粉末法生产铜基电触点中的弥散氧化铝工艺探讨
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科技论坛·161-
粉末法生产铜基电触点中的弥散氧化铝工艺探讨
姚圣意
（黑龙江中勋机电科技发展有限公司，黑龙江哈尔滨150000）
摘要：采用空气为氧源制备的ALO一Cu弥散强化铜合金粉，再用粉末法制成铜基低压电触头。该工艺路线具有设备简单、生产效率高、易于操作等特点；经过电器试验，获得了比较理想的效果。这种工艺方法可以为商品化粉末法生产铜基电触点提供一种新的借鉴。
关键调：雾化Cu-AL合金粉；弥散氧化铝钢基复合材料；铜基电接触材料 1概述
弥散氧化铝铜基复合材料是近年来被广泛应用的一种新材料。在
表1本工艺制成的AL,O,-Cu弥散强化铜合金粉和
20世纪70年代国际上发达国家就已经用于导电材料、转换开关、点焊电极等方面的应用.国内到20世纪90年代先后有：天津大学、大连铁道学院、中南大学、河南科技大学、洛阳铜业有限公司等单位，开展了弥散氧化铝铜基复合材料的研究，其研究结果大多认为内氧化法是目前国内商业化生产AL,O,-Cu复合材料的最佳方法。其工艺原理为：利用化学上热还原反应原理，将不稳定的化合物粉末混合加入到合金粉末当中，使合金中的活泼组元与加人的化合物发生热还原反应，生成所需要的更加稳定的陶瓷增强颗粒，随后用粉末冶金工艺制成ALO,-Cu弥散强化复合材料。其常用的工艺路线有两种：（1)Cu-AL雾化合金粉 +Cu粉+Cu;0粉混合后，在密封容器中，控制温度，使Cu,0分解出0, 氧化金属铝为AL,Oc(2Cu-AL雾化合金粉在非密封容器中，注人 N,+O,，控制温度和氧化气源流量.使Cu-AL雾化合金粉中的金属AL 转换成AL,0%
1998年颁布的国内机械行业标准JBIT8798-1998
无氧铜的物理性能
Cr-0. 3AL,0,
烯点/ 密度g/en 电导率IACS
导热率[3/ (m.k) ] 弹性模量GPa
1356 8.9 92 365 130
Cu-0. s AL,O,
1356 8.86 87 344 130
OIV T-
1356 8.81 78 322 130
无氧钢 1356 8.94 101 391 115
面充分接触氧气源，提高了内氧化的成品率，避免粉末局部内氧化不均匀;c合金粉分层叠放在开放式恒温干燥箱内空气氧化，与传统内氧化工艺相比，可以避免导人氧源氧量不足，而导致金属AL氧化不完全与金属Cu形成固溶体，使材料的电阻率显著升高；d内氧化过程及时翻动合金粉，避免粉末长时间加热产生粘结，利于后道工序粉体破碎筛分，提高生产效率
2.4粉体破碎筛分。氧化后合金粉体冷却到室温，经过破碎后，用 80一100#筛分，转人下道工序。
25粉末盘装氢气还原。粉末用不锈钢盘装，厚度15-20毫米，不锈钢盘分层叠放在氢气还原炉内进行还原，温度控制在280一320°，时间以观察还原炉氢气出口有无水蒸气冒出为准；当还原炉出口无水蒸气冒出时，关闭电热，继续通氢气至炉温降至室温
2.6粉体破碎筛分备用。粉体冷却至室温，破碎经过后，用80一100片筛分，封存防氧化备用。
2.7物理性能比较。经过检测本工艺制成的三种AL,0，一Cu弥散强化铜合金粉基本性能不低于传统工艺制备的内氧化合金粉，参考表1。
3电气性能试验
3.1在DZ47-63小型断路器上的应用。用本工艺制成的AL,0，一Cu
2试验
2.1工艺路线。制备Cu-AL雾化合金粉—雾化粉装盘空气中氧
弥散强化铜合金粉，采用粉末法制成片状电触点，触点规格为：
化——粉体破碎筛分—粉末盘装氢气还原——粉体筛分—压制烧3.8mmx3.8mmx0.85mm，安装在DZ47-63小型断路器上
试验按GB/10963.1-2005执行。断路器额定电压：220V/380V,额
结成型
2.2制备Cu-AL合金雾化粉。该工序是AL,O,-Cu弥散强化铜合金
定电流：63A，额定短路（通断）能力4500A；
粉工艺过程的关键环节，因为合金粉成分的均勾性、粒度、纯净度明显影响内氧化工序的效果，并最终影响粉末法铜基复合材料电触点的机械性能和电气性能。按AL含量分别制作三个型号的合金粉：AL03%、 AL0.5%、AL1.1%；粒度不宜过粗，控制在0.5—5.0微米，过80—100#筛；既利于0,扩散，又减少粒子聚集长大的机会；水雾化合金粉性能在此工艺中优于气体雾化合金粉
2.3雾化粉合金盘装空气氧化
23.1二元合金粉内氧化的条件。在雾化粉内氧化过程中，关键让 0,溶解到合金相里，令0,在合金相中扩散，扩散过程首先与合金中较活泼的元索氧化反应，随后依次与金属活泼性递减的元素氧化反应，在合金内部生成氧化物颗粒，弥散在合金化基体中，完成合金内氧化。符合雾化合金粉与空气氧化的基本条件a溶质B在金属基体A中的浓度较低：bO，在金属基体中的扩散系数远大于溶质B在金属基体A中
试验结果DZ47-63小型断路器的短路（通断）能力为4600A：
3.2在10A家用墙壁开关上的应用。用本工艺制成的AL,0,-Cu弱散强化铜合金粉，采用粉末法制铆钉状电触点，触点规格为：中Φ3mmx1+Φ1.4mmx1.4mm，安装在10A家用墙壁开关上；
试验按GB/16915.1-2008执行。试验电压：250V，试验电流：10A 功率因数0.60±0.05，电阻负载，操作频率：15周期分钟，接通1秒，断开 3秒；
试验结果电寿命完成25000周期无故障。 4结论
4.1采用空气为氧源制备的AL,0,Cu弥散强化铜合金粉基本性能不低于传统工艺制备的内氧化合金粉，可以满足粉末法制备铜基电触点的需要；
4.2采用空气为氧源制备的AL,0,一Cu弥散强化铜合金粉，用粉末法制成的片状电触点用于DZ47-63小型断路器上，短路（通断)能力为
的扩散系数。在符合以上两个条件下，O，向内扩散遇到溶质B原子形成
4600A；制成的铆钉状电触点，用于10A家用墙壁开关上，电寿命完成
氧化物质点弥散分布在金属基体内部，完成雾化粉的内氧化。用
2.3.2雾化合金粉盘装空气氧化操作。雾募化合金粉平铺在不锈钢盘中，厚度15-20毫米，不锈钢盘分层叠放置于恒温干燥箱中，干燥箱开门缝约10-20毫米，保证空气流通：300度加热3-5小时：每隔30分钟翻动合金粉一次，直到粉末全部转为深黑色
此道工序关键在于：a合金粉在较低的温度下，通过空气氧源对粉末颗粒表面直接氧化来实现。用空气氧源介质代替CuO分解氧源介质，氧源充足提高了内氧化效率。b内氧化过程及时翻动合金粉，粉末表
万方数据
25000周期无故障：均符合标准规定
参考文献
[I]田保红,宋克兴,对平等.高性能弥散强化钢基复合材料制备技术[M] 北京：科学出版社，2001,2.
[2)李勇.氧化铝颗粒弥敏强化铜基复合材料的研究[D)北京；华中科技大学材料加工工程硕士学位论文，2005,4,30