合金元素對Cu-ATO電接觸材料潤濕性及組織性能的影響.pdf

1、銅基電接觸材料是低壓電器用觸頭材料節(jié)銀環(huán)保設(shè)計(jì)的重要發(fā)展方向之一，其需求的迫切性隨著貴金屬銀資源的匱乏和銀價(jià)的攀升與日俱增。目前，低壓電器用銅基電接觸材料設(shè)計(jì)存在的主要問題是沒有考慮到第二相與基體之間的潤濕性。銅基體與第二相潤濕性會影響材料的致密化程度、氧化特性及接觸穩(wěn)定性。
　　本文主要研究了合金元素對Cu/ATO電接觸材料潤濕性及組織性能的影響。通過潤濕實(shí)驗(yàn)和粉末燒結(jié)實(shí)驗(yàn)研究了Zr、La、Cr、Ag等合金元素對Cu/MeO體系

2、潤濕性的影響規(guī)律，得到上述元素能夠有效改善Cu/MeO體系潤濕性的成分范圍。在研究合金化后復(fù)合材料組織和性能的變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，開展銅基電接觸材料的成分設(shè)計(jì)與制備工作，建立了該體系材料組織和性能的關(guān)系。
　　潤濕試驗(yàn)研究結(jié)果表明：Zr、La、Cr、Ag四種合金元素的加入能有效的降低Cu/Al2O3潤濕角，改善Cu/Al2O3體系潤濕性。其中，Zr含量為0.7wt.％時，潤濕角可以降至最低，為106.9°；La元素加入量為0.2wt

3、.%時，潤濕角最低，達(dá)到了103.1°；隨著Cr和Ag含量的增加，潤濕角逐漸降低。Cr和Ag含量均為1.6wt.%時，潤濕角分別為110°和108°。在粉末燒結(jié)試驗(yàn)中，Cu顆粒與ATO顆粒結(jié)合性較差；CuZr和CuLa顆粒都能與ATO顆粒有較好的結(jié)合，潤濕性有所改善。
　　合金化銅基復(fù)合材料的OM和SEM分析表明，Zr、La、Cr三種元素能夠使Cu/ATO復(fù)合材料晶粒細(xì)化；隨著元素含量的增加，La元素的分布位置發(fā)生改變，有逐漸向晶

4、界處偏聚的趨勢，Zr元素易發(fā)生團(tuán)聚，而Cr和Ag元素在Cu/ATO復(fù)合材料中分布均勻，沒有偏聚現(xiàn)象。
　　對合金化銅基復(fù)合材料進(jìn)行性能分析可知，Zr和Cr元素對復(fù)合材料硬度值的提升較為明顯，La和Ag元素對復(fù)合材料硬度的影響較小。Zr和La元素的含量為0.1wt.%和0.2wt.%時，復(fù)合材料的硬度值達(dá)到最大值，分別為126.4HV0.1和113.8HV0.1；隨著Cr和Ag含量的增加，復(fù)合材料的硬度值不斷增大，當(dāng)Cr和Ag的含量

5、為1.6wt.%時，復(fù)合材料的硬度值分別為129.5HV0.1和114.3HV0.1。Cr和Ag元素的加入對Cu/ATO復(fù)合材料的電導(dǎo)率影響較小，Zr元素對電導(dǎo)率的損害較為嚴(yán)重。Zr、Cr、Ag的加入與導(dǎo)電率下降近似呈線性關(guān)系，每0.1wt.%合金元素的加入引起的電導(dǎo)率下降值分別為9.38%IACS、1.49%IACS、0.53%IACS。隨著La元素的加入，材料電導(dǎo)率下降趨勢先緩慢后迅速。
　　SEM和TEM觀察表明，在多元合金

6、化的銅基電接觸材料中，Cr和Ag分布均勻，沒有出現(xiàn)偏聚。Zr元素容易發(fā)生團(tuán)聚，生成含Zr的氧化物。La含量較高時，La與第二相ATO結(jié)合生成了新的化合物。力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)表明，La含量的增多會降低材料的致密度和抗拉強(qiáng)度，但會提高延伸率，且對硬度影響較?。辉跇O限溶解度范圍內(nèi)，Cr元素的加入能夠提高材料的抗拉強(qiáng)度、延伸率和硬度；Ag元素對材料的抗拉強(qiáng)度和硬度也有一定程度的提高，但是效果較小。電導(dǎo)率和接觸電阻實(shí)驗(yàn)表明，La、Cr、Ag三種元素的加