[发明专利]含Pt的滑动接点材料及层状复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种滑动电接触材料，尤其涉及一种具有优良的灭弧、自润滑、耐磨及耐腐蚀的含Pt的滑动接点材料，以及用这种材料镶嵌铜或铜合金表面，滑动电接点材料作为工作层、铜或铜合金作为基层的层状复合材料。

背景技术

电刷是直流微电机的核心元件之一，它与换向器相互接触并相对滑动，实现电能传输、推动电机运行。电刷在工作过程中承受滑动磨损和电弧侵蚀的双重作用，同时受到环境气氛中各种腐蚀性介质的影响，并且摩擦和电流造成的温升加剧了磨损和腐蚀的作用。因此，电刷材料在要求良好接触导电性的同时，还需要具有良好的耐磨损、抗电弧、抗熔焊和耐腐蚀性能；同时，电刷在与换向器配对工作过程中，其工作区域只局限在很小的一段，虽然在工作过程中有加工硬化的作用，但在磨损和电弧严重的场合仍然难以保证足够的寿命和稳定性，尤其在微电机换向器普遍使用含稀土的银合金以后，电刷的性能逐渐成为制约微电机寿命的关键因素。

目前，通过在现有的AgPd合金中添加Cu、RE制作的电刷材料，其使用性能较传统的AgPd50合金有了一定的提高，并且将价格昂贵的元素Pd的含量(重量百分比，下同)由50％降低到40～48％，使其成本也有了明显的下降。但是，在电流运转较大(如1A以上)、电压较大(如10V以上)、转速较高(如8000rpm以上)等条件下AgPd合金电刷片则仍然存在灭弧效果差、自润滑不良等缺点，导致微电机寿命和稳定性不足。

发明内容

针对现有银钯系电刷材料存在的问题，本发明提供一种成分均匀性具有优良的灭弧、自润滑、耐磨及耐腐蚀的含Pt的滑动接点材料，以及用其作为电刷的工作面，镶嵌铜合金基体上构成层状复合材料。所述材料可以充分发挥贵金属电接触材料的优良性能，具有提高直流微电机的稳定性和使用寿命的优点。

本发明的技术方案是：

本发明所述的滑动接点材料，包括Pd、Cu、Zn、RE、Pt和Ag，其各组分的重量百分含量为：

Pd  15～45％；

Cu  0.5～8％；

Zn  0.5～5％；

RE  0.05～0.5％；

Pt  0.1～2％；

余量为Ag。

上述滑动接点材料中所述的RE最优可为La、Ce、Eu中的一种或几种。

本发明所述的层状复合材料，采用上述的滑动接点材料镶嵌在铜或铜合金的表面，其中铜或铜合金为基层，滑动接点材料为工作层。

本发明涉及的一种微电机，它使用上述层状复合材料作电刷。

本发明所述的材料中，Ag是导电性最好的金属元素，并且具有良好的耐腐蚀性能，是电刷材料导电和耐腐蚀的基本保证，但纯Ag的力学性能不足、抗硫化性能差，易受电弧侵蚀和熔焊，因此必须进行合金化。

Pd是改善Ag抗硫化性能的主要元素，并且可进一步提高耐腐蚀性，还通过固溶强化提高材料的硬度和耐磨性，其熔点较高，可以改善材料的抗电弧性能；如果Pd的含量低于15％，则其对电刷材料性能的改善作用不能充分发挥，如果其含量高于45％，则材料电阻增大，同时成本提高。

Cu主要起固溶强化和沉淀强化作用，提高材料的耐磨性；如果含量低于0.5％，则其强化作用不能充分发挥，如果含量高于8％，则增大接触电阻，降低耐腐蚀性。

Zn一方面起固溶强化作用，提高材料的耐磨性；并且其沸点较低(约907℃)，电刷使用过程中出现电弧时，Zn可以通过挥发吸热，使电弧尽快熄灭；同时，材料中的Zn还可以发生选择性氧化，在电刷表面形成极薄的ZnO薄膜，在不明显提高接触电阻的条件下产生自润滑作用，减小电刷的磨损。如果Zn的加入量小于1％，则其作用不能充分发挥，如果Zn的加入量大于5％，则材料电阻增大，电接触性能下降。

稀土元素RE可以去除杂质、净化合金，改善合金的成分均匀性、细化组织，从而提高合金的导电性与力学性能；同时，稀土元素还可以与Ag、Pd、Cu形成多种金属间化合物，并以微细颗粒形式从基体中弥散、均匀地析出，产生沉淀强化作用，改善合金的耐磨性，并提高其高温稳定性，抑制电刷在工作过程中由于温度升高而发生软化的现象，从而延长电刷的使用寿命。如果稀土添加量少于0.05％，则不能充分发挥其有益作用；如果稀土添加量大于0.5％，则析出相增多、尺寸变大，接触电阻升高，并且对换向器的损伤增大，不利于直流微电机性能和寿命的改善。