稀土對電觸頭材料銀氧化錫結(jié)構(gòu)和性能的影響

電子秤是承擔(dān)著連接和分?jǐn)喙δ艿闹匾牧稀＿@是電氣產(chǎn)量中的一個(gè)容易磨損的部分。觸頭材料的失效往往會帶來災(zāi)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(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域科研工作者的當(dāng)務(wù)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(yù)氧化法、化學(xué)包覆法、化學(xué)共沉淀法、粉末燒結(jié)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(jià)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(jià)格較低。稀土具有較好的細(xì)化晶粒的作用,同時(shí)能較好地分布于銀基體中,明顯促進(jìn)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(cuò)能,在冷變形中使擴(kuò)展位錯(cuò)的交滑移更困難,位錯(cuò)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(qiáng)化了銀合金;在加熱過程中,這些第二相對晶界運(yùn)動產(chǎn)生了較強(qiáng)的阻力,使再結(jié)晶晶粒的形核和長大受到抑制,從而提高了再結(jié)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(jié)構(gòu)、力學(xué)性能以及物理性能等的影響。1實(shí)驗(yàn)部分1.1x射線衍射分析試驗(yàn)中制粉設(shè)備采用擁有自主專利權(quán)的氣水霧化制粉設(shè)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(xué))。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(hù)性氣體中于高頻爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)合金化,繼而通過坩堝底部的漏孔進(jìn)入氣水霧化裝置制得合金粉末,然后將其置于硅碳棒燒結(jié)爐中在大氣氣氛中進(jìn)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(jié)-復(fù)壓-復(fù)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(jìn)行對比。采用化學(xué)分析法測定粉末的成分組成,結(jié)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(jìn)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(jìn)粉末的內(nèi)氧化性能方面的影響。2結(jié)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(jié)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(gè)特征峰。從該粉末經(jīng)內(nèi)氧化后所做的X射線衍射結(jié)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)束溫度均下降,最大分別達(dá)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(xué)性質(zhì)很相似,常見的化學(xué)價(jià)態(tài)為+3價(jià),電負(fù)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(biāo)如表3所示。從表3可看出,其分解溫度和沸點(diǎn)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(dāng)?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(jié)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(xì)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(dǎo)率的影響稀土元素對合金電導(dǎo)率的影響如圖4所示。結(jié)果表明,稀土元素的加入使合金電導(dǎo)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(jié)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(qiáng)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(jià)格較為昂貴的、起到促進(jìn)合金內(nèi)氧化作用的金屬銦,同