燒結工藝對銀鎳觸頭組織結構和性能的影響

謝云+王永業+婁長影+謝永坤

摘要：采用掃描電鏡觀察，物理性能測試以及鐓制特定規格銀銅復合觸點的檢測手段，研究了燒結條件對銀鎳合金的微觀組織和性能的影響，結果表明：隨著燒結溫度的提高和延長保溫時間，一定程度上提高了鎳元素在銀基體中的固溶程度，改善了材料加工鐓制過程中的延展性。

關鍵詞： 觸頭材料 銀鎳 燒結組織 加工性能

1 引言

銀鎳合金觸頭材料具有接觸電阻低，溫升低，加工性能好，環保等優點，廣泛運用于通信繼電器，溫控器，保護開關等低壓電器中，在日益提倡綠色環保理念和貴金屬資源日趨緊張的背景下，如何提高銀鎳合金觸頭材料的各項使用性能成為行業研究開發熱點。本文選擇開關行業使用最多的銀鎳15/銅復合電觸點為研究對象，探討銀鎳15材料加工過程中燒結溫度和保溫時間對材料組織和線材鐓制加工性能的影響。

2 實驗

2.1線材制作

使用150目霧化銀粉和300目電解鎳粉，按Ag：Ni=85%：15%比例混合后，按以下流程制備銀鎳15/銅復合電觸點。

其中燒結是指：粉末壓胚在低于主要組分熔點溫度下的熱處理，目的是通過顆粒間的冶金結合以提高強度。本項研究過程中的燒結分為高溫燒結和中高溫燒結，高溫燒結為分解氨氣氛保護下400攝氏度保溫1小時后，升溫至600攝氏度保溫1小時，升溫至800攝氏度保溫1小時后，升溫至930攝氏度保溫2小時結束（簡述為400℃/1H+600℃/1H+800℃/1H+930℃/2H）；中高溫燒結為分解氨氣氛保護下400攝氏度保溫1小時后，升溫至850攝氏度保溫3小時結束（簡述為400℃/1H+850℃/3H）

2.2 合金組織結構觀察和物理性能測試

按GB/T8633-2013？鉚釘型電觸頭用線材技術條件？標準對觸頭各項物理性能進行檢測；采用南京光學儀器廠生產的MR-5000金相顯微鏡觀察觸點剖面；廣州試驗儀器廠生產的電動材料試驗機檢測抗拉強度和延伸率；上海天平儀器廠生產的光電分析天平檢測密度；常州同慧電子生產的高靈敏度電阻測試儀檢測電阻率；采用日本JEOL公司生產的JSM-2300型掃描電鏡觀察合金組織結構和成分分析。

2.3 線材鐓制加工性能測試

按特定規格鐓制觸點，驗證材料冷鐓加工性能。觸點規格：3.0*0.6（0.15）+1.5*1.1R10.

3 結果與分析

3.1 物理性能分析

高溫燒結和中高溫結后合金線材退火態的物理性能見表1，可以看出，經過高溫燒結后，材料密度有適當提高，電阻率輕微下降，反映出高溫燒結能彌合材料中的孔隙，提高材料致密度，進而降低材料電阻。

3.2 電鏡及能譜分析

由圖1、圖2可以看出，高溫燒結后富銀過渡區域鎳平均含量6.1%，稍高于中高溫燒結的材料鎳平均含量1.8%。根據圖3銀鎳二元相圖，平衡狀態下，960℃時Ni在Ag中的固溶度約2%，在此溫度以下隨著溫度的降低而降低。銀鎳合金作為一種燒結復合材料，從冶金學角度出發Ag/Ni不同于Ag/MeO電接觸材料，也不同于銀基固溶體合金，Ni在Ag中的有限溶解形成富Ag溶體，Ag在Ni中形成富Ni溶體，它們可以保持在Ni的熔點之上，以致兩個液相態在相當寬的范圍內共存。凝固時發生偏晶反應，固態下幾乎不固溶[2]。由此可見：提高燒結溫度和適當延長保溫時間后，可以有效提高鎳在銀基體中的固溶度。

3.3 加工性能測試

按指定規格鐓制后銀層厚度和觸點表面形貌如圖4。圖4（b）顯示，截面顯示中高溫燒結加工后的線材，冷鐓加工觸點時平均銀層厚度為0.25mm，，觸點邊緣露銅，；圖4（a）經過高溫燒結后加工后的線材，冷鐓加工觸點時平均銀層厚度：0.10mm，觸點邊緣無露銅。結果表明高溫燒結材料加工性能明顯優于中溫燒結材料。

4. 結論

燒結作為材料致密化的手段，適當提高燒結溫度，在合理的保溫時間條件下可以提高鎳在銀基體中的固溶度，提高材料密度和降低電阻率，進而達到改善材料本身的延展性能，同等條件可以鐓制銀層更薄的觸點，且表面質量較好，具有明顯的經濟意義。

參考文獻：

[1]王永根，童意平，劉立強，纖維復合AgNi線材的工藝研究。電工合金，2007（1）20-26；

[2]寧遠濤，趙懷志，《銀》 中南大學出版社。endprint