烧结工艺对银镍触头组织结构和性能的影响

谢云+王永业+娄长影+谢永坤

摘要：采用扫描电镜观察，物理性能测试以及镦制特定规格银铜复合触点的检测手段，研究了烧结条件对银镍合金的微观组织和性能的影响，结果表明：随着烧结温度的提高和延长保温时间，一定程度上提高了镍元素在银基体中的固溶程度，改善了材料加工镦制过程中的延展性。

关键词： 触头材料 银镍 烧结组织 加工性能

1 引言

银镍合金触头材料具有接触电阻低，温升低，加工性能好，环保等优点，广泛运用于通信继电器，温控器，保护开关等低压电器中，在日益提倡绿色环保理念和贵金属资源日趋紧张的背景下，如何提高银镍合金触头材料的各项使用性能成为行业研究开发热点。本文选择开关行业使用最多的银镍15/铜复合电触点为研究对象，探讨银镍15材料加工过程中烧结温度和保温时间对材料组织和线材镦制加工性能的影响。

2 实验

2.1线材制作

使用150目雾化银粉和300目电解镍粉，按Ag：Ni=85%：15%比例混合后，按以下流程制备银镍15/铜复合电触点。

其中烧结是指：粉末压胚在低于主要组分熔点温度下的热处理，目的是通过颗粒间的冶金结合以提高强度。本项研究过程中的烧结分为高温烧结和中高温烧结，高温烧结为分解氨气氛保护下400摄氏度保温1小时后，升温至600摄氏度保温1小时，升温至800摄氏度保温1小时后，升温至930摄氏度保温2小时结束（简述为400℃/1H+600℃/1H+800℃/1H+930℃/2H）；中高温烧结为分解氨气氛保护下400摄氏度保温1小时后，升温至850摄氏度保温3小时结束（简述为400℃/1H+850℃/3H）

2.2 合金组织结构观察和物理性能测试

按GB/T8633-2013？铆钉型电触头用线材技术条件？标准对触头各项物理性能进行检测；采用南京光学仪器厂生产的MR-5000金相显微镜观察触点剖面；广州试验仪器厂生产的电动材料试验机检测抗拉强度和延伸率；上海天平仪器厂生产的光电分析天平检测密度；常州同慧电子生产的高灵敏度电阻测试仪检测电阻率；采用日本JEOL公司生产的JSM-2300型扫描电镜观察合金组织结构和成分分析。

2.3 线材镦制加工性能测试

按特定规格镦制触点，验证材料冷镦加工性能。触点规格：3.0*0.6（0.15）+1.5*1.1R10.

3 结果与分析

3.1 物理性能分析

高温烧结和中高温结后合金线材退火态的物理性能见表1，可以看出，经过高温烧结后，材料密度有适当提高，电阻率轻微下降，反映出高温烧结能弥合材料中的孔隙，提高材料致密度，进而降低材料电阻。

3.2 电镜及能谱分析

由图1、图2可以看出，高温烧结后富银过渡区域镍平均含量6.1%，稍高于中高温烧结的材料镍平均含量1.8%。根据图3银镍二元相图，平衡状态下，960℃时Ni在Ag中的固溶度约2%，在此温度以下随着温度的降低而降低。银镍合金作为一种烧结复合材料，从冶金学角度出发Ag/Ni不同于Ag/MeO电接触材料，也不同于银基固溶体合金，Ni在Ag中的有限溶解形成富Ag溶体，Ag在Ni中形成富Ni溶体，它们可以保持在Ni的熔点之上，以致两个液相态在相当宽的范围内共存。凝固时发生偏晶反应，固态下几乎不固溶[2]。由此可见：提高烧结温度和适当延长保温时间后，可以有效提高镍在银基体中的固溶度。

3.3 加工性能测试

按指定规格镦制后银层厚度和触点表面形貌如图4。图4（b）显示，截面显示中高温烧结加工后的线材，冷镦加工触点时平均银层厚度為0.25mm，，触点边缘露铜，；图4（a）经过高温烧结后加工后的线材，冷镦加工触点时平均银层厚度：0.10mm，触点边缘无露铜。结果表明高温烧结材料加工性能明显优于中温烧结材料。

4. 结论

烧结作为材料致密化的手段，适当提高烧结温度，在合理的保温时间条件下可以提高镍在银基体中的固溶度，提高材料密度和降低电阻率，进而达到改善材料本身的延展性能，同等条件可以镦制银层更薄的触点，且表面质量较好，具有明显的经济意义。

参考文献：

[1]王永根，童意平，刘立强，纤维复合AgNi线材的工艺研究。电工合金，2007（1）20-26；

[2]宁远涛，赵怀志，《银》 中南大学出版社。endprint