[发明专利]高熔点合金元素增强滑动电接触合金及其层状复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制作微电机换向器的材料，尤其涉及一种高熔点合金元素增强滑动电接触合金及其层状复合材料。

背景技术

在直流微电机的工作过程中，换向器和电刷片相互接触并相对滑动，实现电流的传输，保持电机运转。

影响微电机寿命的因素主要有以下几个：1、微电机工作时，换向器和电刷之间不可避免地存在滑动摩擦磨损，因摩擦磨损产生的磨屑被挤压在换向器和电刷片之间，随着堆积的磨屑增多，换向器和电刷片之间的接触性能逐步降低，引起较大的接触电阻波动，导致输出波形不良和电噪声，严重时引起非换向期电弧，非换向期电弧又会进一步加快材料的磨损，最终导致微电机寿命终结；

2、微电机在换向时，换向器与电刷片瞬间分离，产生的换向期电弧温度很高，常常造成银合金的熔化、飞溅，从而导致换向器失效并最终使微电机寿命终止；

3、换向期电弧还容易使磨屑熔焊于换向器的沟槽中造成短路，致使微电机早期死机；

4、电接触过程中由于机械摩擦和电流作用所产生的温升会使材料表面硬度下降，降低其硬度和耐磨性，进一步加剧材料的机械磨损。

因此，提高换向器用电接触材料的耐磨性和抗电弧侵蚀能力是提高换向器使用性能和微电机使用寿命及稳定性的重要手段。

银合金具有优良的导电性和耐腐蚀性能，因而是换向器中最常见、用量最大的滑动式电接触合金；由于银的硬度和熔点均偏低，其抗磨损和抗电弧性能存在明显不足，无法满足微电机换向器的使用要求，因此现有技术中采用了各种方法来改善银合金的性能，目前，通过在Ag中添加Cu、Ni、Zn、Pd、Pt、RE（稀土）等元素的合金化来提高银合金性能的技术已经得到了广泛的应用；其中，较常用的有AgCuZnNi合金，Ni在固态下不溶于银，因而会以弥散相的形式析出于基体中，起到细化晶粒、提高耐磨性的作用，同时，由于其熔点较高（约1455℃），也可以提高抗电弧能力。但是，由于Ni为面心立方结构，滑移系较多，外力作用下容易变形，所以当摩擦严重时，仍然无法有效改善耐磨性；同时，在电弧强烈时，Ni仍然可能被熔化，其提供的抗电弧性能也有限。因此，开发具有更好的耐磨损性和抗电弧能力的新型滑动式电接触银合金，是提高换向器性能、延长微电机使用寿命的必要途径。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种高熔点合金元素增强滑动电接触合金，滑动电接触合金的成分由Cu、Zn、高熔点合金元素和Ag组成；各种成分的重量百分含量分别为：Cu：1~8%、Zn：1~5%、高熔点合金元素：0.1~1%、余量为Ag；所述高熔点合金元素为Re、W、Mo中的一种（具体选用时，可综合考虑各种物质的价格成本择优选用）。

本发明的改进点在于，将现有的AgCuNi合金中的Ni成分替换为高熔点合金元素，相比于Ni元素，高熔点合金元素具有更强的耐磨性和抗电弧侵蚀能力，可以使银合金的性能得到显著改善，从而提高微电机的寿命。其作用原理为：由于高熔点合金元素的固有性质，在将其与银基体的合金化过程中，高熔点合金元素不能固溶于银基体中，在最终得到的银合金的固相中，高熔点合金元素会以第二相形式弥散析出，对银合金的耐磨性可以起到明显的改善效果；高熔点合金元素的熔点普遍较高，基本上可以达到2620℃以上，因此高熔点合金元素的抗电弧侵蚀能力很强，产生电弧时，高熔点合金元素不会因电弧高温而熔化，高熔点合金元素仍然以固态形式存在于银基体中，增大了熔融的银基体的液相粘度，可以有效地防止银基体的飞溅和流失，从而提高材料整体的抗电弧能力。发明人在大量的实验中发现，若高熔点合金元素的含量低于0.1%，则其耐磨损和抗电弧作用不能得到充分发挥，对银合金的性能改善作用较弱，而若高熔点合金元素的含量高于1%，则银合金中的成分均匀性不容易得到保证，并且会对电刷造成严重磨损，反而会导致微电机因电刷过快磨损而寿命降低，因此，前述的配方中，高熔点合金元素的含量应在0.1~1%范围内取舍。