热处理工艺对电接触材料Cu—Ni—X合金显微硬度和接触电阻的影响

1、.热处理工艺对电接触材料CuNiX合金显微硬度和接触电阻的影响第37卷第3期2008年5月贵州工业大学(自然科学版)JOURNALOFGUIZHOUUNIVERSI1YOFTECHNOLOGYV01.37No.3May.2008文章编号:10090193(2008)03003804NaturalScienceEdition热处理工艺对电接触材料CuNiX合金显微硬度和接触电阻的影响张晓燕,赵杰,李广宇,闫超杰,朱礼兵(贵州大学材料科学与冶金工程学院,贵州省材料结构与强度重点实验室,贵州贵阳550003)摘要:研究了一种新型CuNix合金的固溶时间,时效温度以及时效时间对该合金的硬度和接触电阻的

2、影响.结果表明,该舍金的最佳固溶处理工艺为1070×8h,并在500×4h时效条件下具有较好的综合性能,显微硬度可达到HV361,接触电阻为16mQ,可满足电触头在工作中的使用要求.关键词:铜合金;电接触材料;热处理工艺;显微硬度;接触电阻中图分类号:rGl46.1l文献标识码:AO前言目前,电接触元件制造材料主要是银基复合材料L1J.典型的材料为AgCdO,被称为万能触点-2】.但资源世界银十分有限,银基材料触头组件占去银使用总量的25%左右J.又因为AgCdO材料在使用过程中不可避免的产生”镉毒”,对人身体健康十分有害_6.J,并且使用过程中对环境造成严重污染.因此有必

3、要研制新型,廉价且无污染的无银触头材料取代传统的银基材料.众所周知,由于铜的性质与银最接近,具有良好的导电导热性,热容大,温升低,有较高的硬度,电弧燃烧侵蚀时间短,还有成本低,易于加工等特点.因此人们一致认为代替银最合适的元素是铜I6】.基于此,本试验选择了导电性能和导热性能以及抗电弧性能与银相近的铜作为基体材料,加入一定量的高熔点金属(如Ni,Mo等)以形成弥散强化相来满足电触头在工作中对接触电阻和力学性能的要求,并添加微量的稀土对合金进行微合金化,通过对新型铜基电接触材料的热处理工艺的试验数据进行研究和分析,得出了较合理的热处理工艺参数.本文主要研究了固溶时间,时效温度以及时效时间对该合金

4、显微硬度和接触电阻的影响,旨在探索研制一种在性能上与银基复合材料相近的新型铜合金电接触材料.1实验材料及方法实验用合金铜材选用铜粉和镍粉(纯度>99.7%)以及少量钴,钼等及微量的稀土元素在真空感应炉中进行熔炼,浇铸成棒材,采用石墨和玻璃的混合物作为覆盖剂以防止氧化.在差热分析仪上测定合金的相变(固溶)温度.为了探索固溶,时效工艺对该合金显微硬度和接触电阻的影响,先对合金的固溶时间进行试验优化,通过差热分析测得该合金固溶温度为1070c【=.选择固溶时间为6h,7h,8h,9h,10h,选400,450,500c【=,550c【=,600c【=五个时效温度,时效时间为1h.固溶时

5、间优化后,在450c【=,480c【=,500c【=,550c【=四个时效温度下进行不同时效时间的时效实验,时间取25h.固溶,时效热处理均在KSY一6D一16高温箱式热处理炉中进行,在HVS一1000显微硬度仪上测量显微硬度,用SB2230直流数字电阻仪测量其接触电阻.金相组织用3%FeCI,+10%HCI进行侵蚀,在OLYMPUS收稿日期:20071105基金项目:贵州贵阳市工业项目(2006161).作者简介:张晓燕(1960一),女,贵州贵阳人,教授,主要从事教学和新材料的研究和应用第3期张晓燕,等:热处理工艺对电接触材料CuNiX合金显微硬度和接触电阻的影响39PMG3型金相显微镜上

6、进行观察.2实验结果与讨论¨O(a)时效温度()¨O(b)时效温度()图1固溶时间及时效温度对合金显微硬度(a)和接触电阻(b)的影响2.1固溶时间和时效温度对合金显微硬度和接触电阻的影响不同固溶时间及时效温度下合金的显微硬度和接触电阻见图1.图2为在1070经不同固溶时间试样的金相组织,随着固溶时间的升高,合金相由铸态下的长枝状逐渐变成短杆状,固溶时间8h时,合金相充分溶解到铜基体中,形成单一的固溶体,固溶时间为10h时,合金试样产生了过烧现象.图1(a)为显微硬度的变化趋势图,不同固溶时间合金试样的显微硬度呈现先上升后下降的趋势,其中8h固溶试样经过5o0时效后的显微硬

7、度最高.随着时效温度的升高,镍等合金原子的扩散能力与扩散速度增大,在一定时间内第二相粒子的析出量越多,强化作用越大,表现为试样的显微硬度逐渐升高.随着固溶体过饱和度的减小,在某一温度时,满足在给定时间内第二相粒子的析出与在此温度下合金元素的过饱和量恰好相等,即第二相粒子刚好完全析出,此时对应的硬度达到最大值.当时效温度继续升高时,虽然合金元素的扩散足以使过饱和的第二相粒子全部析出.但合金元素的过饱和度却越来越小,即提供析出的过饱和合金元素会越来越少,对应的强化作用也就越来越小,合金逐渐过时效,显微硬度开始下降.图I(b)为接触电阻的变化趋势图,由图可知,固溶8h,并经过5o0时效后,显微硬度值

8、最高的试样表现出较低的接触电阻.同时随着时效温度的升高,合金的接触电阻先升高后降低,在时效初期,由于析出相的数量少且间距较大,所以对接触电阻起主要作用的是过饱和固溶体的分解,从而使接触电阻下降,当合金过时效时,基体晶格畸变和晶体缺陷的密度增加,对自由电子散射作用增强,合金的接触电阻开始增大J.2.2时效时间和温度对合金硬度和接触电阻的影响经1070×8h固溶热处理后,分别在450,480,5o0,550四个温度进行时效实验,图3为时效时间和时效温度对合金显微硬度及接触电阻的影响关系曲线,图3(a)表明不同时效温度下,随着时效时间的增加,合金的显微硬度都是先上升后下降,时效初期硬度曲线

9、上升的原因是产生硬化时效阶段,析出物的密度持续增加,所产生的弹性应力场所引起的化学硬化和对位错的阻碍作用较大,而析出物主要为NiTi等硬质微粒,由于析出物密度的增加,位错包围析出物微粒而后挤压绕过的临界切应力增大,引起硬度和强度的升高.由于5o0,4h时效析出相细小弥散,使得铜基合金材料的显微硬度达到最大值,为HV361.但当时效时间过长时,析出物微粒聚集粗化,间距增大强化效果减弱,合金逐渐过时效,显微硬度曲线开始下降.图3(b)是不同时效温度下,时效时间与接触电阻的曲线关系,从组织的角度分析,接触电阻(电气寿命)则主要与基体的晶格完整性有关l9J,经10708h水淬固溶处理后图2(e),固溶

10、态的溶质原子充分溶解,获得单一的固溶体;时效处理能使合金材料中的第二相依附基体晶体缺陷上弥散析出,固溶的溶质原子减少.这样固溶体基体晶格畸变和晶体缺陷的密度减小,从而对自由电子的散射作用效应减少,才使得合金材料接触电阻继续下降.从图3(b)还可以看出,虽然在不同时效温度和实效时效时间下合金的接触电阻在变化,但其值均小于30mQ,变化不大,表现稳定,可以满足电触头在工作状态下对接触电阻的要求,使得此新型铜基合金电接触材料的接触电阻和显微硬度达到良好的匹配,这种热处理工艺有望使此功能材料获得替代银氧化镉的实际应用.第3期张晓燕,等:热处理工艺对电接触材料CuNix合金显微硬度和接触电阻的影响Eff

11、ectofHeatTreatmentonMicrohardnessandContactresistanceofCuNiXAIloyZHANGXiaoYan,ZHAOJie,LIGuangyu,YANChao-jie,ZHULibing(SchoolofMaterialsScienceandMetallurgicalEngineering,GuizhouKeyLaboratoryforMechanicalBehaviorandMicro-structureofMaterials,GuizhouUniversity,Guiyang550003,China)Abstract:Thehardnessa

12、ndcontactresistanceforanewkindofCuNiXalloyhavebeenmeasuredbymeasuringitssolutionheattreatmenttimeandageingheattreatmenttemperatureandageingheattreatmenttime.Theresultsshowthatundersolutionheattreatmentat1070×8h.andagoodcomprehensivepropertiescanbeobtainedundertheageingheattreatmentat500oC×

13、4h.Itsmierohardnesscanreachto361HV,andContactresistanceto16mQ,meetingtheservicedemands.Keywords:Cuauoy;electriccontactmaterial;heattreatment;mierohardness;contactresistance(上接34页)CoalandGasOutburstLawAnalysisofaCoalMineinGuizhouAbstract:takingLIAOZhi-heng(MiningCollege,GuizhouUniversity,Guiyang55000

14、3,China)coalandgasoutburstofacoalmineinGuizhouinrecentyearsasanexample,thetypeandintensityfeaturesofcoalandgasoutburstinthecoalminewerepointedoutanditsimpactwasanalyzed.Thelawofcoalandgasoutburstintheminewasobtained.Keywords:coalandgasoutburst;gasemission;miningdepth;gaspresse;geologicalstructure(上接37页)StudyonCorrosionMechanismoftheHeatExchangerintheExtractionIodineProcessYANGSank0(WengfuGroupCo.,Ltd.,Fuquan550501,China)Abstract:Thecorrosionofheatexchang