貴金屬電接觸材料的發展概況

馬曉東，余建軍，趙 濤

（西安諾博爾稀貴金屬材料有限公司，西安 710065）

貴金屬電接觸材料的發展概況

馬曉東，余建軍，趙 濤

（西安諾博爾稀貴金屬材料有限公司，西安 710065）

本文介紹了貴金屬基電接觸材料的特性、應用范圍以及目前的發展現狀，并對貴金屬電接觸材料以后的發展趨勢提出展望。

電接觸材料；電刷絲；導電滑環；貴金屬合金

1 引言

在電器設備和電子儀器系統中，電能、電信號必須能從一個導體傳向另一個導體，而導體之間的連接處經常是造成電信號或能量供給和傳遞的主要障礙。電接觸元件能夠在不同環境擔負著電器的接通、分斷、導流和隔離的工作，由于接觸點受到的接觸壓力、工作電壓、電流大小以及分斷次數的不同，這些電接觸元件的性能直接影響電轉換器件及整個儀器、儀表的可靠性、穩定性、精度及使用壽命。所以在不同的應用環境下，電接觸材料需要滿足的性能要求也不同。

現階段應用最廣泛的電接觸材料是貴金屬基合金。貴金屬基電接觸材料具有較高的導電和導熱性、高化學穩定性、低而穩定的接觸電阻、高抗熔焊性和高抗電弧侵蝕等優良性能，一直被認為是最好的電接觸材料，尤其在接通和斷開裝置中表現出優異的綜合性能，因此在許多電接觸應用領域都選擇其作為觸點材料［1］。

2 電接觸材料的分類

目前廣泛應用的貴金屬電接觸材料主要是銀、金、鉑、鈀合金，以及這些合金的復合材料和貴金屬鍍層材料。銀合金大量用于中等負荷或重負荷電器，鉑合金、鈀合金、金合金較多使用于小負荷電接觸。電接觸材料一般按用途分為：電接點材料，電刷材料，繞組材料，導電環、換向片或整流片材料，接插件材料。按工作方式分為：固定接觸，開閉接觸，滑動接觸材料［2］，如圖1所示。

目前，已研制出的貴金屬基電接觸材料有數百種，歸納起來，它們可以分為4個系列：銀基、金基、鉑基和鈀基電接觸材料。本文主要介紹貴金屬電接觸材料的主要性能優點以及在航空航天及軍工等精密領域的廣泛應用。

2.1 銀合金電接觸材料

銀基合金是最重要、用量最大而且最廉價的貴金屬電接觸材料。銀在所有金屬中導電性及導熱性最好，由于銀的硬度不高，熔點低，不耐磨，在潮濕和較高溫度下，在含硫和硫化物的介質中，表面形成硫化銀薄膜。在直流電的作用下，銀的硬度低和易揮發，會形成電侵蝕尖刺。在負荷大的條件下，銀接觸原件易形成電弧，發生熔接。

為能夠最大限度地保持銀的導電、導熱性，人們向銀中添加少量合金元素以提高銀的機械性能和的抗熔焊性能，獲得性能優良的銀基電接觸材料［3］。

在Αg中添加3%～28%Cu可以提高Αg基體的強度，但隨著Cu含量的增加，材料的化學穩定性將隨之降低，在接觸面發生氧的富集，形成CuO。在小電流的使用領域內，該系列合金可用作微電機的換向器和旋轉開關等滑動觸頭，在電流較大的使用領域內，可用于接觸壓力大以及有油保護的裝備中。其代表化學成分有ΑgCu10、ΑgCu28等常用來制成導電滑環、電刷絲等接點材料。

ΑgMgNi合金是屬于內氧化型彈性接點材料，通過內氧化工藝，可使合金中作為強化相而彌散分布的氧化物金屬（MgO）與基體金屬形成均勻的固溶體合金。主要應用在小型微型軍用密封繼電器、1/2晶體罩繼電器、小型密封磁保持電磁繼電器、微型開關等作為簧片和觸點。

2.2 金合金電接觸材料

金的化學穩定性最好，具有突出的電接觸特性，還具有良好的導電性、低屈服點和低彈性模量，且不易形成具有高接觸電阻的氧化、硫化或者有機物薄膜（褐粉）。這些特性保證了金的接觸穩定性，使得金可作為低接觸壓力和弱電流條件下的接觸材料。

在含金為60-70%的情況下加入Pt、Pd、Αg、Cu、Ni等元素組成的金基合金，可以通過固溶強化、沉淀強化、有序強化、調幅分解及馬氏體轉變強化、彌散強化、加工硬化等方式提高合金的性能［4］。

Αu-Cu系、Αu-Αg-Cu系合金作為電刷及導電環材料已經得到較好的應用，具有良好的耐腐蝕、耐磨性，強度和彈性高，接觸應力松弛小，使接觸元件具有較長的工作壽命、高的工作可靠性和輸出精度等優點。由于Αu-Cu具有有序一無序轉變特性，經過有序化熱處理后可以獲得較高硬度，同時獲得理想的電阻性能。常用來作為電刷絲、導電滑環以及鉚釘連接材料；

在Αu-Ni系中Ni含量為5%、9%、16%的合金被廣泛用于輕、中負荷電接觸材料。添加微量Mn、In等元素可以降低摩擦系數，增加自潤滑性，添加稀土Gd可以提高合金的耐腐蝕、耐磨性。

人們在二元和三元合金的基礎上通過添加合金元素對其進行改良，形成了Αu基多元合金［5］：ΑuCuPtΑg、ΑuCuPtΑgZn、ΑuCuPtPdNiRh等，具有較高的彈性、較好的耐磨性與耐腐蝕性、較低的接觸電阻，主要用作精密電位器用彈性電刷材料和微型繼電器用的觸點材料。

2.3 鉑及鈀合金電接觸材料

在電接觸材料中，當同時被要求滿足化學性能絕對穩定和抗燒損強度大時，鉑族金屬就起到了無可替代的作用。它們的主要缺點是在有機氣氛中容易受到有機污染。

為了提高鉑的硬度、抗弧性、耐熔焊性，常常加入Αg、Ni、Ge、Ru、W等元素。鉑基合金的主要特點是耐腐蝕、耐磨損、開關可靠性高和壽命長。在弱電流工藝中，銀基、金基、鈀基合金不能勝任的地方都可采用鉑基合金。常用的有鉑銥合金、鉑釕合金、鉑鎢合金等。

鉑銥合金在現代工業中有極廣泛的用途［7］。其中，電接觸點是鉑銥合金應用的一個最重要的領域，由于鉑銥合金有高的硬度、高的熔點、高的耐腐蝕能力和低的接觸電阻等特點，因此它在使用條件要求最高的弱電接點中成為一種經典的電接點材料。例如，PtIr10和PtIr25合金常用作航空發動機的點火線圈接點，高靈敏繼電器以及微電機的電接點。另外，飛機、導彈、艦艇的航向儀、地平儀、陀螺儀等精密傳感器的電位器或導電環、微電子技術中的厚膜電阻、某些精密儀器儀表中的游絲也采用PtIr合金。

鈀的密度小，以它為基的合金是重要而經濟的鉑族金屬接觸材料。由于鈀的導電率和導熱系數均比較低，不能用作強電流接觸材料，而主要用作弱電接觸材料，雖然鈀有產生氧化膜的性質，但在一定條件下，其接觸特性比鉑好。常用的鈀基接觸材料有Pd-Ir、Pd-Αg、Pd-Cu合金，由于有耐蝕性能好，不易生弧可用作斷開觸點和滑動觸點。鈀多元合金［8］的耐蝕、耐磨損性好，可作為電位器的滑動電刷。另外PdIr8和PdIr10合金也是常用的電接觸材料，但其容易受到有機污染3 展望

且價格昂貴，所以此類電接觸材料的使用越來越少，一般只在電侵蝕較嚴重的產品和一些高精尖設備中才會使用此類合金。

十三五期間我國的工業制造業、航空航天、軍事領域勢必會朝著更加高科技化、更加精密化發展，傳統的二元或三元貴金屬合金已不能滿足發其所需的性能要求，因此需要發展四元及以上的多元化合金，探索在現有電接觸材料中加入稀土元素以提高合金的綜合性能。新材料制備、新工藝、新加工技術的應用也將會促使貴金屬電接觸材料快速發展。

［1］博存繼，謝明，杜文佳.貴金屬基電接觸材料的研究進展［J］.材料導報，2014，28（04）∶22-25.

［2］盧錦明，邢立華，李耀娥.精密導電滑環的關鍵技術及發展趨勢［J］.導航與制，2015，14（01）∶20-25.

［3］馬光，孫曉亮.銀基電接觸材料改性及制備工藝［J］.稀有金屬快報，2007，26∶14-19.

［4］周新銘，李曲波.金的微量元素合金化［J］.貴金屬，1994，15（02）∶1-9.

［5］孔令嬌，李強，李翔.添加元素對Au-Cu合金強化影響的研究進展［J］.貴金屬，2014，35（04）∶70-74.

［6］翁桅.我國低壓電器用觸頭材料的現狀和發展趨勢［J］.低壓電器，1995（02）∶49-52.

［7］張書仁，喻育東.鈀銀銅金鉑鋅六元合金的研究［J］.貴金屬，1983（03）∶15-20.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.221

馬曉東（1987-），男，陜西蒲城人，碩士，助理工程師，貴金屬材料工藝員職位，主要從事貴金屬合金板帶材、絲材及管材加工。