[发明专利]超细晶粒银合金层状复合材料及制作方法

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层状复合材料，尤其涉及一种超细晶粒银合金层状复合材料及制作方法。

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；设备工作过程中，换向器和电刷片之间不可避免地存在滑动摩擦磨损，由此产生的磨屑被挤压在换向器和电刷片之间，影响二者的接触性能，造成较大的接触电阻波动，导致输出波形不良和电噪声，严重时甚至会引起非换向期电弧，加快材料的损伤；同时，磨屑在换向期电弧的作用下被熔焊于换向器的沟槽中，极易造成短路，常常导致微电机早期死机；而且，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，进一步加剧了材料的机械磨损；因此，提高换向器用电接触材料的耐磨性是提高换向器使用性能和微电机使用寿命和稳定性的重要手段。

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，也是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，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，为此，本领域技术人员采用了各种方法来改善银合金性能：目前，通过在银合金中添加Cu、Ni、Zn、Pd、Pt、RE（稀土）等元素来提高银合金材料性能的技术已经得到广泛的应用，这些合金元素可通过固溶、沉淀等方式来强化银，提高其硬度和耐磨性，提高时效稳定性，从而提高换向器的服役稳定性。但这些改进大都着眼于对银合金的配方的改进，反而忽视了对已有材料的进一步深入研究。

发明内容

现有的用于换向器的层状复合材料上的AgCuNiRE合金层（即工作层）的平均晶粒度一般都大于1μm，发明人经过大量实验后发现，如果能将AgCuNiRE合金层的平均晶粒度降到0.5μm或更细，则AgCuNiRE合金的耐磨性将大幅提升，从而减少磨屑的产生，间接地使微电机的寿命得到延长，由此得到的方案是：一种超细晶粒银合金层状复合材料，包括：由AgCuNiRE合金形成的工作层，由铜或铜合金形成的基层；工作层复合在基层上形成层状复合材料，其改进在于：所述层状复合材料中，AgCuNiRE合金的平均晶粒度小于或等于0.5μm。

针对现有的AgCuNiRE合金，本发明还提出了如下的优选配方：所述AgCuNiRE合金的成分由Cu、Ni、RE和Ag组成；各种成分的重量百分含量分别为：Cu：1~8%、Ni：0.1~0.5%、RE：0.05~1%、余量为Ag；所述RE为La、Ce、Pr、Nd、Gd、Y中的一者（具体选择时，可综合考虑各种物质的价格择优选取）。

所述工作层和基层的复合方式为：或者工作层层叠复合在基层的全部表面上，或者工作层镶嵌复合在基层的部分表面上。

按现有结构，将前述的层状复合材料制作为换向器并进一步制作为微电机，可以使换向器和微电机的耐磨性都得到相应提升。

前述的超细晶粒银合金层状复合材料可按如下步骤制备：1）采用水雾化法对AgCuNiRE合金进行粉末化处理，获得粉末状的A产物；水雾化法过程中冷却速率为10⁵℃/s以上；

2）将A产物烘干后进行过筛处理，将A产物的粉末颗粒的平均粒度控制在5μm以下；

3）对A产物进行冷等静压压制处理，获得B产物，冷等静压压制时的压力为60~100Mpa；

4）将B产物置于氨分解气氛或纯氢气氛中进行烧结，获得C产物；烧结温度700~850℃，烧结时间不小于2小时；

5）对C产物进行挤压处理，获得D产物；挤压处理时的加热温度不高于600℃，挤压比不小于50；

6）对D产物进行多次大变形量轧制和退火处理，获得AgCuNiRE合金带材；每进行一次大变形量轧制后，就进行一次退火处理；大变形量轧制时，D产物的变形量不低于75%，退火温度不高于350℃；多次大变形量轧制和退火处理的处理次数满足：AgCuNiRE合金带材的平均晶粒度小于或等于1.5μm；

7）采用热轧复合工艺，将AgCuNiRE合金带材与铜或铜合金带材进行复合，制作成层状复合结构；热轧复合时的温度不高于650℃，热轧复合时的变形量不小于30%；