Ag-Ni基触点材料的制备方法

Ag-Ni基触点材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及触点材料的制备方法，尤其涉及Ag-Ni基触点材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 银基电触头是电器开关和继电器等电气产品的核心元件，是限制电气产品寿命和 性能的重要元件之一。近年来，随着电子、电工学技术的显著进展，银基电触头的使用范围 覆盖了从电信电话和各种电子仪器的弱电领域到切断大电流的电器等强电领域，银基电触 头的功能要求也千差万别。
[0003] 传统的银基触点材料有Ag-CdO基触点材料，例如，由10重量％的CdO和余量的Ag 组成的合金(简称，Ag-Cd010)。随着含镉材料在工业应用的全球性禁止，需要一种新的电触 头替代材料。Ag-Ni基触点材料具有可以与Ag-CdO基触点材料比较的性质，特别是具有可 比较的电导率，而电导率是用作开关、接触器、断路器和继电器中的触点材料的主要参数之 一。由此，Ag-Ni基触点材料作为可以代替Ag-CdO基触点材料已经被广泛研究。Ag-Ni基 触点材料一般是通过将Ag粉体和Ni粉体直接混合，然后进行机械合金处理制备的。例如， 中国专利申请公开CN1386138A公开了Ni金属粒子分散型Ag-Ni系合金开关触点材料及使 用该材料的继电器，Ni金属粒子分散型Ag-Ni系合金开关触点材料是通过把3. 1~20重 量％的Ni粉、作为添加物按金属换算相当于0. 01~0. 50重量％Li的Li2C03粉末和余量 为Ag粉的三种粉体混合搅拌，形成均匀分散的混合物，再将该混合物进行成形处理和烧结 处理而制得的，其中，Ni在Ag基体中以Ni金属粒子的形式存在，有助于提高在AC100V~ 250V、1~20A范围内交流通用继电器中使用时的耐消耗性。
[0004] 为了提高Ag-Ni基触点材料的性能以银基电触头的功能要求，也不断出现Ag-Ni 基触点材料的新的制备工艺。
[0005] 中国专利申请公开CN102074278A描述了一种颗粒定向排列增强银基电触头材料 的制备方法，首先，将增强相Ni粉(平均粒径为30ym) 300g溶于含水合肼280g的8L水 溶液中，然后再将此混合液加入到含AgN03800g的12L水溶液中，搅拌下滴加氨水调节溶 液pH=ll，反应3小时，过滤出沉淀物，经洗涤和干燥后，获得Ag包覆增强相的复合粉体； 然后将Ag包覆增强相的复合粉体造粒，并于700°C下烧结，将烧结后的复合粉体按配比添 加基体银粉，在混粉机中进行均匀混粉，最后经200MPa下冷等静压、600°C下烧结、500°C和 500MPa下热压，以及800°C和挤压比225下热挤压制得AgNi(25)材料，该材料具有Ni纤 维增强结构，其中，Ni纤维状组织结构是由很多细小的Ni颗粒定向排列连接而成的。但是， 中国专利申请公开CN102074278A采用化学镀方法制备Ag包覆增强相的复合粉体，需将制 备的复合粉体与基体银粉进一步混合，仍可能存在增强相Ni在Ag基体中分散不均匀的缺 陷。
[0006]日本专利公开号特开2009-30100描述了一种Ag-Ni基电触点材料及其制备方法， 其方法包括：将按金属Ni换算相当于0. 1~25wt%的量的含金属盐的Ni溶液与平均粒径 小于等于50ym的Ag粉末混合，干燥得到的混合物，以及进一步地，在不低于所述金属盐 的热分解温度的温度下进行分解以形成Ni包覆的Ag粉末；和包括将Ni包覆的Ag粉末进 行机械合金处理或长时间的球磨粉碎混合处理的细微分散步骤。但是，日本专利公开号特 开2009-30100的方法使用镍盐代替镍粉与银粉混合，经历了混合--干燥--还原--球 磨--烧结的工艺过程，操作复杂，并且其中，干燥过程中镍盐易发生团聚，不利于后期镍 的分散，镍粉的还原过程中采用高温煅烧工艺(煅烧温度为750°C)，镍颗粒的尺寸较大，为 了降低镍颗粒的尺寸以及为了使镍分散均匀，需要长时间的球磨(球磨时间为24小时)。
[0007] 此外，中国专利公开CN102808097A和CN102808098A分别公开了银/镍/金属氧 化物接触材料的制备方法和银/镍/石墨接触材料的制备方法。
[0008] 因此，人们仍然希望提供改进的Ag-Ni基触点材料的制备方法。

【发明内容】

[0009] 本发明旨在提供一种操作简单，可控性强，利于工业化生产的Ag-Ni基触点材料 的制备方法。
[0010] 为了实现上述目的，本发明的一个实施例提供了一种Ag-Ni基触点材料的制备方 法，所述方法包括以下步骤：通过电镀对粒径为100~300ym的Ag粉末进行镀Ni处理， 制得复合粉末；和将得到的复合粉末进行球磨和热压，制得Ag-Ni基触点材料；其中，所述 Ag-Ni基触点材料包含以触点材料的重量计80~95重量％的Ag和以触点材料的重量计 5 ~20% 的Ni。
[0011] 根据本发明的制备方法的一个优选实施例，其中，所述Ag粉末的镀Ni处理包括：
[0012] 将所述Ag粉末浸入电解液中，得到浸渍有电解液的Ag粉末；和
[0013] 将所述浸渍有电解液的Ag粉末加入电镀装置中进行电镀；
[0014] 其中，所述电镀装置包括从上而下平行设置的阳极盘和阴极盘，阴极盘相对于阳 极盘旋转运动，所述浸渍有电解液的Ag粉末加入到所述阳极盘和阴极盘之间，并且所述阳 极盘和所述阴极盘通过所述浸渍有电解液的Ag粉末形成通路。
[0015] 优选地，所述阳极盘和阴极盘为圆形的。
[0016] 本发明中术语"通路"，也称为"电流通路"，是指能够允许电流流过的电路。
[0017] 根据本发明的制备方法的一个优选实施例，其中，在所述电镀装置中，所述阳极盘 在其中心位置设有垂直通道，所述浸渍有电解液的Ag粉末是通过所述垂直通道加入的。
[0018] 根据本发明的制备方法的一个优选实施例，其中，所述电镀的电压为6~12V和电 流密度为20~40A/dm2。
[0019] 根据本发明的制备方法的一个优选实施例，其中，所述阴极盘的外周旋转线速度 为 1 ~2m/min〇
[0020] 根据本发明的制备方法的一个优选实施例，其中，所述电镀的时间为10~30min。
[0021] 根据本发明的制备方法的一个优选实施例，其中，所述电解液包括260~300g/L 的硫酸镍、35~45g/L的氯化镍溶液和40~50g/L的硼酸。
[0022] 根据本发明的制备方法的一个进一步优选的实施例，其中，所述电解液由260~ 300g/L的硫酸镍、35~45g/L的氯化镍溶液和40~50g/L的硼酸组成。
[0023] 根据本发明的制备方法的一个优选实施例，其中，所述Ag粉末与所述电解液的质 量体积比以g:ml计为1:1~1:1. 5。
[0024] 根据本发明的制备方法的一个优选实施例，其中，所述球磨是在振动式球磨机中 进行的。在一些实施例中，所述振动式球磨机的振动频率可以为1000~1500次/分，例如， SPEX8000M型振动式球磨机。
[0025] 根据本发明的制备方法的一个优选实施例，其中，所述球磨在真空下进行6~10 小时。
[0026] 根据本发明的制备方法的一个优选实施例，其中，所述热压是在50~60MPa的压 力和400~600°C的温度下进行的。
[0027] 本发明的制备方法具有以下优点：
[0028] (1)本发明方法中，研磨后的复合粉末经热压后即可制得Ag-Ni基触点材料，不需 与基体银粉进一步混合，Ni分布均匀。
[0029] (2)由本发明方法制备的Ag-Ni基触点材料具有更高的密度和更低的电阻率，例 如，由本发明提供的制备方法制得的Ag-Ni基触点材料的密度可达其理论密度的98%。
[0030] 不希望受理论限制，本发明的制备方法中采用电镀的方式对Ag粉末进行镀Ni处 理，在Ag粉末表面形成Ni镀层(其中，Ni镀层中包含纳米级Ni颗粒)，随后进行球磨和热压 处理，制得纳米级Ni颗粒在Ag中分布的Ag-Ni基触点材料。另一方面，本发明的制备方法， 特别是对Ag粉末的镀Ni处理和随后的球磨，有效地降低了Ag-Ni基触点材料的孔隙率，提 高了Ag-Ni基触点材料的密度，进而有利于Ag-Ni基触点材料电导率的提高(或电阻率的降 低)。
[0031] (3)本发明的制备方法不需要通过长时间的研磨来降低Ni镀层(或Ni颗粒）的尺 寸，可以有效地避免杂质的引入，并利于生产能力的提高。
[0032] (4)本发明的制备方法的工艺设备简单，Ni镀层(或Ni颗粒）的沉积速度快，易于 控制Ni的包覆总量；同时，制得的Ag-Ni基触点材料中Ni，具有高的Ni纯度，其纯度与常 规电镀中Ni的纯度相当，利于Ag-Ni基触点材料电导率的提高。
【附图说明】
[0033] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中， [0034]图1是本发明一个实施例中使用的电镀装置的示意图。
【具体实施方式】
[0035] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本发 明的【具体实施方式】。
[0036] 本发明的优选实施例中，Ag粉末的镀Ni处理是在电镀装置中进行的。
[0037] 如图1所示，该电镀装置主要包括有上下平行设置的圆形阳极盘8和圆形阴极盘 11，两个电极盘之间的盘面可相互接触。位于上部的圆形阳极盘8在中心位置开有垂直通 道，垂直通道的上端连接有小料斗7和叠放在小料斗上的下料斗1，含有电解液的金属粉末 或合金粉末可从下料斗1中加入，通过小料斗7和圆形阳极盘8的垂直通道到达圆形阴极 盘11的盘面上。圆形阳极盘8通过两侧设置的螺纹钢柱及调节螺母2可上下自由升降调 节。
[0038] 为便于连续地定量喂料，在下料斗1外壁的中部位置架设有一振动器3。料盘9设 置于圆形阴极盘11的下侧，容纳且包围着圆形阴极盘11，在料盘9底部设有一起收集物料 作用的小料板10,在小料板10的下方还依次设有收集物料的料斗13和受料容器14。
[0039] 在所述电镀装置的下部结构中，设有底板15,底板15的底部装有起固定支撑作用 的支撑脚16,底板15上面设置有罩壳12。罩壳12外侧的底板15上设有电源控制电箱25。 罩壳12内侧设置有传动机构，该传动机构包括电机24、减速器22、轴承支座23以及与圆形 阴极盘11相连接的主轴17和主轴承18。电机24通过减速器22、装于轴承支座23内的传 动轴、设置在底板15下面的小皮带轮21 (其中，小皮带轮21设置在传动轴上)、皮带20、大 皮带轮19 (其中，大皮带轮19设置在主轴17的下部)，将动力传送到设置在底板15中央位 置并且装有主轴承18内的主轴17上，主轴17连接圆形阴极盘11，使圆形阴极盘11相对圆 形阳极盘8产生旋转运动。
[0040] 另外，在所述电镀装置的上部结构中，在壳体12上面的主体外侧设有立柱6,其上 端部设有弹簧5及压紧螺母4,使 振动器3在发生振动时，起到协调一致的弹性振动作用，同 时能压紧下部结构的罩壳12。
[0041] 实施例1
[0042] 本实施例用于说明Ag-Ni基触点材料及其制备方法。其中，制备Ag-Ni基触点材 料的方法包括以下步骤：
[0043] (1)将100g平均粒径为300iim的Ag粉末浸入100ml电解液中，搅拌，并放置5~ 7min，得到浸渍有电解液的Ag粉末；其中，电解液配方为：260g/L的硫酸镍、35g/L的氯化 镍溶液和40g/L的硼酸。
[0044] (2 )将电镀装置中的圆形阴极盘11和圆形阳极盘8分别接通电源，将浸渍有电解 液的Ag粉末放入下料斗1中，通过振动器3的振动作用，连续定量地进入小料斗7,并通过 圆形阳极盘的中心通道喂送至圆形阴极盘11的盘面上，圆形阴极盘11通过传动机构产生 相对的旋转运动，犹如磨盘磨制豆浆的运转操作，进而对圆形阴极盘11上的、同时起阴极 作用的Ag粉末进行镀Ni处理，处理后的含电镀液的复合粉末溢出并跌落于料盘9中，经小 料板10,通过料斗13,收集于受料容器14中。
[0045] 其中，电镀条件为：电压为6V和电流密度25A/dm2,电镀时间lOmin;圆形阴极盘11 旋转的线速度为2m/min。
[0046] (3)将处理后的含电镀液的复合粉进行水洗，然后于100°C下干燥，即可获得复合 粉末。
[0047] (4)将制得的复合粉末置于SPEX8000M型振动式球磨机中，在真空下球磨6小时， 然后在400°C的温度和60MPa的压力下热压60min，从而制得Ag-Ni基触点材料，其编号为 No. 1。
[0048] 采用EDX法对复合粉末进行分析，本实施例中制得的复合粉末由95重量％的Ag 和5重量％的Ni组成。同时，可以看出，Ni镀层中Ni的纯度与普通平板制备的Ni的纯度 相当。表1给出了No. 1样品的组成、密度以及电阻率。
[0049] 实施例2
[0050] 本实施例用于说明Ag-Ni基触点材料及其制备方法。其中，制备Ag-Ni基触点材 料的方法包括以下步骤：
[0051] (1)将100g平均粒径为200 iim的Ag粉末浸入120ml电解液中，搅拌，并放置8~ lOmin，得到浸渍有电解液的Ag粉末；其中，电解液的配方为：280g/L的硫酸镍、35g/L的氯 化镍溶液和45g/L的硼酸。
[0052] (2 )将电镀装置中的圆形阴极盘11和圆形阳极盘8分别接通电源，将浸渍有电解 液的Ag粉末放入下料斗1中，通过振动器3的振动作用，连续定量地进入小料斗7,并通过 圆形阳极盘的中心通道喂送至圆形阴极盘11的盘面上，圆形阴极盘11通过传动机构产生 相对的旋转运动，犹如磨盘磨制豆浆的运转操作，进而对圆形阴极盘11上的、同时起阴极 作用的Ag粉末进行镀Ni处理，处理后的含电镀液的复合粉末溢出并跌落于料盘9中，经小 料板10,通过料斗13,收集于受料容器14中。
[0053] 其中，电镀条件为：电压为12V和电流密度20A/dm2,电镀时间15min;圆形阴极盘 11旋转的线速度为2m/min。
[0054] (3)将处理后的含电镀液的复合粉进行水洗，然后于100°C下干燥，即可获得复合 粉末。
[0055] (4)将制得的复合粉末置于SPEX8000M型振动式球磨机中，在真空下球磨8小时， 然后在500°C的温度和60MPa的压力下热压45min，从而制得Ag-Ni基触点材料，其编号为 No. 2〇
[0056] 采用EDX法对复合粉末进行分析，本实施例中制得的复合粉末由90重量％的Ag 和10重量％的Ni组成。同时，可以看出，Ni镀层中Ni的纯度与普通平板制备的Ni的纯 度相当。表1给出了No. 2样品的组成、密度以及电阻率。
[0057] 实施例3
[0058] 本实施例用于说明Ag-Ni基触点材料及其制备方法。其中，制备Ag-Ni基触点材 料的方法包括以下步骤：
[0059] (1)将100g平均粒径为100 Um的Ag粉末浸入150ml电解液中，搅拌，并放置8~ 10min，得到浸渍有电解液的Ag粉末；其中，电解液配方为：300g/L的硫酸镍、45g/L的氯化 镍溶液和50g/L的硼酸。
[0060] (2 )将电镀装置中的圆形阴极盘11和圆形阳极盘8分别接通电源，将浸渍有电解 液的Ag粉末放入下料斗1中，通过振动器3的振动作用，连续定量地进入小料斗7,并通过 圆形阳极盘的中心通道喂送至圆形阴极盘11的盘面上，圆形阴极盘11通过传动机构产生 相对的旋转运动，犹如磨盘磨制豆浆的运转操作，进而对圆形阴极盘11上的、同时起阴极 作用的Ag粉末进行镀Ni处理，处理后的含电镀液的复合粉末溢出并跌落于料盘9中，经小 料板10,通过料斗13,收集于受料容器14中。
[0061] 其中，电镀条件为：电压为12V和电流密度40A/dm2,电镀时间30min;;圆形阴极 盘11旋转的线速度为lm/min。
[0062] (3)将处理后的含电镀液的复合粉进行水洗，然后于100°C下干燥，即可获得复合 粉末。
[0063] (4)将制得的复合粉末置于SPEX8000M型振动式球磨机中，在真空下球磨10小时， 然后在600°C的温度和50MPa的压力下热压60min，从而制得Ag-Ni基触点材料，其编号为 No. 3〇
[0064] 采用EDX法对复合粉末进行分析，本实施例中制得的复合粉末由80重量％的Ag 和20重量％的Ni组成。同时，可以看出，Ni镀层中Ni的纯度与普通平板制备的Ni的纯 度相当。表1给出了No. 3样品的组成、密度以及电阻率。
[0065]比较例1
[0066] 比较例1用于说明采用常规方法制备的Ag-Ni基触点材料及其制备方法。其中， 该方法包括：将95重量份平均粒径为50iim的Ag粉末和5重量份平均粒径为30iim的Ni 粉末置于SPEX8000M型振动式球磨机中，在真空下球磨24小时，然后在500°C下和60MPa的 压力下热压45min，从而制得Ag-Ni基触点材料，其密度和电阻率如表1所示。
[0067] 比较例2
[0068] 比较例2用于说明采用常规方法制备的Ag-Ni基触点材料及其制备方法。其中， 该方法包括：将80重量份平均粒径为50iim的Ag粉末和20重量份平均粒径为30iim的Ni 粉末置于SPEX8000M型振动式球磨机中，在真空下球磨24小时，然后在600°C下和50MPa的 压力下热压60min，从而制得Ag-Ni基触点材料，其密度和电阻率如表1所示。
[0069] 表1本发明制得的Ag-Ni基触点材料的组成、密度和电阻率
[0070]
[0071]
[0072] 注：表1中，密实度是采用样品密度与理论密度的比值表示的，S卩：密实度=样品 密度/理论密度X100%。
[0073] 从表1可以看出，本发明方法制得的Ag-Ni基触点材料具有更大的密度和更低的 电阻率，例如，实施例1制得的No. 1样品的密实度可达98%，电阻率为1. 8iiQ?cm。
[0074] 不希望受理论限制，认为本发明的制备方法采用电镀的方式对Ag粉末进行镀Ni 处理，在Ag粉末表面形成Ni镀层(其中，Ni镀层中包含纳米级Ni颗粒)，随后进行球磨和 热压处理，从而制得纳米级Ni颗粒在Ag中分布的Ag-Ni基触点材料。另一方面，本发明的 制备方法，特别是对Ag粉末的镀Ni处理和随后的球磨，有效地降低了Ag-Ni基触点材料的 孔隙率，提高了Ag-Ni基触点材料的密度，进而有利于Ag-Ni基触点材料电导率的提高(或 电阻率的降低)。
[0075] 应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一 个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说 明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以 理解的其他实施方式。
[0076] 以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。任何 本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合， 均应属于本发明保护的范围。
【主权项】
1. 一种Ag-Ni基触点材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：通过电镀对粒径为 100~300μm的Ag粉末进行镀Ni处理，制得复合粉末；和将得到的复合粉末进行球磨和 热压，制得Ag-Ni基触点材料；其中，所述Ag-Ni基触点材料包含以触点材料的重量计80~ 95重量％的Ag和以触点材料的重量计5~20%的Ni。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述Ag粉末的镀Ni处理包括： 将所述Ag粉末浸入电解液中，得到浸渍有电解液的Ag粉末；和 将所述浸渍有电解液的Ag粉末加入电镀装置中进行电镀； 其中，所述电镀装置包括从上而下平行设置的阳极盘和阴极盘，阴极盘相对于阳极盘 旋转运动，所述浸渍有电解液的Ag粉末加入到所述阳极盘和阴极盘之间，并且所述阳极盘 和所述阴极盘通过所述浸渍有电解液的Ag粉末形成通路。3. 根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述阳极盘在其中心位置设有垂直通道，所 述浸渍有电解液的Ag粉末是通过所述垂直通道加入的。4. 根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述电镀的电压为6~12V和电流密度为 20 ~40A/dm2 ; 优选地，所述阴极盘的外周旋转线速度为1~2m/min ; 优选地，所述电镀的时间为10~30min。5. 根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述电解液包括260~300g/L的硫酸镍、 35~45g/L的氯化镍溶液和40~50g/L的硼酸。6. 根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述Ag粉末与所述电解液的质量体积比以 g:ml 计为 1:1 ~I: L 5。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其中，所述球磨是在振动式球磨机进 行的。8. 根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述球磨在真空下进行6~10小时。9. 根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其中，所述热压是在50~60MPa的 压力和400~600°C的温度下进行的。
【专利摘要】本发明提供了一种Ag-Ni基触点材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：通过电镀对粒径为100～300μm的Ag粉末进行镀Ni处理，制得复合粉末；和将得到的复合粉末进行球磨和热压，制得Ag-Ni基触点材料；其中，所述Ag-Ni基触点材料包含以触点材料的重量计80～95重量%的Ag和以触点材料的重量计5～20%的Ni。本发明提供的制备方法操作简单，可控性强，利于工业化生产。
【IPC分类】H01H11/04
【公开号】CN104882314
【申请号】CN201410073492
【发明人】陈国锋, 李长鹏
【申请人】西门子公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年2月28日