[发明专利]一种用于电接触材料银铜扩散涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于电接触材料银铜扩散涂层的制备方法；包括在基底上间隔镀铜、镀银，得到铜银复合镀层；其中铜层厚度为1‑50μm，银层厚度为0.1‑20μm；将所述铜银复合镀层置于真空炉或者保护气氛炉中，以升温速率5‑20℃/min升温至450‑750℃进行热处理6‑24小时，即得所述银铜扩散层。本发明提出了多层电沉积辅助合金扩渗制备银铜电接触材料的设计方法，通过设计沉积银层及铜层的排布及热处理扩渗工艺，分别获得具有银、铜元素成分均匀分布或者银、铜元素成分呈梯度分布的典型组织结构的银铜扩渗涂层，其中成分梯度分布涂层具有腐蚀电势梯度分布的特点，可以降低由于表面涂层破损而引起的电偶加速腐蚀风险。

技术领域

本发明涉及一种用于电接触材料银铜扩散涂层的制备方法。

背景技术

电接触材料是制备电力、电器电路中通、断控制及负载电流电器(如开关、继电器、起动器及仪器仪表等)的关键材料。电接触材料的性能、质量及寿命直接关系到设备运行的可靠性。

由于工况状态及服役环境的不同，如接触压力、工作电压、电流大小、分断寿命、湿热、盐分等对现有的电接触材料提出了更高的要求。综合来讲，电接触材料需具备较高的导电和导热性、高化学稳定性、低而稳定的接触电阻、高抗熔焊性和高抗电弧侵蚀等性能。贵金属基电接触材料由于兼具上述性能，一直被认为是理想的电接触材料，尤其在接通和断开装置中表现出优异的综合性能，因此在许多电接触应用领域都选择其作为触点材料，也是现阶段应用最广泛的电接触材料。

规模应用的贵金属电接触材料主要分为四类：金基电接触材料、银基电接触材料、铂基电接触材料和钯基电接触材料。其中由于金属银相对价格低廉，拥有良好的抗熔焊性、抗电弧侵蚀性以及导电性，已经在贵金属电接触材料中得到了优先而快速的发展，广泛用于各种轻重负荷的高低压电器、家用电器、汽车电器、航空航天电器，特别是断路器和接触器这些量大面广的电器几乎全部采用银基电接触材料，如AgCdO电接触材料，其因耐电弧、抗熔焊、稳定的较低的接触电阻被称为万能触点材料，但Cd是重金属，对人体和环境有害，为了环保的需求，电接触材料必朝着代替Cd的环境友好型方向发展。其他银基材料如AgSnO₂、AgZnO等，由于第二相粒子的添加，可以显著提高材料的耐磨性和硬度，但由于第二相粒子造成晶界偏析，晶粒团聚等现象，使得材料的耐腐蚀性急剧下降，给材料的应用造成很大的阻碍。

此外由于银的储量有限，价格昂贵，寻找代替银的新型电接触材料，降低银的用量显得格外有应用意义。所以人们又开发了铜基材料，铜的力学性能和导电性接近于银，但储量比银丰富的多，是替代银的理想材料。但铜的抗腐蚀能力差，容易在工况条件下被氧化失效，所以提高铜的抗氧化性，同时不降低其导电性，是电接触材料研究的重点。传统的铜基电接触材料的设计思路仍然与银基电接触材料类似，采用粉末冶金法或者合金内氧化法添加第二相粒子。粉末冶金法通过添加第二相粒子增强以提高材料的抗熔焊性以及耐磨性，但超细第二相粒子易于团聚，陶瓷相与基体结合力差，在一定程度上限制了铜基电接触材料的应用。合金内氧化法则容易造成境界偏析，使得材料成分不均匀，脆性增大。

金属铜拥有良好的导电性，但纯铜的抗拉强度低，耐磨性差，在空气中容易被氧化形成不导电的氧化铜，而使得触点失效。通过合金的固溶强化，可以增强铜的强硬度和耐磨性，但新的原子导致晶格畸变加大，对电子的散射增大，使得电导率下降。因此固溶强化对于铜的导电性和强度是矛盾的。但在各种合金元素中，银原子对铜的导电性影响最小，但高强度的铜银合金仍然意味着更小的晶粒，更多的晶界和晶体缺陷，同样会破坏晶格的对称性，降低其电导率。对电接触材料而言，提高铜基材料的强硬度、耐磨性和耐腐蚀性，降低贵金属银的用量，仍然具有很大的现实意义。现有的铜银合金中，银的添加量在1％以下，银的掺杂可以显著提高铜线的抗拉强度，且电导率可以保持在90％IACS以上，适用于导线材料。随着银含量的增高，铜银合金的抗拉强度和硬度显著提高，但电导率下降严重，不适用于导电材料。