AgSn合金压坯氧化烧结一体化工艺研究

摘要

触头材料主要应用于继电器、接触器、断路器等领域,但不同应用领域的使用要求存在很大差别。银氧化镉（AgCdO）材料是在低压电器中得到广泛使用的一类触头材料，其具有较低的接触电阻及良好的抗电弧侵蚀性能和抗熔焊性能，一直以来被认为是“万能电接触材料”，但是Cd具有毒性，影响人体健康而被限制使用。研究表明，银氧化锡（AgSnO2）具有优良的抗电弧腐蚀性、抗熔焊性、抗材料转移能力以及使用过程中无毒害物质产生，是AgCdO的最佳替代品。
　　传统的雾化合金粉末内氧化法采用成分均匀的AgSn合金粉末经氧化处理后再用相应的粉末冶金工艺制备。但由于AgSn粉末在高温长时间氧化过程中容易出现Sn在合金粉末颗粒表面发生偏聚，氧化形成一层致密的SnO2膜，阻碍后续烧结过程的Ag-Ag之间的结合，导致材料在后续的加工中变的异常困难。为了解决这一问题，我们尝试将传统粉末冶金法中的氧化和烧结工艺相结合，让两种不同工艺同时进行，在Sn氧化成SnO2的同时，Ag也能充分接触并烧结到一起，这样不但提高粉末在高温烧结阶段的烧结活性，还能简化传统粉末冶金工艺流程，提高了生产效率。
　　本文通过对微米级AgSn合金粉末的氧化动力学与氧化后组织结构的研究，掌握了氧化温度，氧化时间对合金粉末氧化行为的影响。通过正交试验，研究了各因素对AgSn合金压坯氧化性能、烧结性能和烧结组织的影响。通过AgSn9.95Bi0.69Cu0.38与AgSn合金压坯烧结性能和烧结组织对比，分析了添加剂对AgSn合金压坯烧结阶段产生的影响。得到以下结论：
　　（1）微米级AgSn合金粉末氧化增重主要集中在升温阶段和保温前2小时内，过度延长保温时间对粉末的氧化没有太大作用。并在内氧化过程中，有明显的体积膨胀现象，是加快氧化速率和提高氧化程度的重要原因之一。
　　（2）在低温氧化阶段，AgSn合金压坯密度主要由压坯压力所决定，氧化温度和氧化时间对压坯密度影响不大。
　　（3）AgSn合金压坯氧化烧结一体化研究中，氧化温度取600℃左右，氧化时间取2h左右，压坯压力取300MPa，烧结温度取920℃左右，烧结时间4h左右，升温速率为9K/Min时，能够使得烧结坯体的质量最高。
　　（4）从正交实验中得出：对坯体氧化率影响的显著性大小依次为氧化温度>升温速率>氧化时间；对坯体相对密度影响的显著性较大的是坯体成型压力；对坯体抗弯强度影响的显著性大小依次为成型压力>烧结温度>烧结时间。
　　（5）氧化烧结一体化工艺对AgSn合金压坯的烧结起到了一定的促进和强化作用，但颗粒表面仍然存在SnO2颗粒富集的现象，使得AgSn合金压坯的烧结性能仍不理想。
　　（6）添加剂Bi、Cu不但提高了AgSn合金压坯烧结性能，而且改善了烧结组织。

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第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 电触头材料的分类

§1.3 AgSnO2触头材料制备方法

§1.4 粉末的烧结

§1.5课题的研究背景与本文研究的内容

第二章 试验方案与分析测试手段

§2.1 试验方案

§2.2 试样的制备

§2.3 分析测试手段

§2.4 试验设计方法及数据处理

第三章 AgSn合金粉末氧化行为研究

§3.1 引言

§3.2 AgSn合金粉末表征

§3.3 AgSn合金粉末氧化动力学研究

§3.3氧化后物相分析与表面形貌观察

§3.4 微米级AgSn合金粉末氧化机理分析

§3.5结论

第四章 AgSn合金压坯氧化烧结一体化工艺研究

§4.1 引言

§4.2 AgSn合金粉末压坯低温氧化阶段工艺探究

§4.3 AgSn合金粉末压坯氧化烧结一体化工艺探究

§4.4 AgSn合金粉末坯体高温烧结阶段研究

§4.5烧结坯体断口组织观察与分析

§4.6 结论

第五章 AgSn9.95Bi0.69Cu0.38合金压坯氧化烧结一体化工艺研究

§5.1 引言

§5.2 AgSn9.95Bi0.69Cu0.38合金粉末压坯氧化烧结一体化工艺探究

§5.3 AgSn与AgSn9.95Bi0.69Cu0.38合金粉末压坯烧结性能和烧结断口组织形貌对比

§5.4 结论

第六章 重要结论与创新点

§6.1论文主要结论

§6.2创新点

参考文献

致谢