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《熱壓成形對(duì)銅基電接觸材料組織與性能的影響》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。
1、熱壓成形對(duì)銅基電接觸材料組織與性能的影響濟(jì)南大學(xué)王彬耿浩然郭忠全滕新?tīng)I(yíng)摘要:本文對(duì)采用熱壓工藝制作的銅基電接觸材料進(jìn)行了研究。得出了熱壓燒結(jié)的參數(shù)與材料性能的關(guān)系。熱壓燒結(jié)制作的電接觸材料各項(xiàng)性能都有了較大提高，簡(jiǎn)化了制作工藝，大大降低了燒結(jié)溫度。所制作的銅基電觸頭材料的電阻率可達(dá)2.45μΩ*cm，硬度57.4HB，密度可達(dá)8.35g/cm3，抗氧化性和抗熔焊性得到明顯改善。關(guān)鍵詞:電接觸材料熱壓稀土目前，現(xiàn)有的電觸頭元件主要采用金屬銀材料制作，由于Ag的資源非常缺乏，價(jià)格昂貴，從而大大制約了其電觸頭材料的發(fā)展。為了降
2、低成本，必須降低銀的含量。由于銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，更主要的是銅的價(jià)格低廉，所以采用銅替代銀為基體來(lái)制作電接觸材料具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。但是，金屬銅在大氣環(huán)境中容易氧化，表面形成氧化銅，使導(dǎo)電性能惡化。同時(shí)，傳統(tǒng)電接觸材料采用冷壓燒結(jié)制作工藝制作，其工藝較復(fù)雜，能耗大，材料致密性較差，導(dǎo)致材料性能惡化。熱壓燒結(jié)與冷壓燒結(jié)成形技術(shù)相比，具有能在較低溫度下制備結(jié)構(gòu)非常致密的材料，并可保證被加工粉料的化學(xué)成分穩(wěn)定，壓制壓力低，材料組織均勻、從而使材料性能改善等優(yōu)點(diǎn)[1-3]。同時(shí)，熱壓燒結(jié)可以促使材料組織發(fā)生一定的物理化學(xué)
3、變化。本論文針對(duì)銅基電接觸復(fù)合材料研究了熱壓燒結(jié)工藝，并對(duì)比冷壓燒結(jié)工藝進(jìn)行了材料的性能試驗(yàn)和分析。1試驗(yàn)條件及方法1.1材料成分試驗(yàn)材料以銅為基體，并加入了C4B等多種元素。希望通過(guò)添加微量組元來(lái)改善銅基材料表面易于氧化、抗熔焊性差等問(wèn)題。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)整試樣組分和加入微量可以有效降低銅基體表面氧化問(wèn)題，并能使材料整體力學(xué)性能顯著提高，而對(duì)基體的導(dǎo)電性影響不大。銀基試驗(yàn)材料？1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備及條件熱壓設(shè)備為HZK-30真空熱壓爐。電阻測(cè)量?jī)x器為QJ44型直流電阻電橋。硬度測(cè)試的儀器為HD-187.5型布洛維硬度計(jì)。金相
4、組織觀測(cè)采用日立S-2500型掃描電子顯微鏡。X射線物相分析采用德國(guó)BRUCK公司生產(chǎn)的D8ADVANCE型號(hào)x衍射儀。采用自行設(shè)計(jì)的電觸頭強(qiáng)化裝置進(jìn)行強(qiáng)化試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)定參數(shù)：電流I=60A，觸點(diǎn)開(kāi)、關(guān)一次的時(shí)間為2秒，試驗(yàn)總運(yùn)行時(shí)間1小時(shí)。2燒結(jié)工藝的研究2.1真空熱壓工藝的研究2.1.1熱壓工藝流程及參數(shù)的確定本工藝的具體流程為：混粉——試樣預(yù)壓——裝爐——抽真空——升溫——保溫（30分鐘）——加壓——保壓（20分鐘）——降溫——取樣。復(fù)合材料真空熱壓燒結(jié)的熱壓壓力、溫度與試驗(yàn)材料基本性能的關(guān)系見(jiàn)表1。采用三維立體圖
5、形對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得電阻率與熱壓參數(shù)的關(guān)系如圖1所示，硬度與熱壓參數(shù)之間的關(guān)系如圖2所示?？梢?jiàn)，隨著溫度及壓力的增加，試樣的導(dǎo)電率及力學(xué)性能相應(yīng)地提高，但燒結(jié)溫度到達(dá)一定溫度后，提高的效果變的不明顯。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)溫度在800℃時(shí)，壓力施加過(guò)大會(huì)影響爐內(nèi)氣氛及真空度，從而影響試樣性能，考慮試樣的綜合性能以及觸頭材料的制作成本，實(shí)驗(yàn)最終確定熱壓燒結(jié)的主要參數(shù)為：燒結(jié)溫度750℃、保溫時(shí)間30min、壓制壓力25MPa。在此工藝參數(shù)下，試樣的致密度能達(dá)到90%以上，觸頭材料能夠獲得較好的導(dǎo)電率及力學(xué)性能，適當(dāng)降低燒結(jié)溫度
6、能減少試樣的加工成本。表1熱壓燒結(jié)工藝參數(shù)與材料性能的關(guān)系試樣號(hào)溫度(℃)壓力(MPa)硬度(HB)電阻率(μΩ*cm)17001551.22.9527002054.42.6337002556.12.5147501552.12.7257502057.32.5467502557.42.4578001556.42.588002056.62.52980025--圖1電阻率與熱壓參數(shù)之間的關(guān)系圖2硬度與熱壓參數(shù)之間的關(guān)系2.1.2真空熱壓工藝的致密化機(jī)理真空熱壓工藝有利于粉體材料的塑性流動(dòng),塑性流動(dòng)對(duì)致密化的影響較大。而且,真空
7、熱壓消除了粉末的彈性應(yīng)變,使得塑性流動(dòng)成為致密化的主要因素。Murray塑性流動(dòng)理論熱壓方程為[4]。(dρ/dt)p>0=(dρ/dt)p=0+3P/4η(1-ρ)（2-1）式中，ρ—相對(duì)密度；t—熱壓時(shí)間；P—外加壓力；η—合金粘度。該方程說(shuō)明，熱壓過(guò)程的致密化速度(dρ/dt)p>0比常規(guī)冷壓的致密化速度(dρ/dt)p=0大,而且隨著外加應(yīng)力P的增大和熱壓溫度的提高(即合金粘性系數(shù)的減小),熱壓的致密化過(guò)程速度加快,材料的密度提高。2.2冷壓工藝傳統(tǒng)的電接觸材料制備主要是通過(guò)粉末冶金的方法來(lái)制作。由這種方法制作的
8、材料，主要是通過(guò)外力作用使材料發(fā)生塑性變形從而粘結(jié)在一起，其中空洞較多，所以難以保證材料高致密化要求。通常為了得到較高致密度的電接觸材料，一般采用如下工藝流程：混粉——次壓制——次燒結(jié)——二次壓制——二次燒結(jié)。2.2.1一次壓制一次壓制主要是使試樣成型。根據(jù)前期試驗(yàn)論證及相關(guān)資料，確定一次壓制壓力為350MPa，保壓
