[其他]内氧化银-氧化锡系合金电触头材料及其制造方法

说明书

近来，含有0.5～12%（重量）Sn的内氧化Ag基合金被广泛地用作各种电气装置（例如，开关、接触器、继电器和断路器）中的电触头材料。

这类Ag基合金经熔炼、铸造和轧制或拉制后通常呈薄板形，无论在其一侧补贴或不补贴纯银薄板，都在压力及含氧气氛下进行内氧化处理。这类合金不同于烧结Ag-金属氧化物合金，后者是用Ag粉基体同金属氧化物粉混合烧结而成的。它们的显著差别之一在于，前者，即内氧化Ag-Sn系合金，在结构密度方面远远优于后者，而后者中的金属氧化物扩散比前者均匀。后者在极快而频繁的通断操作中会很快消耗。经过一段时间后渗入Ag合金的氧使该合金中的金属溶质元素氧化，并以细微金属氧化沉淀物的形式分散在Ag基体中。上述金属氧化沉淀物使Ag合金具有耐熔性和随之而来的抗熔焊性。当使用补贴薄纯银板时，它们用作中间物质，使氧化银合金触头材料能焊接到电触点的支承或基座金属上。

然而，业已观察到。当上述类型的Ag合金经内氧化处理时，Ag合金内的金属溶质元素并不均匀沉淀分布于其Ag基体中，而是富集在与氧直接接触的外表面附近区域。当这种Ag合金从两侧进行内氧化处理时，这种在外表面发生的金属氧化物沉淀作用，会在外表面（尤其在顶部表面）附近产生偏析现象，从而在该Ag合金顶部和底部表面之间形成一层相当厚度的阻挡层。在电触头材料外表面附近高浓集的金属氧化物的偏析现象，使外表面太硬，尤其在操作的初始阶段，使材料的接触电阻变大，随后发生过度温升。在实际应用中，经常用锉刀等刮掉外表面附近的偏析层。但这样不仅费工，而且由于锉刀金属屑沾污而使外表面银合金屑无法重复利用。

同内氧化Ag-Sn系合金比较，另一种有竞争力的Ag-Cd系合金具有更均匀的金属氧化物扩散作用。这主要是因为，Ag基体内Cd的扩散速度正好同内氧化过程中氧的扩散速度平衡，而在Ag-Sn系合金内氧化处理时情况并非如此。换言之，用于制备Ag-Sn系合金及其内氧化处理的方法几乎不能参照用内氧化Ag-Cd合金制成的电触头材料及其制造方法。

总之，接触表面附近氧化锡的偏析现象使合金太硬，并经常产生表面裂纹。尤其在操作的初始阶段，由于顶部周围表面氧化锡的偏析或过度浓集而导致内氧化Ag-Sn合金接触电阻增加。偏析也会引起接点温度过分升高。

为了避免产生这种偏析现象，本发明人发明了诸如在美国专利No4，457，787和No4，472，211中公开的一类方法，在美国专利No4，457，787中，通过用氢一类元素吸收某些合金元素在其内产生晶格空穴，在内氧化时，溶质熔液填充这些空穴，并在无数原子级氧化物晶核上沉淀出氧化物。这些氧化物不会到处扩散，仅仅达到最邻近的空穴，因而不会发生任何氧化锡偏析和阻挡层。在美国专利No4，472，211中，通过Ag合金内氧化处理以前在接触表面附近使溶质金属升华还原或分离来避免由于接触表面附近金属氧化物包括氧化锡高浓集和过饱和而引起的高接触电阻。

前述的阻挡层，由于其中完全不含金属化合物或者太薄，因而其耐熔性极差。几乎不能承受剧烈的开关操作。因此，在使用其上接触表面与下表面之间具有阻挡层的触头材料时，其损耗达到阻挡层时，使用寿命就结束了。这意味着，阻挡层下面的下半部的触头材料只能同阻挡层上面的上半部触头材料共同发散由于开关操作而产生的热量并给出所要求的材料厚度，而不能作为有效的接触表面。一般而言，这种下半部接触材料的存在是毫无意义的。

因此，本发明提供一种内氧化Ag-Sn系合金电触头材料。其接触表面有适中的初始接触电阻而无阻挡层，本发明还提供制造这种优异触头材料的方法，而不是采用上述美国专利中公开的难以严格控制的方法。

本发明人发现，尽管在Ag-Sn系合金表面或者氧首先同其接触并从其渗进合金的表面附近，Ag-Sn系合金的内氧化组织是粗糙的，然而该组织渗入合金内愈深，它们就愈细。换言之，沿合金内氧化扩展方向前沿部分产生的内氧化组织是极细的，并且没有氧化锡偏析现象。因此，它们最适合于作为接触表面。