稀土对电触头材料银氧化锡结构和性能的影响

稀土对电触头材料银氧化锡结构和性能的影响

电子秤是承担着连接和分断功能的重要元件材料。这是电气产量中的一个容易磨损的部分。触头材料的失效往往会带来灾难性的后果。研发新型、性能优越、环保型的电触头材料已成为当前相关领域科研工作者的当务之急。AgSnO2作为AgCdO的替代材料已经被许多人所研究,其制备方法主要有合金内氧化法、合金粉末预氧化法、化学包覆法、化学共沉淀法、粉末烧结法等,其中粉末冶金法用得比较多,在粉末冶金中合金粉末的内氧化往往比较困难[5~6]。因此有人在其中添加In等元素[7~8],但是In的价格较高且稀少,势必带来成本的增加。我国的稀土资源储藏量较大,价格较低。稀土具有较好的细化晶粒的作用,同时能较好地分布于银基体中,明显促进合金的内氧化;另外稀土氧化物具有较高的分解温度(>2000℃),且悬浮在银熔池中增大其粘度,减少银的侵蚀和迁移。银合金加入稀土后其硬化效果明显,这是由于稀土降低了银的层错能,在冷变形中使扩展位错的交滑移更困难,位错密度提高,且稀土元素偏聚在晶界附近,形成了稳定分散的第二相也强化了银合金;在加热过程中,这些第二相对晶界运动产生了较强的阻力,使再结晶晶粒的形核和长大受到抑制,从而提高了再结晶温度,使触头材料的抗熔焊性、耐电弧烧损性增加。作者研究了稀土元素(La、Ce、Y)对银氧化锡的内氧化性能、组织结构、力学性能以及物理性能等的影响。1实验部分1.1x射线衍射分析试验中制粉设备采用拥有自主专利权的气水雾化制粉设备;X射线衍射分析采用D/MAX-RC型分析仪;热重-差热分析采用ThermoFlex(日本理学)。1.2含量稳定的含量采用气水雾化法制备合金粉末。将纯度>99.95%的原料(Ag、Sn、RE)按合金成份(表1)配制,并在保护性气体中于高频炉内实现合金化,继而通过坩埚底部的漏孔进入气水雾化装置制得合金粉末,然后将其置于硅碳棒烧结炉中在大气气氛中进行粉末内氧化。最后,将经过内氧化的粉末采用普通粉末冶金的办法,经过成型-烧结-复压-复烧制得坯体。1.3x射线衍射分析用金相显微镜观察合金坯体的显微组织,并对加入与未加稀土元素的试样进行对比。采用化学分析法测定粉末的成分组成,结果显示与名义成分相符。对未经内氧化和经内氧化的合金粉末进行X射线衍射分析。采用热重-差热分析确定稀土元素在促进粉末的内氧化性能方面的影响。2结果与分析2.1ag-sn-re的表征由相图可知,Sn在Ag中的固溶度≈10%,在稀土中≈1%。X射线衍射结果表明(图1),未经内氧化的Ag-Sn-RE形成了固溶合金,见到Ag的6个特征峰。从该粉末经内氧化后所做的X射线衍射结果中可见到Ag与SnO2特征峰的出现,表明Ag-Sn合金中的Sn已发生氧化,形成SnO2。2.2稀土氧化物的热重-差热分析实验结果如表2所示。从表2可看出,加入稀土元素各粉末试样的内氧化开始及结束温度均下降,最大分别达60℃和30℃,合金粉末的氧化性能得到显著提高。这是由于稀土的化学性质很相似,常见的化学价态为+3价,电负性很低,极容易与氧形成稳定的化合物。典型稀土氧化物的热重-差热分析基本性能指标如表3所示。从表3可看出,其分解温度和沸点均较高,因此该典型稀土氧化物均较为稳定。2.3试样密度和金相组织将4种合金粉末在适当的温度下于大气中氧化后得到Ag-SnO2-RE2O3合金粉末,再采用粉末冶金工艺,制得坯体;测量最终试样的密度,结果显示相对密度均>98%。试样的金相组织如图3所示。发现加入稀土元素的材料晶粒明显细化,稀土及其氧化物沿晶界及晶内均匀分布。2.4稀土元素对合金电导率的影响稀土元素对合金电导率的影响如图4所示。结果表明,稀土元素的加入使合金电导率有所下降,2#合金下降较小,约为1.4%;3#、4#合金下降较大,分别约为10%、20%。2.5稀土元素对材料硬度的影响通过粉末冶金法制得的试样的相对密度>98%,经过30%变形后再于600℃退火1h测量其硬度,结果见表4。从表4可知,加入稀土元素增大了试样的硬度,可见稀土元素对材料起到了一定的强化作用;但其为脆性相有可能带来加工性能的下降,其中4#试样有多处开裂。3氧化剂及晶粒稀土元素的加入能够对银氧化锡电触头材料起到如下作用:(1)替代价格较为昂贵的、起到促进合金内氧化作用的金属铟,同