复合镀、合金化对铜基电接触材料组织及性能的影响

摘要

本论文是在实验室原有研究基础上，通过加入不同含量的氧化钇、碳化钨，探究其对铜基电接触材料组织及性能的影响，特别是对材料抗电弧烧蚀的影响;通过对铜粉磁控溅射镀银，研究镀银铜粉抗氧性能及其烧结性能;通过在金属铜中添加不同含量的稀土钇，探究钇对铜性能的影响，特别是对其抗氧化性能的影响;把电阻率法应用于粉末冶金烧结工艺参数的确定。
　　研究结果表明:
　　(1)当添加适量的氧化钇，材料的密度和硬度都得到了提高，氧化钇的添加量为1.5wt.％时，材料密度提高最为显著;氧化钇的添加量为2wt.％时，材料硬度提高最为显著。添加氧化钇有利于阻碍基体铜晶粒的长大，这有利于添加组元更均匀地分布在基体中，能更好地提高材料的电接触性能。通过20000次电弧侵蚀试验表明:添加氧化钇制备的电触头材料的抗电弧烧蚀性能远远优于通用的铜镍合金银复层触头材料，试验后新触头的接触电阻仍能保持稳定的且较低的数值。但是，氧化钇的加入对铜基电触头材料的导电性有不利影响。
　　(2)研究了电阻率法在粉末冶金烧结工艺参数确定方面的应用。通过实时地测定烧结过程中压坯电阻率的变化，可以快速确定粉末冶金的烧结工艺参数，这种方法对粉末冶金制品的烧结参数的确定具有广泛的适用性。
　　(3)添加碳化钨可以提高材料的抗电弧烧蚀性能，但是碳化钨对材料的致密度和导电性有不利的影响，添加少量碳化钨可以提高材料的硬度，但其加入量大于6wt.％时，材料的硬度开始下降。对碳化钨颗粒表面进行了磁控溅射镀铜，明显改善了WC/Cu复合界面，添加镀膜碳化钨复合材料的致密度、硬度都比添加未镀膜碳化钨复合材料有明显提高，材料的导电性能也得到改善。
　　(4)为了改善铜基电接触材料的抗氧化性，通过磁控溅射的方法，在铜粉表面镀一层银膜。通过研究溅射时间与镀银铜粉氧化增重之间关系情况，最终确定了溅射时间为23min。通过把铜粉和镀银铜粉分别压制成坯，然后对比在不同烧结时间下的试样性能情况。研究发现:镀银铜粉制备的试样在不同的烧结时间下，致密度和硬度都高于纯铜粉制备的试样，抗氧化性能也优于纯铜粉制备试样，但是镀银铜粉制备的试样导电性比纯铜试样差。
　　(5)在金属铜添加少量稀土钇（少于0.5wt.％），其导电性能增强，添加过量的稀土钇又会使金属铜的导电性能变差。通过抗氧化实验发现:铜钇合金随着稀土钇添加量的增大，试样氧化增重逐渐降低;当稀土钇的添加量为0.1wt.％、0.2wt.％和0.5wt.％时，试样抗氧化性能的提高较为明显;随稀土钇添加量迸一步增大时，试样氧化增重的减小趋势缓慢下来。由于添加少量钇对铜组织净化作用，添加0.1wt.％钇时，金属铜的硬度略微下降，减少了铜中固溶的杂质原子。但金属铜中随钇添加量的继续增加，铜钇合金的硬度逐步增大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 电接触与电接触材料

1．1．1 电接触形式及电接触材料分类

1．1．2 开关电器对触头材料的要求

1．1．3 电接触研究内容

1．1．4 电接触理论研究简介

1．1．5 银基电接触材料简介

1．1．6 铜基电接触材料简介

1．2 电接触材料的制备方法简介

1．2．1 粉末冶金简介

1．2．2 粉末的烧结

1．3 本课题目的和意义

1．4 研究内容

第二章 技术路线与实验方法

2．1 技术路线

2．2 实验设备及方法

2．2．1 主要实验设备

2．2．2 主要实验材料

2．2．3 实验方法

第三章 氧化钇对铜基电接触材料性能影响的研究

3．1 引言

3．2 铜基电接触材料的制备与表征

3．3 氧化钇对铜基电接触材料组织性能影响与分析

3．3．1 对材料组织的影响

3．3．2 对材料致密度和硬度的影响

3．3．3 对材料导电性的影响

3．3．4 对材料抗电弧烧蚀性能的影响

3．4 本章小结

第四章 电阻率法探究粉末冶金烧结工艺参数

4．1 引言

4．2 实验过程

4．3 结果分析

4．3．1 Cu／WC复合材料烧结制度的确定

4．3．2 铝粉压坯烧结制度的确定

4．4 本章小结

第五章 碳化钨对铜基电接触材料性能影响的研究

5．1 引言

5．2 碳化钨对材料性能的影响

5．2．1 实验

5．2．2 对材料组织结构的影响

5．2．3 对材料致密度的影响

5．2．4 对材料硬度的影响

5．2．5 对材料导电性的影响

5．2．6 对材料抗电弧烧蚀性能的影响

5．3 磁控溅射镀铜碳化钨

5．3．1 镀铜碳化钨的制备

5．3．2 镀膜对铜基复合材料致密度的影响

5．3．3 镀膜对铜基复合材料硬度的影响

5．3．4 镀膜对铜基复合材料电导性的影响

5．4 本章小结

第六章 铜粉镀银对铜基电接触材料性能影响的研究

6．1 引言

6．2 实验

6．2．1 磁控溅射镀膜

6．2．2 成形与烧结

6．3 结果与讨论

6．3．1 粉末形貌及成分分析

6．3．2 镀银铜粉抗氧化实验

6．3．3 烧结时间对试样性能的影响

6．3．4 试样断口形貌和微区成分分析

6．4 本章小结

第七章 添加钇对金属铜性能影响的研究

7．1 引言

7．2 实验

7．3 实验结果与分析

7．3．1 对组织形貌的影响

7．3．2 对导电性的影响

7．3．3 对抗氧化性的影响

7．3．4 对硬度的影响

7．4 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

致谢

附录