银钨高熵合金电接触材料及其制备方法与流程

本发明涉及电接触材料，具体为一种银钨高熵合金电接触材料及其制备方法。

背景技术：

1、银钨（agw）电接触材料兼有银良好的导电导热性和钨的高硬度、耐电弧侵蚀、抗熔焊特性，是低压断路器和高压开关中承受强电弧作用的核心功能材料。目前，工业上制备银钨电接触材料的主流方法是熔渗法：先将钨粉压制成多孔骨架，经高温预烧结赋予骨架强度，再将银片置于骨架之上加热至银的熔点以上，利用毛细作用使银液渗入骨架孔隙，从而获得致密的银钨复合材料。

2、熔渗法的核心控制难点在于骨架孔隙结构的均一性和银液对骨架的润湿性。在银钨体系中，钨与银互不固溶，银液对钨骨架的润湿角在熔点附近高达约69°，导致银液填充不完全，材料中易残留闭孔缺陷，银分布均匀性难以稳定控制。为改善润湿性，现有技术通常向钨粉中添加镍、钴、铜等微量活化元素，已有研究指出，微量镍和铜可将银钨体系的润湿角由69°降低至10°至20°。

3、上述方案存在以下不足。首先，微量添加物多为低熔点金属，在熔渗高温下容易发生选择性偏聚和过度扩散，形成局部富集区，反而造成润湿不均匀和银相分布偏离设计，材料组织均匀性难以稳定控制。其次，纯钨骨架在反复电弧热循环服役过程中会发生高温致密化烧结，骨架体积收缩导致银相被挤出触点表面，加速材料失效，触点电寿命下降。

4、此外，在某些应用场景中，电接触材料表面需要具有特定花纹，以改善灭弧性能、增大接触面积或作为产品标识。现有技术中，电接触材料表面花纹通常通过后续机械加工、激光刻蚀或模具压制获得，不仅增加了工序和成本，而且花纹与材料基体之间容易产生应力集中或结合不良。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种银钨高熵合金电接触材料及其制备方法，能够使银相在骨架中连续填充、组织均匀致密，减缓骨架在电弧热循环下的致密化烧结，延长触点的电寿命，并使表面花纹与材料本体一体成形。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种银钨高熵合金电接触材料，包括：

4、银钨高熵合金骨架；

5、银相，连续填充于所述银钨高熵合金骨架的孔隙中。

6、本发明中，含钨高熵合金是指由w、ta、nb和m组成的多主元合金，其中w为主元，m为mo、cr和v中的一种或多种。以质量百分比计，所述含钨高熵合金中w为45%~65%，ta与nb的总量为25%~30%，m的总量为10%~25%，各元素的质量百分比之和为100%。本发明所称高熵合金即指上述多主元合金，其含义以上述定义为准，不以主元数目或混合熵数值另行界定。

7、作为本发明的进一步改进，所述银钨高熵合金骨架的材质包含含钨高熵合金，所述含钨高熵合金由w、ta、nb和m组成，m为mo、cr和v中的一种或多种；以质量百分比计，所述含钨高熵合金中w为45%~65%，ta与nb的总量为25%~30%，m的总量为10%~25%，各元素的质量百分比之和为100%。

8、作为本发明的进一步改进，所述银钨高熵合金电接触材料的表面设有花纹，所述花纹呈网格状、点阵状或沟槽状，所述花纹的深度为0.3~0.5 mm，宽度或直径为0.8~1.2mm，间距为1.5~2.5 mm。

9、还提供一种银钨高熵合金电接触材料的制备方法，包括以下步骤：

10、（1）提供含钨高熵合金粉末和银粉；

11、（2）对所述含钨高熵合金粉末进行cu或ni预镀处理，得到预镀粉末，将所述预镀粉末与所述银粉混合，得到混合粉末；

12、（3）将所述混合粉末压制成型，得到预制坯；

13、（4）对所述预制坯进行预烧结，得到银钨高熵合金骨架；

14、（5）从下到上依次叠放石墨板、纯银片和所述银钨高熵合金骨架，使所述纯银片位于所述石墨板与所述银钨高熵合金骨架之间，进行两段式加压保温熔渗，使熔融银液经所述石墨板渗入所述银钨高熵合金骨架的孔隙中，得到银相连续填充的银钨高熵合金电接触材料。

15、作为本发明的进一步改进，步骤（1）中，所述含钨高熵合金粉末由w、ta、nb和m组成，m为mo、cr和v中的一种或多种；以质量百分比计，所述含钨高熵合金粉末中w为45%~65%，ta与nb的总量为25%~30%，m的总量为10%~25%，各元素的质量百分比之和为100%；所述含钨高熵合金粉末的平均粒径为15~30 μm，所述银粉的平均粒径为5~20 μm。

16、作为本发明的进一步改进，步骤（2）中，所述预镀处理的预镀层厚度为0.1~0.5 μm，预镀方式为化学镀、电镀或磁控溅射；所述混合采用v型混料或三维混料，混合时间为4~8h。

17、作为本发明的进一步改进，步骤（3）中，所述压制成型的压力为200~400 mpa，保压时间为1~3 min；步骤（4）中，所述预烧结在真空或惰性气氛下进行，预烧结温度为880~920℃，保温时间为1.5~3 h，升温速率为8~15℃/min。

18、作为本发明的进一步改进，步骤（5）中，所述两段式加压保温熔渗包括：第一段在1010~1030℃下保温1~2 h；第二段升温至1080~1110℃并保温1.5~2.5 h，同时施加0.2~0.8mpa的氩气压力。

19、作为本发明的进一步改进，步骤（5）中，所述纯银片的厚度为0.5~2 mm，所述银粉与所述纯银片的总用量使所述银钨高熵合金电接触材料中银的质量分数为30%~41.7%。

20、作为本发明的进一步改进，步骤（5）中，所述石墨板的上表面设有花纹凹槽，所述花纹凹槽呈网格状、点阵状或沟槽状，所述花纹凹槽的深度为0.3~0.5 mm，宽度或直径为0.8~1.2 mm，间距为1.5~2.5 mm，所述花纹凹槽构成银液通道并将花纹复制到所述银钨高熵合金电接触材料的表面。

21、本发明的有益效果，本发明以含钨高熵合金骨架替代纯钨骨架，骨架由多主元合金形成，各主元元素在熔点与扩散行为上存在差异，骨架在烧结过程中的表面能与固溶体晶格畸变行为区别于纯钨，颗粒之间的孔隙尺寸分布较为集中且相互连通，银相能够在骨架中形成连续的网状分布，材料的微观组织均匀致密，闭孔与孔洞缺陷减少；多主元骨架的高温力学性能优于纯钨骨架，在电弧反复作用下骨架的坍塌和致密化烧结进程减缓，银相被挤出和汽化的进程随之延缓，触点的电寿命延长；同时，熔渗时银液经石墨板上表面的花纹凹槽分配并渗入骨架孔隙，花纹在熔渗过程中直接复制到材料表面，使带花纹的电接触材料能够一体成形，无需后续机械加工或激光刻蚀。

1.一种银钨高熵合金电接触材料，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的银钨高熵合金电接触材料，其特征在于，所述银钨高熵合金骨架的材质包含含钨高熵合金，所述含钨高熵合金由w、ta、nb和m组成，m为mo、cr和v中的一种或多种；以质量百分比计，所述含钨高熵合金中w为45%~65%，ta与nb的总量为25%~30%，m的总量为10%~25%，各元素的质量百分比之和为100%。

3.根据权利要求1所述的银钨高熵合金电接触材料，其特征在于，所述银钨高熵合金电接触材料的表面设有花纹，所述花纹呈网格状、点阵状或沟槽状，所述花纹的深度为0.3~0.5mm，宽度或直径为0.8~1.2mm，间距为1.5~2.5mm。

4.一种银钨高熵合金电接触材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的银钨高熵合金电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述含钨高熵合金粉末由w、ta、nb和m组成，m为mo、cr和v中的一种或多种；以质量百分比计，所述含钨高熵合金粉末中w为45%~65%，ta与nb的总量为25%~30%，m的总量为10%~25%，各元素的质量百分比之和为100%；所述含钨高熵合金粉末的平均粒径为15~30μm，所述银粉的平均粒径为5~20μm。

6.根据权利要求4所述的银钨高熵合金电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述预镀处理的预镀层厚度为0.1~0.5μm，预镀方式为化学镀、电镀或磁控溅射；所述混合采用v型混料或三维混料，混合时间为4~8h。

7.根据权利要求4所述的银钨高熵合金电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述压制成型的压力为200~400mpa，保压时间为1~3min；步骤（4）中，所述预烧结在真空或惰性气氛下进行，预烧结温度为880~920℃，保温时间为1.5~3h，升温速率为8~15℃/min。

8.根据权利要求4所述的银钨高熵合金电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述两段式加压保温熔渗包括：第一段在1010~1030℃下保温1~2h；第二段升温至1080~1110℃并保温1.5~2.5h，同时施加0.2~0.8mpa的氩气压力。

9.根据权利要求4所述的银钨高熵合金电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述纯银片的厚度为0.5~2mm，所述银粉与所述纯银片的总用量使所述银钨高熵合金电接触材料中银的质量分数为30%~41.7%。

10.根据权利要求4所述的银钨高熵合金电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述石墨板的上表面设有花纹凹槽，所述花纹凹槽呈网格状、点阵状或沟槽状，所述花纹凹槽的深度为0.3~0.5mm，宽度或直径为0.8~1.2mm，间距为1.5~2.5mm，所述花纹凹槽构成银液通道并将花纹复制到所述银钨高熵合金电接触材料的表面。