新型弱电铜基电触头复合材料的研究

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1、济南大学硕士学位论文摘要电触头是高、低压电器中的关键元件，担负着接通和分断电流的任务，其性能的好坏直接影响开关和电器运行的可靠性及使用寿命。随着开关电器制造水平的不断提高，品种的不断增加，特别是由于节约银等贵金属、保护其枯竭的自然资源的需要，节银电触头材料的研究受到人们的高度重视。理想的电触头材料必须满足物理性能、力学性能、电接触性能、化学性能、加工制造性能等多方面的要求，这些要求是多样的，而且有些性能要求是相互矛盾的，因而一种单一材料能具有这些要求几乎是不可能的。为此，通常是采用粉末冶金的方法，把性能不同而又不能相互溶解或溶解度很小的两种或多种金属或合金组合在一起，制成复

2、合材料，来实现上述主要性能要求，并获得最佳的综合性能。本文根据电触头性能的要求，在铜基体内添加多种组元，采用粉末冶金工艺，研制出一种新型的高性能铜基无银电触头复合材料。该材料具有较高的导电率，较好的抗氧化性和抗熔焊性，较低的接触电阻以及良好的力学性能，满足了中低压电器中电触头的使用要求，可以替代目前广泛使用的银基电触头材料，同时还可提高开关电器的使用性能，大大降低电触头元件的成本。电触头材料要求具有很好的抗电烧蚀和抗熔焊性能，但纯铜很难达到该种要求，这就需要选择一种低熔点组元，在铜的熔化温度以下，这种组元物质容易比铜先氧化、燃烧或蒸发，且形成的氧化物易于分解，分解时将消耗电

3、弧能量使电弧容易熄灭，过剩的氧被逐出，形成小孔或微孔，这种多孔结构有利于提高触头的抗熔焊性。通过本课题组前期试验加入的低熔点组元为Bi，加入量为2％。为提高铜基体的力学性能，增加其硬度，提高其耐磨性和抗熔焊性，需要含有高熔点、高硬度组元，使之与铜基体复合后具有良好的电性能和力学性能。选择wC、TiC、B．C作为高熔点、高硬度组元，通过对加入这些组元试样的导电性和硬度比较可知，B。c颗粒所表现出的性能最好。综合考虑B。c对材料的整体性能影响，在提高材料硬度和耐磨性的基础上，使导电性和抗氧化性损失又较少，最终确定B。C的加入量为2％左右。研究了稀土及其不同含量对铜基电触头复合材

4、料的导电性能、力学性能及抗熔焊性能等的影响。研究发现稀土元素的加入改善了材料的接触性能，提高了抗氧化性和基体强度。考虑稀土元素对材料综合性能的影响，确定了稀土含量最佳配比在0．1％左右，论文并对稀土的对稀土材料的性能影响机理进行了分析。通过对球磨加工工艺和普通混粉工艺制得试样的电性能、氧化性能、和力学性能的测试，研究了球磨加工工艺对电触头性能的影响。触头材料的原料经过球磨加工以后，耐磨性和硬度有了很大提高．但是，球磨工艺使增强体在基体表面的均匀分布，使材料的导电性能和抗氧化性能有所降低。对真空热压工艺与常规冷压工艺进行了对比。由于真空热压工艺是在真空条件下压制，热压后坯锭一

5、次相对密度可达90％以上，孔隙率小于10％，使触头材料的塑性变形增大，孔隙率下降，促进了密度的提高和均匀化。从理论上探讨了电触头复合材料的多种性能及其与微观组织结构之间的关系，对所设计电触头材料的电性能、物理性能以及力学性能等进行了探讨，并对其进行组织结构及其机理分析。最终确定所研究的新型弱电铜基电触头复合材料的最佳成分配比为：Bi2％，B。C2％，稀土(富镧混合稀土)0．1％，其余为铜及其它不可避免的杂质。基本确定了热压烧结的主要参数：温度750℃、保温30min、压力25MPa。最后制得新材料的电阻率可达2．40～2．80¨Q}cm，硬度可达57～65HB，密度可达8．

6、30～8．409／cm3。通过对新材料各性能的研究及其机理分析得出，新材料在抗氧化性能上克服了铜表面易形成氧化膜的不足，耐磨性比常用的铜基、银基触头材料有明显的提高，是一种综合性能优良、材料成本低廉的新型电触头复合材料。关键词：电触头材料；粉末冶金；稀土：高能球磨；热压工艺ABSTRACTCbntactcomponentsarcpiVotalelementofswitchwiring．Tb擎eatextenttheseⅣiceljfe卸dmajorpropertiesofswitchwiringaredecidedbycontactmaterials．withtheimpr

7、ovementoftheelectriccontactmanufacture锄dtheincreaseofVariety，‘especiallymeetingttIeneedofsaVingsilVerandothernOblemetals，peopleattachimportancetothefcsearchofcopper-basedcontactmaterialsinsteadofsilVer．Perfcctelectrjcalcontactmaterialsmustmeetthevariousneedsof