稀土對電觸頭材料銀氧化錫結構和性能的影響

稀土對電觸頭材料銀氧化錫結構和性能的影響

電子秤是承擔著連接和分斷功能的重要元件材料。這是電氣產(chǎn)量中的一個容易磨損的部分。觸頭材料的失效往往會帶來災難性的后果。研發(fā)新型、性能優(yōu)越、環(huán)保型的電觸頭材料已成為當前相關領域科研工作者的當務之急。AgSnO2作為AgCdO的替代材料已經(jīng)被許多人所研究,其制備方法主要有合金內(nèi)氧化法、合金粉末預氧化法、化學包覆法、化學共沉淀法、粉末燒結法等,其中粉末冶金法用得比較多,在粉末冶金中合金粉末的內(nèi)氧化往往比較困難[5~6]。因此有人在其中添加In等元素[7~8],但是In的價格較高且稀少,勢必帶來成本的增加。我國的稀土資源儲藏量較大,價格較低。稀土具有較好的細化晶粒的作用,同時能較好地分布于銀基體中,明顯促進合金的內(nèi)氧化;另外稀土氧化物具有較高的分解溫度(>2000℃),且懸浮在銀熔池中增大其粘度,減少銀的侵蝕和遷移。銀合金加入稀土后其硬化效果明顯,這是由于稀土降低了銀的層錯能,在冷變形中使擴展位錯的交滑移更困難,位錯密度提高,且稀土元素偏聚在晶界附近,形成了穩(wěn)定分散的第二相也強化了銀合金;在加熱過程中,這些第二相對晶界運動產(chǎn)生了較強的阻力,使再結晶晶粒的形核和長大受到抑制,從而提高了再結晶溫度,使觸頭材料的抗熔焊性、耐電弧燒損性增加。作者研究了稀土元素(La、Ce、Y)對銀氧化錫的內(nèi)氧化性能、組織結構、力學性能以及物理性能等的影響。1實驗部分1.1x射線衍射分析試驗中制粉設備采用擁有自主專利權的氣水霧化制粉設備;X射線衍射分析采用D/MAX-RC型分析儀;熱重-差熱分析采用ThermoFlex(日本理學)。1.2含量穩(wěn)定的含量采用氣水霧化法制備合金粉末。將純度>99.95%的原料(Ag、Sn、RE)按合金成份(表1)配制,并在保護性氣體中于高頻爐內(nèi)實現(xiàn)合金化,繼而通過坩堝底部的漏孔進入氣水霧化裝置制得合金粉末,然后將其置于硅碳棒燒結爐中在大氣氣氛中進行粉末內(nèi)氧化。最后,將經(jīng)過內(nèi)氧化的粉末采用普通粉末冶金的辦法,經(jīng)過成型-燒結-復壓-復燒制得坯體。1.3x射線衍射分析用金相顯微鏡觀察合金坯體的顯微組織,并對加入與未加稀土元素的試樣進行對比。采用化學分析法測定粉末的成分組成,結果顯示與名義成分相符。對未經(jīng)內(nèi)氧化和經(jīng)內(nèi)氧化的合金粉末進行X射線衍射分析。采用熱重-差熱分析確定稀土元素在促進粉末的內(nèi)氧化性能方面的影響。2結果與分析2.1ag-sn-re的表征由相圖可知,Sn在Ag中的固溶度≈10%,在稀土中≈1%。X射線衍射結果表明(圖1),未經(jīng)內(nèi)氧化的Ag-Sn-RE形成了固溶合金,見到Ag的6個特征峰。從該粉末經(jīng)內(nèi)氧化后所做的X射線衍射結果中可見到Ag與SnO2特征峰的出現(xiàn),表明Ag-Sn合金中的Sn已發(fā)生氧化,形成SnO2。2.2稀土氧化物的熱重-差熱分析實驗結果如表2所示。從表2可看出,加入稀土元素各粉末試樣的內(nèi)氧化開始及結束溫度均下降,最大分別達60℃和30℃,合金粉末的氧化性能得到顯著提高。這是由于稀土的化學性質(zhì)很相似,常見的化學價態(tài)為+3價,電負性很低,極容易與氧形成穩(wěn)定的化合物。典型稀土氧化物的熱重-差熱分析基本性能指標如表3所示。從表3可看出,其分解溫度和沸點均較高,因此該典型稀土氧化物均較為穩(wěn)定。2.3試樣密度和金相組織將4種合金粉末在適當?shù)臏囟认掠诖髿庵醒趸蟮玫紸g-SnO2-RE2O3合金粉末,再采用粉末冶金工藝,制得坯體;測量最終試樣的密度,結果顯示相對密度均>98%。試樣的金相組織如圖3所示。發(fā)現(xiàn)加入稀土元素的材料晶粒明顯細化,稀土及其氧化物沿晶界及晶內(nèi)均勻分布。2.4稀土元素對合金電導率的影響稀土元素對合金電導率的影響如圖4所示。結果表明,稀土元素的加入使合金電導率有所下降,2#合金下降較小,約為1.4%;3#、4#合金下降較大,分別約為10%、20%。2.5稀土元素對材料硬度的影響通過粉末冶金法制得的試樣的相對密度>98%,經(jīng)過30%變形后再于600℃退火1h測量其硬度,結果見表4。從表4可知,加入稀土元素增大了試樣的硬度,可見稀土元素對材料起到了一定的強化作用;但其為脆性相有可能帶來加工性能的下降,其中4#試樣有多處開裂。3氧化劑及晶粒稀土元素的加入能夠?qū)︺y氧化錫電觸頭材料起到如下作用:(1)替代價格較為昂貴的、起到促進合金內(nèi)氧化作用的金屬銦,同