5 2%、余量為Ag ;其中，氧化物為Al203、Zr02、Ce02、Cr203中的一種。本發明的基本原理是氧化物具有高硬度和高熔點的特性，將其添加進現有的AgCuNi合金后，氧化物分布在銀基體中，可以通過彌散強化機制提高銀基體的硬度，同時，氧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；銀基體在電弧高溫的作用下會發生熔化，形成熔融狀態的銀漿，由于氧化物的熔點很高，不會被熔化，分布于銀漿中的固態氧化物顆粒可以提高銀漿的液相粘度，防止銀基體的飛灘和流失，從而提聞材料的抗電弧能力。發明人經過大量實驗后發現，若氧化物的含量低于O. 5%，則其耐磨損和抗電弧作用不能充分發揮，對材料性能的改善效果不明顯；若氧化物的含量高于2%，又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，材料中的氧化物含量應在O. 5°/Γ2%之間取舍。在生產實踐中，發明人發現，如果氧化物的粒度低于0.5 μ m，由于顆粒過于細小，在運輸、保存和使用過程中容易出現團聚現象，生產中很難保證氧化物在銀基體中分布的分散性和均勻性，從而會導致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；反之，如果氧化物的粒度大于3 μ m,則又會因顆粒過于粗大，導致銀基體中分布的氧化物顆粒的數量較少，對銀基體達不到預期的改善效果效果，同時，氧化物顆粒過大會嚴重降低材料的工藝性能，所制作出的帶材容易出現開裂現象，不能滿足大批量生產的要求；此夕卜，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，所述氧化物的平均粒度應在O. 5 3μπι范圍內為宜。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；將采用本發明的合金制成的層狀復合材料制作為換向器，并進而將這種換向器用于微電機的制作，最終可以使微電機的性能得到改善，提高微電機的使用壽命。本發明的有益技術效果是通過在現有的銀合金中添加氧化物，使銀合金的耐磨性和抗電弧能力得到明顯改善，從而制作出高性能的微電機，提高微電機的壽命，最終使采用這種微電機作動力的設備或裝置的性能得到改善。
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氧化物增強滑動電接觸合金，滑動電接觸合金的成分由Cu、N1、氧化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為=Cu Γ8%, Ni 0. Γθ. 5%、氧化物0. 5 2%、余量為Ag ;其中，氧化物為Al203、Zr02、Ce02、Cr203中的一種。進一步地，所述氧化物的平均粒度為O. 5^3 μ m。一種層狀復合材料，前述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，發明人還列舉了一種具體的實施工藝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，本文僅以成品合金為例進行闡述)。2)將上述合金粉末與氧化物粉末混合均勻，其中氧化物粉末的平均粒度為
O.5^3 μ m (對于氧化物粉末的粒度控制，可采用篩網進行過篩處理獲得)。3)對混合均勻的粉末進行等靜壓制，壓制壓力為6(Tl00MPa。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，燒結溫度70(T85(TC。5)對燒結好的坯料進行擠壓，擠壓比不小于20。
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材料對銀合金的改善效果，發明人設計了 12個實施例，各個實施例中所采用的配方見下表(重量百分比)
權利要求
1.一種氧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、氧化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu Γ8%, Ni 0. Γθ. 5%、氧化物O. 5 2%、余量為Ag ;其中，氧化物為Al203、Zr02、Ce02、Cr2O3中的一種。
2.根據權利要求1所述的氧化物增強滑動電接觸合金，其特征在于所述氧化物的平均粒度為O. 5^3 μ m。
3.—種層狀復合材料，其特征在于權利要求Γ2中任一項所述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
本發明公開了一種氧化物增強滑動電接觸合金，滑動電接觸合金的成分由Cu、Ni、氧化物和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu1~8%、Ni0.1~0.5%、氧化物0.5~2%、余量為Ag；其中，氧化物為Al2O3、ZrO2、CeO2、Cr2O3中的一種。本發明的有益技術效果是通過在現有的銀合金中添加氧化物，使銀合金的耐磨性和抗電弧能力得到明顯改善，從而制作出高性能的微電機，提高微電機的壽命，最終使采用這種微電機作動力的設備或裝置的性能得到改善。
文檔編號C22C5/06GK103060601SQ20121056034
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者章應, 徐永紅 申請人:重慶川儀自動化股份有限公司