专利名称：高性能铜-金刚石电触头材料及其制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及粉末冶金材料及其制造工艺，尤其涉及高性能铜-金刚石电触头材料 及其制造工艺。
背景技术：
电触头是电器开关、仪表仪器等的接触元件；主要承担接通、断开电路及负载电流 的作用；其性能的好坏，直接影响电器开关和仪表仪器运行的可靠性及使用寿命。目前，电 触头材料以银基为主；但银基电触头造价昂贵，生产成本高。为此，人们选择导电和导热性 能强，且价格低廉的铜来代替银，作为电触头的材料。中国专利(CN1787137A)，公开了一种微量添加元素银的铜-金刚石电触头材料。 该专利，是在铜基体中加入微量金属银、金刚石粉及其他一种元素(锆、铬、铝、铌和稀土)； 从而增强了铜基电触头材料的抗熔焊性、耐电弧烧损能力和电寿命。该电触头材料是采用 传统的粉末冶金法制备的，即先用机械混粉法将铜粉、银粉和金刚石粉进行混料，然后依次 通过等压成型、真空烧结、挤压成型、轧制或拉拔，最后机械加工成型。但该技术方案存在以下几个问题首先，容易发生成分偏析现象，即在烧结后的铜 合金中，所添加的稀土、铬、锆或铌等元素还可能以单质状态存在。这是因为，一方面稀土、 铬、锆或铌等元素很难与铜完全合金化；另一方面，该专利采用的是机械混合工艺，其混合 后的金属粉末颗粒，在铜合金中分布不均勻。成分偏析现象，会导致铜合金基体的硬度降 低，固结金刚石的能力减弱；进而影响电触点的抗熔焊性和耐电弧烧损力。此外，电触头的 电阻率也会受到影响，因此该技术方案的电触头材料的综合电性能不高。其次，该技术将未经处理的金刚石粉末，直接加入到铜合金粉末中。这两种不同性 质的物质之间的固接能力差；长期使用后电触头材料的耐磨性和抗熔焊性会大大降低。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种高性能铜_金刚石电触头材料，其铜合金基体的 组织成分均勻，与金刚石产生紧密的冶金结合；该电触头材料硬度高、电阻率小、抗熔焊性 能强。本发明的目的之二是提供一种生产目的之一电触头材料的制造工艺。本发明的目的一是这样实现的首先，本发明在金刚石粉末表面包覆了一层铜，通 过铜与铜合金形成固溶体，使得金刚石与铜合金基体达到牢固结合。其次，本发明在铜合 金粉末中添加了两种混合活性元素，其相互结合生产的合金，可以改善金刚石与铜合金基 体表面的润湿性；且混合活性元素能与金刚石表面的碳反应，形成间隙式碳化物中间层，这 种间隙式碳化物，是由共价键、离子键、金属键组合而成，能促使金刚石与铜合金之间产生 冶金结合。同时，这种间隙式碳化物具有特殊性质，能增加铜_金刚石电触头材料的导电性 能。高性能铜_金刚石电触头材料，包括下述重量百分比的原料
金刚石粉末0. 001 5. 0%、铜合金粉末为95 99. 999%，其中所述金刚石粉末 的粒径为0. 1 15 μ m，其表面包覆有铜。所述铜合金粉末的原料，按重量百分比，包括银0. 001 2. 0%、活性元素0. 002
4.0%、铜余量。所述活性元素为镍钛组合物、镍锆组合物、铬铌组合物或铬钛组合物中的任意一 种；所述镍钛组合物中，镍占铜合金总原料重量百分比的0. 001 2. 0%，钛占铜合金总原 料重量百分比的0. 001 2.0% ；所述的镍锆组合物中，镍占铜合金总原料重量百分比的 0. 001 2. 0%，锆占铜合金总原料重量百分比的0. 001 2. 0% ；所述的铬铌组合物中，铬 占铜合金总原料重量百分比的0. 001 2. 0%，铌占铜合金总原料重量百分比的0. 001 2. 0% ；所述的铬钛组合物中，铬占铜合金总原料重量百分比的0. 001 2. 0%，钛占铜合金 总原料重量百分比的0. 001 2. 0% ；所述活性元素为稀土元素与硅或锆的组合物，其中稀土元素与硅的组合物中， 稀土元素占铜合金总原料重量百分比的0. 001 2.0%，硅占铜合金总原料重量百分比 的0. 001 2.0% ；稀土元素与锆的组合物中，稀土元素占铜合金总原料重量百分比的 0. 001 2.0%，锆占铜合金总原料重量百分比的0. 001 2.0%。所述稀土元素为镧、铈或钇中的任意一种。本发明铜合金粉末原料中，活性元素的第一种优选方案是镍钛组合物或镍锆组 合物。镍具有良好的导电和导热性能，抗氧化能力强，且延展性能好。将镍钛组合物或镍锆 组合物，添加到铜合金粉末中，一方面可以形成镍钛合金或镍锆合金，改善铜合金与金刚石 之间的润湿性；另一方面，钛或锆与金刚石表面的碳反应生成间隙化合物TiC或&C，使得 金刚石与铜合金之间产生冶金结合，并增强铜-金刚石电触头材料的导电性。因此，添加有 镍钛组合物或镍锆组合物的电触头材料中，铜合金与金刚石的结合度非常高、抗磨损能力 优异、易于加工成型，且导电性能高。本发明铜合金粉末原料中，活性元素的第二种优选方案是铬铌组合物或铬钛组 合物。铬与铌形成的铬铌合金，属于“热强合金”，具有很高的抗热、抗压、耐磨及耐蚀性能； 钛和铬之间，也能形成高强度的铬钛合金；且铬铌合金和铬钛合金均能改善铜合金与金刚 石之间的润湿性；并提高电触头材料的抗熔焊性能、抗腐蚀性能和硬度。与此同时，铌、钛或 铬与金刚石表面的碳反应，可生成间隙碳化物NbC、TiC或CrC，能与金刚石之间产生冶金结 合，进一步加强铜合金与金刚石之间的结合力，并增强电触头材料的导电性。本发明铜合金粉末原料中，活性元素的第三种优选方案是稀土元素和硅的组合 物，或者稀土与锆的组合物。硅或锆，可以与金刚石表面的碳反应，生成SiC或ZrC中间层， 使金刚石与铜合金产生冶金结合，增强金刚石与铜合金的结合性。同时，SiC是一种半导体 化合物，能提升电触头材料的导热性。此外，硅或锆本身具有超强的硬度，能进一步提升电 触头的强度、硬度和耐磨性。稀土元素能与铜合金中的杂质形成高熔点化合物，阻止铜合金 熔体中晶粒的长大，从而细化铜合金的晶粒；稀土元素的另一个作用弥散强化铜合金。本发明的目的二是这样实现的，本发明为了使铜合金基体组织均勻，采用高压水 雾法，将熔化的铜合金熔液，雾化成平均粒径为-200目至-300目的细粉。本发明研发了液 相还原法制取铜包覆金刚石粉末的工艺，包括金刚石粉末表面石墨化、金刚石粉末酸处理、 还原包覆和真空烘干等制备工艺。包覆铜的金刚石粉末与铜合金粉末可形成固溶体，且分散均勻。本发明的热扩散工艺，可防止金刚石被全部氧化转变为石墨，还能使各粉末间产生 表面冶金结合，使化学组分均勻；并可改善粉末的压制性能。本发明的制备工艺中，多采用 氮气保护或真空环境，以避免稀土被氧化。高性能铜_金刚石电触头材料的制造工艺，按照以下步骤进行1)制备原料用高压水雾法制备铜合金粉末，用液相还原法制取铜包覆金刚石粉 末；然后，将铜合金粉末和铜包覆金刚石粉末进行混合；2)制备电触头材料先将铜合金和铜包覆金刚石混合粉末进行热扩散处理；压制 成型后，再进行真空烧结，最后采用热挤压，将铜_金刚石电触头材料坯锭挤压成型材；3)制备电触头型材经过轧制或拉拔和机械加工，将铜_金刚石电触头热挤压型 材加工成所需尺寸型材。所述高压水雾化法制备铜合金粉末，是在氮气保护条件下，将铜合金原料置于中 频炉内熔化，温度控制在1100 1200°C ；熔化后的铜合金熔液，经高压水雾喷嘴，被雾化成 铜合金粉末；雾化压力为50 lOOMPa，冷凝速度IO3 104k/s。所述液相还原法制取铜包覆金刚石粉末，按照以下步骤进行，(1)粉末处理先用烧结炉对金刚石粉末表面进行石墨化处理，然后用稀氢氟酸 对金刚石粉末进行酸处理；(2)包覆铜采用还原法在金刚石表面包覆上铜；(3)成品处理将铜包覆的金刚石粉末过滤、洗涤，真空烘干过筛。所述金刚石粉末表面石墨化处理，是在氮气保护条件下，将金刚石粉放于900 1000°C的管式炉中进行热处理，保温30 60min ；所述金刚石粉末酸处理，是将热处理过的金刚石粉末，放入2 6N的稀氢氟酸溶 液中，搅拌10 20分钟；再用清水冲洗，至中性，并过滤。所述还原法包覆铜，是用30%的氨水溶解硫酸铜，使之形成铜氨络合物溶液，该溶 液中铜离子的浓度为60 80g/L ；再用氨水，将铜氨络合物溶液的PH值调节至8. 5 11， 并使溶液温度保持在20°C 40°C。然后，将酸处理过的金刚石粉放入铜氨络合物溶液中， 不断搅拌，并滴加浓度为40%的水合胼，进行还原包覆。所述热扩散处理，将混合好的粉末放入管式炉内，在氮气保护的条件下，进行热 扩散处理，使铜包覆金刚石粉末与铜合金之间产生冶金结合形成固溶体；热扩散温度为 400 800°C，保温时间为2 6小时。所述压制成型，等静压机的压制压力在50 300MPa，保压时间3 5秒；所述真空 烧结，是将铜_金刚石电触头坯锭放入烧结炉内，其真空度小于5 X IO-3Pa,烧结温度750 950°C，保温时间1 2小时；所述热挤压，挤压机的压力为15 25MPa，热挤压比为10 25，热挤压温度600 850°C。本发明的有益效果是1、本发明采用液相还原法所制备的铜包覆金刚石粉末，具有优良的分散性能，其 在铜合金基体中分布均勻；且大大增强了金刚石粉末与铜合金粉末的结合性，确保了电触 头的抗磨性能，延长了电触头的使用寿命；2、本发明在铜合金粉中添加了活性元素，改善了金刚石与铜合金之间的润湿性， 并使金刚石与铜合金粉末之间产生冶金结合，提高了电触头的抗熔焊性能、抗磨性能和电学性能；3、本发明采用高压水雾法，将铜合金粉末进一步雾化成超细的合金粉。所得的合 金粉末，化学组分均勻，避免了合金成分偏析，并进一步增强了金刚石与铜合金的结合强 度；4、本发明采用热扩散工艺；一方面，可以防止金刚石氧化转变为石墨；另一方面， 可以使铜包覆金刚石粉末与铜合金粉末之间，产生表面冶金结合，加强合金化；并促进合金 组织均勻化，改善了合金粉末颗粒组成及压制性能。
附图本发明的制造工艺流程图
具体实施例实施例一本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分比，为金刚石粉(除去 包覆铜重)为0. 05 %，铜合金粉末99. 95 %。其中铜合金粉末的配方为，银0.01 (mas) %、镍0.02 (mas) %、锆0.02 (mas) %，铜 99. 95 (mas) %。如图1所示的电触头材料的制造工艺1)高压水雾化法制取铜合金粉末按上述铜合金粉末配方，称取银、镍、锆和铜金 属原料，置于中频炉内熔化；熔化过程，采用氮气保护，并将温度控制在1100 1200°C。然 后，铜合金熔液流经高压水雾喷嘴，被雾化成粒度均勻的粉末，粉末粒径为-200目；雾化压 力为60MPa，冷凝速度104k/s。由于高压水雾化法制取的铜合金粉末粒径细小，且分布均 勻，可以防止成分偏析现象的发生。2)在金刚石粉末上包覆铜；首先，按上述配方称取金刚石粉末；将其置于管式炉 中进行热处理。炉内通入氮气，温度为950°C，保温50min，使金刚石粉末的颗粒表面转变成 为石墨，形成一层很薄的封闭的碳壳。这一步是为热扩散处理中，间隙式碳化物的产生提供 条件。然后，对金刚石粉末进行酸处理。将热处理过的金刚石粉末，放入4N的稀氢氟酸 溶液中，搅拌15分钟；用清水冲洗金刚石粉末，直至PH值呈中性，并过滤。接着，用还原法在金刚石表面包覆铜。先用30%的氨水溶解硫酸铜，使之形成铜 氨络合物溶液，溶液中铜离子的浓度为75g/L ；再用氨水，将铜氨络合物溶液的PH值调节至 9. 5，需将溶液的温度一直保持在30°C ；然后，将经酸处理过的金刚石粉，放入铜氨络合物溶 液中，不断搅拌，并滴加浓度为40 %的水合胼，进行还原包覆；最后，将铜包覆金刚石粉末 过滤、洗涤及真空烘干过筛。3)混料将铜合金粉末和包覆金刚石粉末，用手工混合后，置于混粉机中进行均 勻混合，混粉时间为2小时。4)热扩散处理将混合均勻的粉末，放入管式炉中，通入氮气，进行热扩散处理， 使金刚石与铜合金粉末之间产生冶金结合形成固溶体；热扩散温度为600°C，保温时间为4 小时。
5)压制成型用等静压机，将热扩散后形成的铜-金刚石粉末，压制成坯锭，压力 为 150MPa。6)真空烧结将铜-金刚石坯锭放入烧结炉内，其真空度小于5 X 10_3Pa，烧结温 度800°C，保温时间2小时；7)热挤压成材为增加铜-金刚石合金的密度，用挤压机将真空烧结后的铜-金 刚石合金坯锭热挤压成型材，挤压压力为20MPa，热挤压比为20，热挤压温度为800°C。8)轧制或拉拔用轧机或者拉丝机将铜_金刚石合金型材进行轧制或拉拔成所需 型材尺寸。9)机械加工按所需电触头的尺寸，将铜_金刚石型材进行机械加工。实施例2制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.5%，铜合金粉末99. 5%。其中铜合金粉末的配方为，银0. 1 (mas) %、镍0. l(mas) %、锆0. l(mas) %，铜 99. 7%。实施例3制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为2%，铜合金粉末98%。其中铜合金粉末的配方为，银l.OOiias) %、镍l.OOiias) %、锆1.0 (mas) %，铜 97%。实施例4制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.05%，铜合金粉末99. 95%。其中铜合金粉末的配方为，银0.01 (mas) %、镍0.02 (mas) %、钛0.02 (mas) %，铜 99. 95%。实施例5制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.5%，铜合金粉末99. 5%。其中铜合金粉末的配方为，银0. 1 (mas) %、镍0. l(mas) %、钛0. l(mas) %，铜 99. 7%。实施例6制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为2%，铜合金粉末98%。其中铜合金粉末的配方为，银1.0 (mas) %、镍1.0 (mas) %、钛1.0 (mas) %，铜 97%。实施例7制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.05%，铜合金粉末99. 95%。其中铜合金粉末的配方为，银0.01 (mas) %、铬0.01 (mas) %、铌0.01 (mas) %，铜 99. 97%。
实施例8制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.5%，铜合金粉末99. 5%。其中铜合金粉末的配方为，银0. 1 (mas) %、铬0. l(mas) %、铌0. l(mas) %，铜 99. 7%。实施例9制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为2%，铜合金粉末98%。其中铜合金粉末的配方为，银l.OOiias) %、铬l.OOiias) %、铌1.0 (mas) %，铜 97%。实施例10制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.05%，铜合金粉末99. 95%。其中铜合金粉末的配方为，银0.01 (mas) %、铬0.01 (mas) %、钛0.01 (mas) %，铜 99. 97%。实施例11制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.5%，铜合金粉末99. 5%。其中铜合金粉末的配方为，银0. 1 (mas) %、铬0. l(mas) %、钛0. l(mas) %，铜 99. 7%。实施例12制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为2%，铜合金粉末98%。其中铜合金粉末的配方为，银1.0 (mas) %、铬1.0 (mas) %、钛1.0 (mas) %，铜 97%。实施例13制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.05%，铜合金粉末99. 95%。其中铜合金粉末的配方为，银0.01 (mas) %、铈0.01 (mas) %、硅0.01 (mas) %，铜 99. 97%。实施例14制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.5%，铜合金粉末99. 5%。其中铜合金粉末的配方为，银0. 1 (mas) %、铈0. l(mas) %、硅0. l(mas) %，铜 99. 7%。实施例15制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为2%，铜合金粉末98%。其中铜合金粉末的配方为，银1.0 (mas) %、铈1.0 (mas) %、硅1.0 (mas) %，铜97%。实施例16制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.05%，铜合金粉末99. 95%。其中铜合金粉末的配方为，银0. 01 (mas) %、钇0. 01 (mas) %、硅0. 01 (mas) %，铜 99. 97%。实施例17制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.5%，铜合金粉末99.5%。其中铜合金粉末的配方为， 银 0. l(mas) %、钇 0. l(mas) %、硅 0. l(mas) %，铜 99. 7%。实施例18制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为2%，铜合金粉末98%。其中铜合金粉末的配方为，银l.OOiias) %、钇l.OOiias) %、硅1.0 (mas) %，铜 97%。实施例19制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.05%，铜合金粉末99. 95%。其中铜合金粉末的配方为，银0.01 (mas) %、镧0.01 (mas) %、硅0.01 (mas) %，铜 99. 97%。实施例20制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.5%，铜合金粉末99. 5%。其中铜合金粉末的配方为，银0. 1 (mas) %、镧0. l(mas) %、硅0. l(mas) %，铜 99. 7%。实施例21制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为2%，铜合金粉末98%。其中铜合金粉末的配方为，银l.OOiias) %、镧1.0 (mas) %、硅1.0 (mas) %，铜 97%。实施例22制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.05%，铜合金粉末99. 95%。其中铜合金粉末的配方为，银0.01 (mas) %、铈0.01 (mas) %、锆0.01 (mas) %，铜 99. 97%。实施例23制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.5%，铜合金粉末99. 5%。其中铜合金粉末的配方为，银0. 1 (mas) %、铈0. l(mas) %、锆0. l(mas) %，铜99. 7%。实施例24制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为2%，铜合金粉末98%。其中铜合金粉末的配方为，银l.OOiias) %、铈l.OOiias) %、锆1.0 (mas) %，铜 97%。实施例25制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.05%，铜合金粉末99. 95%。其中铜合金粉末的配方为，银0. 01 (mas) %、钇0. 01 (mas) %、锆0. 01 (mas) %，铜 99. 97%。实施例26制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.5%，铜合金粉末99. 5%。其中铜合金粉末的配方为，银0. 1 (mas) %、钇0. l(mas) %、锆0. l(mas) %，铜 99. 7%。实施例27制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为2%，铜合金粉末98%。其中铜合金粉末的配方为，银l.OOiias) %、钇l.OOiias) %、锆1.0 (mas) %，铜 97%。实施例28制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.05%，铜合金粉末99. 95%。其中铜合金粉末的配方为，银0.01 (mas) %、镧0.02 (mas) %、锆0.02 (mas) %，铜 99. 97%。实施例29制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.5%，铜合金粉末99. 5%。其中铜合金粉末的配方为，银0. 1 (mas) %、镧0. l(mas) %、锆0. l(mas) %，铜 99. 7%。实施例30制造工艺同实施例1，本发明高性能铜-金刚石触头材料的组成配方，按重量百分 比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为2%，铜合金粉末98%。其中铜合金粉末的方为，银1. 0 (mas) %、镧1. 0 (mas) %、锆1. 0 (mas) %，铜97%。对比例1铜合金粉末方同实施例1，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。对比例2铜合金粉末方同实施例2，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。
铜合金粉末方同实施例22，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。0184]对比例230185]铜合金粉末方同实施例23，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。0186]对比例240187]铜合金粉末方同实施例24，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。0188]对比例220189]铜合金粉末方同实施例22，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。0190]对比例230191]铜合金粉末方同实施例23,所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。0192]对比例240193]铜合金粉末方同实施例24，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。0194]对比例250195]铜合金粉末方同实施例25，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。0196]对比例260197]铜合金粉末方同实施例26，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。0198]对比例270199]铜合金粉末方同实施例27，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。0200]对比例280201]铜合金粉末方同实施例28，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。0202]对比例290203]铜合金粉末方同实施例29，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。0204]对比例300205]铜合金粉末方同实施例30，所添加的金刚石不经过包覆铜的处理。0206]上述实施例1-30与对比例1-30的性能比 下表0207]
实施例对比例样品密度硬度电阻率样品密度硬度电阻率(g/cm3)(HV/kgf/mm2)(μΩ-cm)(g/cm3)(HV/kgf/mm2)(μΩ-cm)实施例18.8977.002.18对比例18.8675.002.21实施例28.7284.002.30对比例28.7081.002.32实施例38.5697.002.39对比例38.5293.002.40实施例48.8379.002.15对比例48.8076.002.19实施例58.7488.002.34对比例58.7085.002.36实施例68.5396.002.48对比例68.5194.002.51实施例78.8677.002.14对比例78.8375.002.16实施例88.7683.002.21对比例88.7180.002.25 从表中可以看出，本发明的实施例的密度和硬度均比对比例高，而本发明实施例 的电阻率均小于对比例。对比例31电触头材料的组成配方，按重量百分比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.05%， 铜合金粉末99. 95%。该配比同本发明实施例1、4、7、10、13、16、19、22、25和28。所述金刚
石粉末表面包覆有铜。其中铜合金粉末的配方为，银0. 01 (mas) %，铜99. 99 (mas) %。对比例31与实施例1、4、7、10、13、16、19、22、25和28的性能比较如下表 由上表可见，本发明的实施例在密度和硬度均高于对比例31，而本发明实施例的 电阻率均小于对比例31。对比例32电触头材料的组成配方，按重量百分比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为0.5%，铜 合金粉末99. 5%。该配比同本发明实施例2、5、8、11、14、17、20、23、26和29。所述金刚石
粉末表面包覆有铜。其中铜合金粉末的配方为，银0. 1 (mas) %，铜99. 9 (mas) %。对比例32与实施例2、5、8、11、14、17、20、23、26和29的性能比较如下表 由上表可见，本发明的实施例在密度和硬度均高于对比例32，而本发明实施例的 电阻率均小于对比例32。对比例33电触头材料的组成配方，按重量百分比，为金刚石粉(除去包覆铜重)为2.0%，铜 合金粉末98%。该配比同本发明实施例3、6、9、12、15、18、21、24、27和30。所述金刚石粉 末表面包覆有铜。
其中铜合金粉末的配方为，银1 (mas) %，铜99 (mas) %。对比例31与实施例3、6、9、12、15、18、21、24、27和30的性能比较如下表 由上表可见，本发明的实施例在密度和硬度均高于对比例32，而本发明实施例的 电阻率均小于对比例33。
权利要求
高性能铜-金刚石电触头材料，包括下述重量百分比的原料金刚石粉末0.001～5.0％、铜合金粉末为95～99.999％，其中所述金刚石粉末的粒径为0.1～15μm，其表面包覆有铜。
2.根据权利要求1所述的高性能铜_金刚石电触头材料，其特征在于所述铜合金粉 末的原料，按重量百分比，包括银0. 001 2. 0%、活性元素0. 002 4. 0%、铜余量。
3.根据权利要求2所述的高性能铜_金刚石电触头材料，其特征在于所述活性元素 为镍钛组合物、镍锆组合物、铬铌组合物或铬钛组合物中的任意一种；所述镍钛组成物中镍 占总原料重量百分比的0. 001 2. 0%，钛占总原料重量百分比的0. 001 2. 0% ；所述的 镍锆组合物中镍占总原料重量百分比的0. 001 2.0%，锆占总原料重量百分比的0. 001 2. 0% ；所述的铬铌组合物中铬占总原料重量百分比的0. 001 2. 0%，铌占总原料重量百 分比的0. 001 2. 0% ；所述的铬钛组合物中铬占总原料重量百分比的0. 001 2. 0%，钛 占总原料重量百分比的0. 001 2. 0% ；
4.根据权利要求2所述的高性能铜_金刚石电触头材料，其特征在于所述活性元素 为稀土元素与硅或锆的组合物，其中稀土元素与硅的组合物中，稀土元素占总原料重量百 分比的0. 001 2. 0%，硅占总原料重量百分比的0. 001 2. 0% ；稀土元素与锆的组合物 中，稀土元素占总原料重量百分比的0. 001 2. 0%，锆占总原料重量百分比的0. 001 2. 0%。
5.根据权利要求3所述的高性能铜_金刚石电触头材料，其特征在于所述稀土元素 为镧、铈或钇中的任意一种。
6.权利要求1所述高性能铜_金刚石电触头材料的制造工艺，按照以下步骤进行1)制备原料用高压水雾法制备铜合金粉末，用液相还原法制取铜包覆金刚石粉末； 然后，将铜合金粉末和铜包覆金刚石粉末进行混合；2)制备电触头材料先将铜合金和铜包覆金刚石混合粉末进行热扩散处理；压制成型 后，再进行真空烧结，最后采用热挤压，将铜-金刚石电触头材料坯锭挤压成型材；3)制备电触头型材经过轧制或拉拔和机械加工，将铜_金刚石电触头热挤压型材加 工成所需尺寸型材。
7.权利要求6所述高性能铜-金刚石电触头材料的制造工艺，其特征在于所述高压 水雾化法制备铜合金粉末，是在氮气保护条件下，将铜合金原料置于中频炉内熔化，温度控 制在1100 120(TC;熔化后的铜合金熔液，经高压水雾喷嘴，被雾化成铜合金粉末；雾化压 力为50 lOOMPa，冷凝速度IO3 104k/s。
8.根据权利要求6所述的高性能铜_金刚石电触头材料的制造工艺，其特征在于所 述液相还原法制取铜包覆金刚石粉末，按照以下步骤进行，(1)粉末处理先用烧结炉对金刚石粉末表面进行石墨化处理，然后稀氢氟酸对金刚 石粉末进行酸处理；(2)包覆铜采用还原法在金刚石表面包覆上铜；(3)成品处理将铜包覆的金刚石粉末过滤、洗涤，真空烘干过筛。
9.根据权利要求8所述的高性能铜_金刚石电触头材料的制造工艺，其特征在于所 述金刚石粉末表面石墨化处理，是在氮气保护条件下，将金刚石粉放于900 1000°C的管 式炉中进行热处理，保温30 60min ；
10.根据权利要求8所述的高性能铜-金刚石电触头材料的制造工艺，其特征在于所 述金刚石粉末酸处理，是将热处理过的金刚石粉末，放入2 6N的稀氢氟酸溶液中，搅拌 10 20分钟；再用清水冲洗，至中性，并过滤。
11.根据权利要求8所述的高性能铜-金刚石电触头材料的制造工艺，其特征在于所 述还原法包覆铜，是用30%的氨水溶解硫酸铜，使之形成铜氨络合物溶液，该溶液中铜离子 的浓度为60 80g/L ；再用氨水，将铜氨络合物溶液的PH值调节至8. 5 11，并使溶液温 度保持在20°C 40°C。然后，将酸处理过的金刚石粉放入铜氨络合物溶液中，不断搅拌，并 滴加浓度为40%的水合胼，进行还原包覆。
12.根据权利要求6所述的高性能铜-金刚石电触头材料的制造工艺，其特征在于所 述热扩散处理，将混合好的粉末放入管式炉内，在氮气保护的条件下，进行热扩散处理，使 铜包覆金刚石粉末与铜合金之间产生冶金结合形成固溶体；热扩散温度为400 800°C，保 温时间为2 6小时。
13.根据权利要求6所述的高性能铜-金刚石电触头材料的制造工艺，其特征在于所 述压制成型，等静压机的压制压力在50 300MPa，保压时间3 5秒；所述真空烧结，是将 铜_金刚石电触头坯锭放入烧结炉内，其真空度小于5 X IO-3Pa,烧结温度750 950°C，保 温时间1 2小时；所述热挤压，挤压机的压力为15 25MPa，热挤压比为10 25，热挤压 温度600 850°C。
全文摘要
本发明涉及粉末冶金材料制造工艺，尤其涉及高性能铜-金刚石电触头材料及其制造工艺。高性能铜-金刚石电触头材料，包括下述重量百分比的原料金刚石粉末0.001～5.0％、铜合金粉末为95～99.999％，其中所述金刚石粉末的粒径为0.1～15μm，其表面包覆有铜。高性能铜-金刚石电触头材料的制造工艺，按照以下步骤进行1)制备原料用高压水雾法制备铜合金粉末，用液相还原法制取铜包覆金刚石粉末；然后进行混合；2)制备电触头材料先将铜合金和铜包覆金刚石混合粉末进行热扩散处理；压制成型后进行真空烧结，最后热挤压成型；3)制备电触头型材轧制或拉拔和机械加工，将铜-金刚石电触头加工成所需尺寸型材。
文档编号B22F3/16GK101885060SQ201010207589
公开日2010年11月17日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者郑元龙, 郑大受, 郑旭阳, 郑献浩 申请人:上海中希合金有限公司