一种银金属氧化物镶嵌复合带材及其制备方法与流程

1.本发明属于电工触头材料领域，具体是指一种银金属氧化物镶嵌复合带材及其制备方法。


背景技术：

2.银基镶嵌复合带材是一种以铜基带材为基体材料，银基材料为工作层，在铜基带材上开槽后采用轧制复合工艺制备的一种特殊的电工合金材料，广泛应用于保护器、微型继电器、轻触开关、墙壁开关等领域。银基镶嵌复合带材中，银基材料在铜基带材上的镶嵌条数可以是一条或者多条，银基材料的材料主要有银、银镍、银金属氧化物等，其中银金属氧化物材料由于具有良好的抗熔焊性能和抗烧损性能，在银基镶嵌复合带材中应用广泛。
3.现有技术中，常见的银金属氧化物材料与铜基材料制备镶嵌复合带材的方法有两种，一种是采用银金属氧化物复银型材与铜基带材轧制复合，另外一种是制备银金属氧化物复银带材，纵剪加工为窄带后与铜基带材轧制复合。这两种方法制备的镶嵌复合带材，在高温下通过大的变形量使纯银层与铜基材料之间产生原子扩散，从而获得足够的结合强度。由于银金属氧化物材料与铜基材料之间的润湿性并不好，制备复合带材时需要在银金属氧化物与铜基材料之间增加一层纯银层作为过渡层，镶嵌复合带材中银金属氧化物材料与铜基材料之间共有三个结合面，一个是平行于工作面方向的纯银层与铜基材料之间的水平结合面，另外两个是垂直于工作面的银金属氧化物材料与铜基材料之间的侧向结合面。但是在垂直于工作面的银金属氧化物材料与铜基材料之间的两个侧向结合面，由于以下两个方面的原因，导致结合强度偏低，一是银金属氧化物与铜基材料之间的润湿性很差；另外一个方面是热轧复合过程中，轧制力垂直于工作面，在银金属氧化物材料与铜基材料之间的两个侧向结合面，没有足够的轧制分力和变形量使两种材料之间产生足够小的原子间距，所以原子扩散程度有限。
4.由于上述两种原因导致了银金属氧化物材料与铜基材料制备镶嵌复合带材时，银金属氧化物材料与铜基材料之间的侧向结合面结合强度偏低，而部分镶嵌复合带材在后续的加工和装配过程中，需要进行折弯变形，当设计的折弯变形区域位于银金属氧化物材料与铜基材料之间的侧向结合面附近时，侧向结合面必然会产生裂纹，影响镶嵌复合带材的正常使用。常规的解决方案是，增加镶嵌复合带材表面银金属氧化物材料层的宽度，使侧向结合面避开折弯位置，由于折弯区域的影响范围较大通常需要增加更宽的银金属氧化物材料层宽度，新增加的宽度在实际电接触过程中并不会产生任何有益效果，导致了贵金属材料的浪费。
5.因此，开发一种新的镶嵌复合带材的制备方法，克服现有制备技术中的不足之处，提高镶嵌复合带材中两个侧向结合面的结合强度，对于提高镶嵌复合带材可靠性和减少贵金属浪费，具有很重要的实际应用价值。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种银金属氧化物镶嵌复合带材及其制备方法，该方法能克服镶嵌复合带材中银金属氧化物材料与铜基材料之间的两个侧向结合面结合强度偏低的问题。
7.为实现上述目的，本发明的第一个方面是提供一种银金属氧化物镶嵌复合带材的制备方法，其技术方案是：
8.(1)在橡胶套内部放置圆筒形的隔板，橡胶套与隔板中心线重合，将银金属氧化物粉末装入隔板内部空间中，纯银粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出隔板，采用冷等静压设备压锭，获得芯层为银金属氧化物材料、表层为纯银材料的圆柱形的包覆锭坯，包覆锭坯中纯银层厚度为整个包覆锭坯直径的2％～5％；
9.(2)将包覆锭坯在空气气氛中烧结，烧结温度850℃～930℃，烧结时间4～12h；
10.(3)烧结后的包覆锭坯进行复压整形，获得形状规则且更加致密的包覆锭坯；
11.(4)复压后的包覆锭坯加热后采用反挤压设备挤压成为线材，加热温度750℃～850℃，加热时间2～4h；
12.(5)将线材拉拔至半成品尺寸，采用型轧设备轧制成为横截面为梯形的异型材；
13.(6)将梯形的异型材磨削去除下底面的银层，在连续清洗线上进行表面处理；
14.(7)将铜基带材加工出与步骤(6)磨削处理后的异型材形状尺寸适配的梯形凹槽，气氛保护条件下连续退火处理，并在连续清洗线上进行表面处理；
15.(8)将加工有梯形凹槽的铜基带材与异型材的头部铆接装配，由牵引带牵引穿过气氛保护管式电阻炉，经定位模具定位后进行热轧复合，
16.制成镶嵌复合带材，其中电阻炉温度600℃～800℃，一次热轧变形量50％～80％,轧制速度1.5～4.5m/min；
17.(9)将步骤(8)的镶嵌复合带材在气氛保护条件下采用连续退火炉扩散退火处理，退火温度550℃～650℃，恒温区长度10m，退火速度0.8～1.6m/min；
18.(10)将经步骤(9)处理后的镶嵌复合带材进行表面处理后轧制至成品厚度，纵剪至成品宽度，再次表面处理后制备成为成品。
19.本发明的第二个方面是提供一种如上述方法所制备的银金属氧化物镶嵌复合带材。
20.本发明的银金属氧化物镶嵌复合带材的结构为：包括有铜基材料基体，所述的铜基材料基体上开设在有梯形凹槽，所述的梯形凹槽内复合设置有银金属氧化物镶嵌体，所述的银金属氧化物镶嵌体包括有复合连接于于梯形凹槽的底边以及两侧腰边的过渡银层，以及复合于过渡银层上的并填满所述的梯形凹槽剩余空间的银金属氧化物层。
21.与已知的制备工艺相比，本发明具有的优点和积极效果如下：
22.1、解决了银金属氧化物材料与铜基材料之间的两个侧向结合面结合强度偏低的问题。制备梯形并具有三面包覆银层结构的银金属氧化物异形带材，与铜基带材的梯形凹槽配合，使银金属氧化物材料与铜基材料之间的两个侧向结合面具备了过渡银层，提高了侧向复合界面之间的润湿性；采用了梯形结构的镶嵌结合界面，在热轧复合过程中，垂直工作面方向的轧制力在侧向复合界面位置产生了平行工作面方向的分力，增强了侧向复合界面位置银层与铜基材料之间的原子扩散效果，提供了更高的结合强度。
23.2、节银效果明显。传统的镶嵌复合带材为了解决侧向结合面折弯变形时的开裂问题，采用了增加镶嵌复合带材表面银金属氧化物材料层的宽度的方法，使侧向结合面避开折弯位置，由于折弯区域的影响范围较大通常需要增加更宽的银金属氧化物材料层宽度，新增加的宽度在实际电接触过程中并不会产生任何有益效果，导致了贵金属材料的浪费。本发明制备的镶嵌复合带材，由于侧向结合面结合强度的改善，在成型过程中折弯变形时，即使折弯位置位于镶嵌复合带材侧向结合面附近，侧向结合面也不会出现开裂现象，可以不用增加镶嵌复合带材表面银金属氧化物材料层的宽度，折弯位置不需要避开侧向结合面位置，从而减少了镶嵌复合带材表面银层宽度，起到节银的效果。
24.3、降低了制备镶嵌复合带材用银金属氧化物材料的塑性要求。传统制备方法，为了确保银金属氧化物材料在型材轧制以及大变形量的热轧复合过程中不会产生裂纹，银金属氧化物材料必须具备足够的塑性，这就限制了金属氧化物对银基体的弥散强化程度以及金属氧化物的含量。本发明专利在型材制备阶段，采用了银金属氧化物材料四面包覆银层的结构，在热轧复合阶段，采用了银金属氧化物材料三面包覆银层的结构，利用银层优良的塑性解决了塑性差的银金属氧化物材料轧制开裂的缺陷，更加有利于弥散强化程度更高的银金属氧化物材料和氧化物含量更高的银金属氧化物材料成为镶嵌复合带材的原材料，提高镶嵌复合带材的抗熔焊性能。
25.4、工艺路线简单，适合大批量生产。本发明专利所采用的方案与采用银金属氧化物型材制备镶嵌复合带材的工艺路线和设备完全相同，不需要额外的设备投入，有利于批量化生产。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
27.图1为本发明工艺流程图；
28.图2为本发明银金属氧化物复银线材横截面结构示意图；
29.图3为本发明型材轧制工序梯形结构银金属氧化物复银型材结构示意图；
30.图4为本发明打磨去除上底面银层后的银金属氧化物复银型材结构示意图；
31.图5为本发明银金属氧化物镶嵌复合带材结构示意图；
32.图6为常规工艺银金属氧化物镶嵌复合带材结构示意图。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
34.实施例一：
35.a)采用粉末冶金工艺制备银氧化锡粉末，采用雾化工艺制备纯银粉末，银氧化锡粉末中氧化锡占17wt％；
36.b)准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属
隔板中心线重合，将银氧化锡粉末装入金属隔板空间中，纯银粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，获得芯层为银氧化锡、表层为纯银材料的圆柱形包覆锭坯，包覆锭坯中纯银层厚度为整个包覆锭坯直径的5％；
37.c)包覆锭坯在空气气氛中烧结，烧结温度930℃，烧结时间4h；
38.d)烧结后的包覆锭坯进行复压整形，获得形状规则且更加致密的包覆锭坯；
39.e)复压后的包覆锭坯850℃加热2h，采用反挤压设备挤压成为直径6mm的银氧化锡复银复合线材；
40.f)银氧化锡复银复合线材拉拔至直径3.5mm，采用型轧设备轧制成为横截面为梯形的异型材，梯形上底面宽度4mm，高度0.6mm，侧边与上底面的夹角150
°
；
41.g)横截面为梯形的银氧化锡异型材下底面磨削去除0.05mm厚度，充分去除下底面的银层，然后在连续清洗线上进行表面处理，去除型材表面的杂质和油污；
42.h)规格为2
×
50
×
lmm的h85带材按照图纸规定的位置加工二条梯形凹槽，梯形上底面宽度4mm，高度0.5mm，侧边与上底面的夹角150
°
，开槽铜带在氢气保护条件下连续退火处理，然后在连续清洗线上进行表面处理，去除开槽铜带表面的杂质和油污；
43.i)开槽铜带与银氧化锡异型材头部铆接装配，由牵引带牵引穿过氩气保护管式电阻炉，电阻炉温度800℃，经定位模具定位后进行热轧复合，一次热轧变形量50％，轧制速度1.5m/min，制成镶嵌复合带材；
44.j)镶嵌复合带材在氩气保护条件下采用连续退火炉扩散退火处理，退火温度550℃，恒温区长度10m，退火速度0.8m/min；
45.k)镶嵌复合带材经表面处理后轧制至0.8mm厚度，纵剪至40mm宽度，再次表面处理后制备成为材质银氧化锡复合h85、规格0.8
×
40
×
lmm的镶嵌复合带材。
46.实施例二：
47.a)采用预氧化工艺制备银氧化锡粉末，采用雾化工艺制备纯银粉末，银氧化锡粉末中氧化锡占10wt％；
48.b)准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属隔板中心线重合，将银氧化锡粉末装入金属隔板空间中，纯银粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，获得芯层为银氧化锡、表层为纯银材料的圆柱形包覆锭坯，包覆锭坯中纯银层厚度为整个包覆锭坯直径的2％；
49.c)包覆锭坯在空气气氛中烧结，烧结温度850℃，烧结时间12h；
50.d)烧结后的包覆锭坯进行复压整形，获得形状规则且更加致密的包覆锭坯；e)复压后的包覆锭坯750℃加热4h，采用反挤压设备挤压成为直径6mm的银氧化锡复银复合线材；
51.f)银氧化锡复银复合线材拉拔至直径2.8mm，采用型轧设备轧制成为横截面为梯形的异型材，梯形上底面宽度3mm，高度1.2mm，侧边与上底面的夹角120
°
；
52.g)横截面为梯形的银氧化锡异型材下底面磨削去除0.1mm厚度，充分去除下底面的银层，然后在连续清洗线上进行表面处理，去除型材表面的杂质和油污；
53.h)规格为4
×
40
×
lmm的tu2带材按照图纸规定的位置加工一条梯形凹槽，梯形上底面宽度3mm，高度1mm，侧边与上底面的夹角120
°
，开槽铜带在氢气保护条件下连续退火处理，然后在连续清洗线上进行表面处理，去除开槽铜带表面的杂质和油污；
54.i)开槽铜带与银氧化锡异型材头部铆接装配，由牵引带牵引穿过氩气保护管式电阻炉，电阻炉温度600℃，经定位模具定位后进行热轧复合，一次热轧变形量80％，轧制速度4.5m/min，制成镶嵌复合带材；
55.j)镶嵌复合带材在氩气保护条件下采用连续退火炉扩散退火处理，退火温度650℃，恒温区长度10m，退火速度1.6m/min；
56.k)镶嵌复合带材经表面处理后轧制至0.5mm厚度，纵剪至35mm宽度，再次表面处理后制备成为材质银氧化锡复合tu2、规格0.5
×
35
×
lmm的镶嵌复合带材。
57.实施例三：
58.a)采用预氧化工艺制备银氧化锌粉末，采用雾化工艺制备纯银粉末，银氧化锌粉末中氧化锌占15wt％；
59.b)准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属隔板中心线重合，将银氧化锌粉末装入金属隔板空间中，纯银粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，获得芯层为银氧化锌、表层为纯银材料的圆柱形包覆锭坯，包覆锭坯中纯银层厚度为整个包覆锭坯直径的3％；
60.c)包覆锭坯在空气气氛中烧结，烧结温度880℃，烧结时间8h；
61.d)烧结后的包覆锭坯进行复压整形，获得形状规则且更加致密的包覆锭坯；e)复压后的包覆锭坯800℃加热3h，采用反挤压设备挤压成为直径5mm的银氧化锌复银复合线材；
62.f)银氧化锌复银复合线材拉拔至直径2.5mm，采用型轧设备轧制成为横截面为梯形的异型材，梯形上底面宽度2mm，高度1.2mm，侧边与上底面的夹角135
°
；
63.g)横截面为梯形的银氧化锌异型材下底面磨削去除0.1mm厚度，充分去除下底面的银层，然后在连续清洗线上进行表面处理，去除型材表面的杂质和油污；
64.h)规格为4
×
30
×
lmm的qsn6.5-0.1带材按照图纸规定的位置加工一条梯形凹槽，梯形上底面宽度2mm，高度1mm，侧边与上底面的夹角135
°
，开槽铜带在氢气保护条件下连续退火处理，然后在连续清洗线上进行表面处理，去除开槽铜带表面的杂质和油污；
65.i)开槽铜带与银氧化锌异型材头部铆接装配，由牵引带牵引穿过氮气保护管式电阻炉，电阻炉温度700℃，经定位模具定位后进行热轧复合，一次热轧变形量65％，轧制速度3m/min，制成镶嵌复合带材；
66.j)镶嵌复合带材在氮气保护条件下采用连续退火炉扩散退火处理，退火温度600℃，恒温区长度10m，退火速度1.2m/min；
67.k)镶嵌复合带材经表面处理后轧制至1.2mm厚度，纵剪至25mm宽度，再次表面处理后制备成为材质银氧化锌复合qsn6.5-0.1、规格1.2
×
25
×
lmm的镶嵌复合带材。
68.实施例四：
69.a)采用预氧化工艺制备银氧化锡氧化铟粉末，采用雾化工艺制备纯银粉末，所述银氧化锡氧化铟粉末中氧化锡占8wt％，所述氧化铟占4wt％；
70.b)准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属隔板中心线重合，将银氧化锡氧化铟粉末装入金属隔板空间中，纯银粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，获得芯层为银氧化锡氧化铟、表层为纯银材料的圆柱形包覆锭坯，包覆锭坯中纯银层厚度为整个包覆锭坯直径的
4％；
71.c)包覆锭坯在空气气氛中烧结，烧结温度900℃，烧结时间6h；
72.d)烧结后的包覆锭坯进行复压整形，获得形状规则且更加致密的包覆锭坯；e)复压后的包覆锭坯820℃加热3h，采用反挤压设备挤压成为直径5mm的银氧化锡氧化铟复银复合线材；
73.f)银氧化锡氧化铟复银复合线材拉拔至直径4mm，采用型轧设备轧制成为横截面为梯形的异型材，梯形上底面宽度4mm，高度1.75mm，侧边与上底面的夹角120
°
；
74.g)横截面为梯形的银氧化锡氧化铟异型材下底面磨削去除0.1mm厚度，充分去除下底面的银层，然后在连续清洗线上进行表面处理，去除型材表面的杂质和油污；
75.h)规格为3
×
50
×
lmm的t2带材按照图纸规定的位置加工二条梯形凹槽，梯形上底面宽度4mm，高度1.5mm，侧边与上底面的夹角120
°
，开槽铜带在氢气保护条件下连续退火处理，然后在连续清洗线上进行表面处理，去除开槽铜带表面的杂质和油污；
76.i)开槽铜带与银氧化锡氧化铟异型材头部铆接装配，由牵引带牵引穿过氮气保护管式电阻炉，电阻炉温度650℃，经定位模具定位后进行热轧复合，一次热轧变形量60％，轧制速度2.5m/min，制成镶嵌复合带材；
77.j)镶嵌复合带材在氮气保护条件下采用连续退火炉扩散退火处理，退火温度620℃，恒温区长度10m，退火速度1m/min；
78.k)镶嵌复合带材经表面处理后轧制至1mm厚度，纵剪至46mm宽度，再次表面处理后制备成为材质银氧化锡氧化铟复合t2、规格1
×
46
×
lmm的镶嵌复合带材。
79.实施例五：
80.a)采用粉末冶金工艺制备银氧化铜粉末，采用雾化工艺制备纯银粉末，银氧化铜粉末中氧化铜占15wt％；
81.b)准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属隔板中心线重合，将银氧化铜粉末装入金属隔板空间中，纯银粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，获得芯层为银氧化铜、表层为纯银材料的圆柱形包覆锭坯，包覆锭坯中纯银层厚度为整个包覆锭坯直径的2％；
82.c)包覆锭坯在空气气氛中烧结，烧结温度850℃，烧结时间8h；
83.d)烧结后的包覆锭坯进行复压整形，获得形状规则且更加致密的包覆锭坯；e)复压后的包覆锭坯750℃加热2h，采用反挤压设备挤压成为直径5mm的银氧化铜复银复合线材；
84.f)银氧化铜复银复合线材拉拔至直径2.5mm，采用型轧设备轧制成为横截面为梯形的异型材，梯形上底面宽度1mm，高度1.18mm，侧边与上底面的夹角120
°
；
85.g)横截面为梯形的银氧化铜异型材下底面磨削去除0.08mm厚度，充分去除下底面的银层，然后在连续清洗线上进行表面处理，去除型材表面的杂质和油污；
86.h)规格为2
×
30
×
lmm的bzn15-20带材按照图纸规定的位置加工一条梯形凹槽，梯形上底面宽度1mm，高度1mm，侧边与上底面的夹角120
°
，开槽铜带在氢气保护条件下连续退火处理，然后在连续清洗线上进行表面处理，去除开槽铜带表面的杂质和油污；
87.i)开槽铜带与银氧化铜异型材头部铆接装配，由牵引带牵引穿过氩气保护管式电阻炉，电阻炉温度750℃，经定位模具定位后进行热轧复合，一次热轧变形量50％，轧制速度
3.5m/min，制成镶嵌复合带材；
88.j)镶嵌复合带材在氩气保护条件下采用连续退火炉扩散退火处理，退火温度600℃，恒温区长度10m，退火速度1.5m/min；
89.k)镶嵌复合带材经表面处理后轧制至0.75mm厚度，纵剪至25mm宽度，再次表面处理后制备成为材质银氧化铜复合bzn15-20、规格0.75
×
25
×
lmm的镶嵌复合带材。
90.实施例六：
91.a)采用预氧化工艺制备银氧化镉粉末，采用雾化工艺制备纯银粉末，银氧化镉粉末中氧化镉占17wt％；
92.b)准备橡胶套和金属隔板，圆筒形的金属隔板放置于橡胶套内部，橡胶套与金属隔板中心线重合，将银氧化镉粉末装入金属隔板空间中，纯银粉末装入橡胶套与金属隔板之间的空间中，抽出金属隔板，采用冷等静压设备压锭，获得芯层为银氧化镉、表层为纯银材料的圆柱形包覆锭坯，包覆锭坯中纯银层厚度为整个包覆锭坯直径的3％；
93.c)包覆锭坯在空气气氛中烧结，烧结温度900℃，烧结时间8h；
94.d)烧结后的包覆锭坯进行复压整形，获得形状规则且更加致密的包覆锭坯；e)复压后的包覆锭坯850℃加热4h，采用反挤压设备挤压成为直径6mm的银氧化镉复银复合线材；
95.f)银氧化镉复银复合线材拉拔至直径2.8mm，采用型轧设备轧制成为横截面为梯形的异型材，梯形上底面宽度3mm，高度1.2mm，侧边与上底面的夹角135
°
；
96.g)横截面为梯形的银氧化镉异型材下底面磨削去除0.1mm厚度，充分去除下底面的银层，然后在连续清洗线上进行表面处理，去除型材表面的杂质和油污；
97.h)规格为4
×
50
×
lmm的h65带材按照图纸规定的位置加工二条梯形凹槽，梯形上底面宽度3mm，高度1mm，侧边与上底面的夹角135
°
，开槽铜带在氢气保护条件下连续退火处理，然后在连续清洗线上进行表面处理，去除开槽铜带表面的杂质和油污；
98.i)开槽铜带与银氧化镉异型材头部铆接装配，由牵引带牵引穿过氮气保护管式电阻炉，电阻炉温度680℃，经定位模具定位后进行热轧复合，一次热轧变形量75％，轧制速度2m/min，制成镶嵌复合带材；
99.j)镶嵌复合带材在氩气保护条件下采用连续退火炉扩散退火处理，退火温度580℃，恒温区长度10m，退火速度1.25m/min；
100.k)镶嵌复合带材经表面处理后轧制至0.7mm厚度，纵剪至44mm宽度，再次表面处理后制备成为材质银氧化镉复合h65、规格0.7
×
44
×
lmm的镶嵌复合带材。
101.以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。