燒結(jié)工藝對銀鎳觸頭組織結(jié)構(gòu)和性能的影響

謝云+王永業(yè)+婁長影+謝永坤

摘要：采用掃描電鏡觀察，物理性能測試以及鐓制特定規(guī)格銀銅復(fù)合觸點的檢測手段，研究了燒結(jié)條件對銀鎳合金的微觀組織和性能的影響，結(jié)果表明：隨著燒結(jié)溫度的提高和延長保溫時間，一定程度上提高了鎳元素在銀基體中的固溶程度，改善了材料加工鐓制過程中的延展性。

關(guān)鍵詞： 觸頭材料 銀鎳 燒結(jié)組織 加工性能

1 引言

銀鎳合金觸頭材料具有接觸電阻低，溫升低，加工性能好，環(huán)保等優(yōu)點，廣泛運用于通信繼電器，溫控器，保護(hù)開關(guān)等低壓電器中，在日益提倡綠色環(huán)保理念和貴金屬資源日趨緊張的背景下，如何提高銀鎳合金觸頭材料的各項使用性能成為行業(yè)研究開發(fā)熱點。本文選擇開關(guān)行業(yè)使用最多的銀鎳15/銅復(fù)合電觸點為研究對象，探討銀鎳15材料加工過程中燒結(jié)溫度和保溫時間對材料組織和線材鐓制加工性能的影響。

2 實驗

2.1線材制作

使用150目霧化銀粉和300目電解鎳粉，按Ag：Ni=85%：15%比例混合后，按以下流程制備銀鎳15/銅復(fù)合電觸點。

其中燒結(jié)是指：粉末壓胚在低于主要組分熔點溫度下的熱處理，目的是通過顆粒間的冶金結(jié)合以提高強(qiáng)度。本項研究過程中的燒結(jié)分為高溫?zé)Y(jié)和中高溫?zé)Y(jié)，高溫?zé)Y(jié)為分解氨氣氛保護(hù)下400攝氏度保溫1小時后，升溫至600攝氏度保溫1小時，升溫至800攝氏度保溫1小時后，升溫至930攝氏度保溫2小時結(jié)束（簡述為400℃/1H+600℃/1H+800℃/1H+930℃/2H）；中高溫?zé)Y(jié)為分解氨氣氛保護(hù)下400攝氏度保溫1小時后，升溫至850攝氏度保溫3小時結(jié)束（簡述為400℃/1H+850℃/3H）

2.2 合金組織結(jié)構(gòu)觀察和物理性能測試

按GB/T8633-2013？鉚釘型電觸頭用線材技術(shù)條件？標(biāo)準(zhǔn)對觸頭各項物理性能進(jìn)行檢測；采用南京光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的MR-5000金相顯微鏡觀察觸點剖面；廣州試驗儀器廠生產(chǎn)的電動材料試驗機(jī)檢測抗拉強(qiáng)度和延伸率；上海天平儀器廠生產(chǎn)的光電分析天平檢測密度；常州同慧電子生產(chǎn)的高靈敏度電阻測試儀檢測電阻率；采用日本JEOL公司生產(chǎn)的JSM-2300型掃描電鏡觀察合金組織結(jié)構(gòu)和成分分析。

2.3 線材鐓制加工性能測試

按特定規(guī)格鐓制觸點，驗證材料冷鐓加工性能。觸點規(guī)格：3.0*0.6（0.15）+1.5*1.1R10.

3 結(jié)果與分析

3.1 物理性能分析

高溫?zé)Y(jié)和中高溫結(jié)后合金線材退火態(tài)的物理性能見表1，可以看出，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后，材料密度有適當(dāng)提高，電阻率輕微下降，反映出高溫?zé)Y(jié)能彌合材料中的孔隙，提高材料致密度，進(jìn)而降低材料電阻。

3.2 電鏡及能譜分析

由圖1、圖2可以看出，高溫?zé)Y(jié)后富銀過渡區(qū)域鎳平均含量6.1%，稍高于中高溫?zé)Y(jié)的材料鎳平均含量1.8%。根據(jù)圖3銀鎳二元相圖，平衡狀態(tài)下，960℃時Ni在Ag中的固溶度約2%，在此溫度以下隨著溫度的降低而降低。銀鎳合金作為一種燒結(jié)復(fù)合材料，從冶金學(xué)角度出發(fā)Ag/Ni不同于Ag/MeO電接觸材料，也不同于銀基固溶體合金，Ni在Ag中的有限溶解形成富Ag溶體，Ag在Ni中形成富Ni溶體，它們可以保持在Ni的熔點之上，以致兩個液相態(tài)在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)共存。凝固時發(fā)生偏晶反應(yīng)，固態(tài)下幾乎不固溶[2]。由此可見：提高燒結(jié)溫度和適當(dāng)延長保溫時間后，可以有效提高鎳在銀基體中的固溶度。

3.3 加工性能測試

按指定規(guī)格鐓制后銀層厚度和觸點表面形貌如圖4。圖4（b）顯示，截面顯示中高溫?zé)Y(jié)加工后的線材，冷鐓加工觸點時平均銀層厚度為0.25mm，，觸點邊緣露銅，；圖4（a）經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后加工后的線材，冷鐓加工觸點時平均銀層厚度：0.10mm，觸點邊緣無露銅。結(jié)果表明高溫?zé)Y(jié)材料加工性能明顯優(yōu)于中溫?zé)Y(jié)材料。

4. 結(jié)論

燒結(jié)作為材料致密化的手段，適當(dāng)提高燒結(jié)溫度，在合理的保溫時間條件下可以提高鎳在銀基體中的固溶度，提高材料密度和降低電阻率，進(jìn)而達(dá)到改善材料本身的延展性能，同等條件可以鐓制銀層更薄的觸點，且表面質(zhì)量較好，具有明顯的經(jīng)濟(jì)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王永根，童意平，劉立強(qiáng)，纖維復(fù)合AgNi線材的工藝研究。電工合金，2007（1）20-26；

[2]寧遠(yuǎn)濤，趙懷志，《銀》 中南大學(xué)出版社。endprint