許福太，陳天來(lái)，盤志雄，盧小東

（佛山通寶精密合金股份有限公司，廣東佛山 528000）

引言

電接觸材料已有近100年的歷史，最初使用純銀、純金、純鉑作觸頭材料，20世紀(jì)40年代開(kāi)始采用Ag、Cu、Au-Ag、Pt-Ir、Pd-Ag等合金，20世紀(jì)60年代以來(lái)發(fā)展了多元貴金屬以及各種貴金屬?gòu)?fù)合材料。銀基電觸頭產(chǎn)品具有較好的耐電磨損、抗熔焊和導(dǎo)電性、接觸電阻低且穩(wěn)定，廣泛用于各種輕重負(fù)荷的低壓電器、家用電器、汽車電器、航空航天電器，是電觸頭行業(yè)中最為量大面廣的產(chǎn)品[1-2]。

AgCdO材料曾經(jīng)是中低壓開(kāi)關(guān)電器應(yīng)用的主要電接觸材料，它具有優(yōu)良的滅弧性能，在中等負(fù)荷開(kāi)關(guān)中擁有“萬(wàn)能觸點(diǎn)”之稱。然而，隨著電器開(kāi)關(guān)對(duì)電觸點(diǎn)提出的小型化、高可靠性、長(zhǎng)壽命等苛刻的性能要求，AgCdO材料不僅在抗磨損、抗熔焊、耐電弧浸蝕等性能指標(biāo)上已顯露明顯不足，而且AgCdO觸點(diǎn)燃弧產(chǎn)生的Cd蒸氣有毒，不符合環(huán)保要求，已被歐盟出臺(tái)文件禁止使用[3-6]。

與AgCdO，AgSn02等觸頭材料相比，銀鎳材料不僅具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、加工周期短、成本低及良好的塑性與加工性能等優(yōu)點(diǎn)，還具有良好的導(dǎo)電性，在整個(gè)電壽命周期表面接觸電阻較之銀氧化物要低且穩(wěn)定，此外銀鎳材料含有的鎳元素可以在任何情況下適于焊接。盡管銀鎳材料應(yīng)用廣泛，但常規(guī)的銀鎳產(chǎn)品硬度較低、強(qiáng)度低，材料的耐磨性、抗燒損性、抗熔焊性較差[7]，電氣性能不穩(wěn)定。因此，如何在不對(duì)環(huán)境造成威脅、不增加加工成本的基礎(chǔ)上，研發(fā)出加工性能良好、強(qiáng)度高、抗熔焊性強(qiáng)的銀鎳材料，成為目前研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

本研究的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提出一種“大塑性變形”加工工藝，該工藝是在傳統(tǒng)的“混粉—燒結(jié)—擠壓”工藝的基礎(chǔ)上的進(jìn)一步優(yōu)化與完善。

1 試驗(yàn)

傳統(tǒng)工藝流程如下：混粉—真空等靜壓—燒結(jié)—擠壓—拉拔—成品。本研究的簡(jiǎn)要工藝流程如下：混粉—真空等靜壓—燒結(jié)—擠壓—大塑性變形加工—壓錠—燒結(jié)—擠壓—拉拔—成品。

試驗(yàn)采用MICROMET2003型顯微硬度計(jì)測(cè)量線材硬度，采用CMT4304型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量線材的抗拉強(qiáng)度與延伸率，采用TH2512A型直流電阻測(cè)試儀測(cè)量線材的電阻率，采用TG-328A型電光分析天平測(cè)量線材的密度，采用掃描電鏡分析線材的金相組織，采用SD-30A型鉚釘機(jī)分別打制成同規(guī)格的復(fù)合鉚釘，并裝配于繼電器上，使用河北工大制造的型式試驗(yàn)平臺(tái)測(cè)試電壽命。

2 結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)物理性能

采用傳統(tǒng)的燒結(jié)擠壓工藝與本工藝分別制備銀鎳（10）材料，取樣后按GB/T 5588—2017《銀鎳、銀鐵電觸頭材料技術(shù)條件》的要求進(jìn)行測(cè)試各項(xiàng)性能，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可以看出：2#樣品的密度、抗拉強(qiáng)度、硬度、延伸率等指標(biāo)均優(yōu)于1#樣品，這是由于銀鎳材料經(jīng)過(guò)大塑性變形后，材料的致密度增高，鎳粉與銀粉之間所形成的孔隙變得更小或更少，趨于理想的合金整體，材料的密度與延伸率升高；材料經(jīng)過(guò)大塑性變形加工后，鎳質(zhì)點(diǎn)細(xì)化，纖維強(qiáng)化的作用明顯，因而提高了材料的抗拉強(qiáng)度與硬度；可能是因?yàn)椴牧辖?jīng)過(guò)大塑性變形加工后，鎳質(zhì)點(diǎn)細(xì)化，產(chǎn)生了更多的鎳質(zhì)點(diǎn)均勻分布于銀基體組織中，這些質(zhì)點(diǎn)形成更多的節(jié)點(diǎn)，在電流通過(guò)的過(guò)程中，這些節(jié)點(diǎn)或許成為障礙，導(dǎo)致材料電阻率有所升高。

表1 不同工藝的銀鎳(10)材料力學(xué)物理性能對(duì)比

2.2 金相組織

采用傳統(tǒng)的燒結(jié)擠壓工藝與本工藝分別制備銀鎳（10）材料，材料的金相組織對(duì)比如圖1～圖4所示。由圖1與圖2可見(jiàn)，相比于傳統(tǒng)工藝，本工藝制備的銀鎳(10)成品線材，在橫截面上，鎳質(zhì)點(diǎn)更加細(xì)小，分布更加均勻，質(zhì)點(diǎn)聚集的現(xiàn)象更少。由圖3可看到，鎳質(zhì)點(diǎn)粗細(xì)不一，長(zhǎng)短不一，聚集現(xiàn)象嚴(yán)重，分布不均勻。在圖4中，雖然鎳質(zhì)點(diǎn)的分布不算十分均勻，但相比于圖3，粗大的、長(zhǎng)條狀的鎳質(zhì)點(diǎn)聚集帶消失，質(zhì)點(diǎn)分散性更好。說(shuō)明經(jīng)過(guò)了大塑性變形加工之后，聚集的鎳質(zhì)點(diǎn)進(jìn)一步分散，長(zhǎng)條、粗大的聚集帶，變成細(xì)小的短纖維，材料分布不均組織得到了較好的改善。材料的組織結(jié)構(gòu)決定材料的性能，也可以說(shuō)，經(jīng)過(guò)大塑性變形加工之后，銀鎳材料的性能也得到了提升。

2.3 電氣性能

2.3.1 電壽命

測(cè)試條件：AC 250 V/10 A，通斷比1∶1，測(cè)試頻率30次/min，純阻性負(fù)載，以測(cè)試達(dá)到10萬(wàn)次作為通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出，應(yīng)用于密封型繼電器，采用傳統(tǒng)工藝制備的銀鎳(10)材料難以全部通過(guò)測(cè)試條件，測(cè)試結(jié)果波動(dòng)大，非常不穩(wěn)定；采用本工藝制備的銀鎳(10)材料，在本研究設(shè)置的試驗(yàn)條件下均能夠通過(guò)測(cè)試，且表現(xiàn)穩(wěn)定，說(shuō)明經(jīng)過(guò)大塑性變形加工后，材料的性能得到了較大改善。這再一次說(shuō)明組織的均勻性對(duì)材料的電氣性能具有重要影響。

表2 不同工藝的銀鎳（10）材料電壽命對(duì)比

2.3.2 觸點(diǎn)表面形貌

圖5與圖6為傳統(tǒng)工藝制備的銀鎳(10)材料動(dòng)、靜觸點(diǎn)，測(cè)試失效的樣品。

從圖5、圖6中可看到，失效樣品的觸點(diǎn)表面存在較多的銀珠，且周圍還有大量的黑色飛濺物。主要原因可能是繼電器在通斷過(guò)程中，產(chǎn)生的電弧造成環(huán)境與觸點(diǎn)表面的溫度持續(xù)升高，形成銀的熔池，鎳質(zhì)點(diǎn)在分?jǐn)嗔Φ淖饔孟拢蛴|點(diǎn)周圍飛濺，使得觸點(diǎn)表面的鎳含量減少，而銀含量增多，造成繼電器粘結(jié)失效。

圖7、圖8為本工藝制備的銀鎳(10)材料動(dòng)、靜觸點(diǎn)，由于觸點(diǎn)材料本身的致密度、硬度等力學(xué)物理性能更高，在這種環(huán)境下，也有影響，但影響較小。雖然觸點(diǎn)周圍也有較多的飛濺物，但屬于正常飛濺，觸點(diǎn)表面較干凈，沒(méi)有銀珠的形成，沒(méi)有出現(xiàn)粘結(jié)失效的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

（1）采用大塑性變形加工工藝，能夠改善銀鎳材料的組織，使其鎳質(zhì)點(diǎn)更加細(xì)化，分布更加均勻，因而改善銀鎳材料力學(xué)物理性能。

（2）采用此工藝制備的銀鎳材料，電氣性能更加優(yōu)良。