简介概要

低银导电环材料的研究

来源期刊：稀有金属2003年第2期

论文作者：闫俊联常秀敏王建民欧阳莉莉

关键词：导电合金; 导电环; 电阻率;

摘要：银合金作为导电环材料,因其硬度偏低、耐磨性差,影响使用寿命,同时,还存在价格昂贵的问题. 本文通过对合金系的选择,经反复实验,研制出了一种新型的Cu-Ag-Ni系低银导电合金,并对其组织性能进行了研究,在此基础上制得相应的导电环,并对其导电性能与工作寿命等性能进行了研究. 结果表明: 研制成的低银合金以铜为基,选择了能大大提高合金强度、很少降低电阻率、提高抗氧化性能的银、镍等作为添加元素;与银合金相比,可节约白银80%以上,显著降低成本;低银合金加工工艺简便,适用于大批量生产.

稀有金属 2003,(02),307-309 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2003.02.020

低银导电环材料的研究

王建民欧阳莉莉闫俊联

北京有色金属研究总院研究开发部,华北水利水电学院,北京有色金属研究总院研究开发部,北京有色金属研究总院研究开发部北京100088 ,河北邯郸056021 ,北京100088 ,北京100088

摘要：

银合金作为导电环材料 , 因其硬度偏低、耐磨性差 , 影响使用寿命 , 同时 , 还存在价格昂贵的问题。本文通过对合金系的选择 , 经反复实验 , 研制出了一种新型的Cu Ag Ni系低银导电合金 , 并对其组织性能进行了研究 , 在此基础上制得相应的导电环 , 并对其导电性能与工作寿命等性能进行了研究。结果表明 :研制成的低银合金以铜为基 , 选择了能大大提高合金强度、很少降低电阻率、提高抗氧化性能的银、镍等作为添加元素 ;与银合金相比 , 可节约白银 80 %以上 , 显著降低成本 ;低银合金加工工艺简便 , 适用于大批量生产。

关键词：

导电合金;导电环;电阻率;

中图分类号： TM241

收稿日期：2002-03-29

基金：国家科工委军工配套项目资助;

Study on Low Silver Conducting-Ring Materials

Abstract：

When silver alloy is used as conducting ring material, its service life is influenced by its slightly low hardness and bad abrasion resistance behavior, meanwhile it is prohibitive. In this paper, a new low silver Cu Ag Ni system conducting alloy was prepared by systematic selection of the alloy systems via repeated experiments. Its structure characteristics were studied, the conducting rings were made and its properties as conductivity and service life were researched. It shows that, compared with silver alloy. The new developed alloy based on copper with iron and Nickel as adding elements which can enhance the strength and anti oxidation ability without reducing the resistivity of the alloy can save 80% of silver and reduce the cost remarkably, its manufacture procession is simple and it is fit to be manufactured in great batches.

Keyword：

conducting alloy; conducting ring; resistivity;

Received： 2002-03-29

目前, 导电环材料大多数采用贵金属合金, 并逐步由金合金、铂合金向较低成本的银合金转化, 银合金被普遍采用。但银合金也有硬度偏低耐磨性差的弱点, 影响使用寿命, 同时, 还存在价格昂贵的问题。本实验通过对合金系的选择, 反复实验, 研究开发出一种CuAg (8-15) Ni (5-15) +微量元素的合金, 降低了银的含量, 提高了合金的硬度和耐磨性, 满足了使用要求 ^[1] 。

1 实验方法

本实验所用样品的制备工艺如下: 配料-熔炼-热锻开坯-热处理-酸洗修表面-冷轧-较平-精加工成环。

所用的银纯度为99.95%, 铜和镍均采用纯度为99.95%的电解铜及电解镍。

为了保证铸锭组织均匀、致密、无疏松, 采用30 kW中频感应熔炼炉, 选用优质石墨坩埚, 抽真空熔炼, 充氩气保护、防止炉料挥发及氧化。采用热锻开坯, 可以改变铸造组织, 获得表面良好的板材坯料, 保证随后冷轧带材的表面质量。冷轧至成品厚度, 经平板机较平精加工成环, 再测其性能。

2 结果与讨论

2.1 合金成分的确定

本课题分两个合金系进行预研究工作, 即C^#铜合金及L^#低银合金共约20余种合金, 其主要性能比较如表1。从性能对比表可以看出, 含少量银的合金系强度均高于C#铜合金, 抗氧化性也优于C^#铜合金, 电阻率略有增高, 但满足使用要求。经过对L₁-L₁₂低银合金分析、比较, 参考C^#铜合金中添加元素对Cu的导电性的影响, 从中选择了Cu-Ag-Ni系合金开展了进一步的研究。

表1 两组合金及主要性能 下载原图

Table 1 Main properties of two contents alloy

表1 两组合金及主要性能

2.2 合金组织与性能

该合金的铸造组织是富有延性的二相合金 ^[2,2] , 即一次结晶的α相和少量α相加β相的共晶组织, 其枝状晶细致而均匀, 析出相弥散分布, 起到了强化作用。铸造组织见图1 (a) 。合金再经过加工可产生微细而致密的纤维组织图1 (b) , 合金的各相组织沿轧制方向拉长成纤维状的加工组织, 使合金得到了进一步的强化。

图1 合金的组织图

Fig.1 Structure of alloy

(a) 铸态; (b) 加工态; (c) 440 ℃/30 min; (d) 470 ℃/30 min; (e) 620 ℃/1 h; (f) 650 ℃/1 h

合金的再结晶初始温度为470 ℃ ^[3] , 在650 ℃时已充分再结晶, 因此退火温度选在650 ℃, 保温1 h, 可以得到软化的退火组织, 见图1 (c, d, e, f) 金相组织图。热处理温度与硬度的关系见图2。

根据Cu-Ag-Ni三元合金的液相面图^[4], 合金的熔点在1100 ℃左右。图3为Cu-Ag-Ni合金液相面图, 根据此图所示, 低银合金的熔炼温度为1300 ℃是合适的。

表2为低银合金与其他导电环用合金性能对比表。从表中可以看出本课题研制出的低银合金力学性能最高, 保证了材料的耐磨性。电阻率较金银铜合金低, 接触稳定可靠, 可满足导电环的电阻率的技术指标。

低银合金的强度、硬度随加工率的增加而提高, 延伸率随之下降, 属加工硬化型合金。合金的强度、延伸率及维氏硬度与加工率的关系如图4所示。通过对合金组织结构分析, 制定了可行的加工工艺, 研制成的低银导电环材料的基本性能和使用性能具有以下特色: 接触电阻≤0.33 Ω; 抗氧化耐磨损, 接触电阻稳定; 使用环境: +50～-40 ℃。