專利名稱：Ni金屬粒子分散型Ag－Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料及使用該材料的繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)提高交流通用繼電器耐久性的發(fā)明，特別是有關(guān)AC100～250V范圍內(nèi)、1～20A左右的電阻負(fù)載用的交流通用繼電器中，比現(xiàn)有Ag-Cd0系開關(guān)觸點(diǎn)材料具有更優(yōu)異耐久性的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料及使用該材料的繼電器。
背景技術(shù)：
依靠機(jī)械開關(guān)操作進(jìn)行電氣開關(guān)的開關(guān)部分中使用的電氣接觸元件，一般稱為電觸點(diǎn)。該電觸點(diǎn)的必要條件是通過金屬與金屬的接觸能順利地傳輸流經(jīng)觸點(diǎn)的電流和信號(hào)，切斷時(shí)能順利地?cái)嚅_。
從常識(shí)可知，電觸點(diǎn)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但在觸點(diǎn)表面往往產(chǎn)生種種物理現(xiàn)象或化學(xué)現(xiàn)象。例如吸附、氧化、硫化、有機(jī)化合物合成，甚至出現(xiàn)伴隨放電的熔融、蒸發(fā)、消耗、轉(zhuǎn)移等等，這些現(xiàn)象非常復(fù)雜，在學(xué)術(shù)上尚有許多未探明的部分，而且有很多地方是決定電觸點(diǎn)材料質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。
如果這些現(xiàn)象發(fā)生，電觸點(diǎn)的接觸性能便受到損害，因情況而異，或接觸功能停止(例如，熔焊)，或限制了接入電觸點(diǎn)的電氣產(chǎn)品等的性能和壽命。這就意味著，電觸點(diǎn)是限制電氣產(chǎn)品等壽命和性能的重要元件之一。
近年來，隨著電子、電工學(xué)技術(shù)的顯著進(jìn)展，電觸點(diǎn)的使用范圍覆蓋了從電信電話和各種電子儀器的弱電領(lǐng)域到切斷大電流的電器等強(qiáng)電領(lǐng)域。因此，要求的功能千差萬別。具有適合于使用目的特性的電觸點(diǎn)的開發(fā)進(jìn)展很快，供給市場的產(chǎn)品種類繁多。
現(xiàn)就在這樣的電觸點(diǎn)中，作為本發(fā)明課題的交流通用繼電器和開關(guān)，進(jìn)行現(xiàn)有一般性技術(shù)常識(shí)介紹如下。也就是說，裝于繼電器和開關(guān)中的電氣接觸元件，一般稱作開關(guān)觸點(diǎn)，此開關(guān)觸點(diǎn)所用的電觸點(diǎn)材料，特別要求有維持穩(wěn)定開關(guān)機(jī)理的耐消耗性、耐轉(zhuǎn)移性和維持穩(wěn)定接觸狀態(tài)的低接觸電阻性。
交流通用繼電器等所用的早為人知的材料有Ag-CdO系(由10～15重量％的CdO、余量為Ag構(gòu)成的合金)等開關(guān)觸點(diǎn)材料。
這些開關(guān)觸點(diǎn)材料雖然有的是單獨(dú)直接使用，但是使用較多的卻是加工成層壓在襯底層Cu或Cu合金上的兩層到三層的金屬包層鉚接觸點(diǎn)，或者加工成層壓在襯底層Cu或Cu合金上的兩層到五層的金屬包層交叉觸點(diǎn)等。這種金屬包層鉚接觸點(diǎn)和金屬包層交叉觸點(diǎn)，組裝在繼電器中使用。這種繼電器通過以直流、交流、脈沖等形式施加的電信號(hào)，產(chǎn)生線圈磁通，依靠該磁力吸引銜鐵，通過銜鐵的動(dòng)作使電觸點(diǎn)接通或閉合。
現(xiàn)有的這種Ag-CdO系開關(guān)觸點(diǎn)材料，對(duì)于AC100V～250V之間的交流負(fù)載，在耐消耗性、耐轉(zhuǎn)移性和低接觸電阻性方面已能滿足實(shí)用程度的要求，但是一般認(rèn)為還存在以下新問題。
首先，現(xiàn)有開關(guān)觸點(diǎn)材料不是能適應(yīng)小型化要求的材料。隨著家電產(chǎn)品的功能及性能的提高，裝入的電氣零件量不斷增加，而且零件本身的小型化也在發(fā)展。因此，從成本方面考慮，也希望繼電器和開關(guān)自身能小型化，但現(xiàn)有開關(guān)觸點(diǎn)材料，都不可能適應(yīng)小型化的要求。
也就是說，如果為了追求繼電器的小型化而縮小開關(guān)觸點(diǎn)材料的體積，則通斷時(shí)的單位體積做功量將大大增加，其結(jié)果，在現(xiàn)有材料情況下，材料自身的消耗加快，并導(dǎo)致故障早期發(fā)生。
發(fā)明的揭示本發(fā)明是以上述情況為背景做出的。本發(fā)明提供一種開關(guān)觸點(diǎn)材料，用它做交流通用繼電器可達(dá)到比現(xiàn)有Ag-CdO系產(chǎn)品消耗少、體積小而且壽命長的目的。
為了解決上述問題，本發(fā)明者反復(fù)銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了如下所述的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料。該觸點(diǎn)材料用于通過機(jī)械性開關(guān)操作進(jìn)行電氣開關(guān)的開關(guān)部分，其特征是，將3.1～20.0重量％的Ni粉、作為添加物按金屬換算相當(dāng)于0.01～0.50重量％Li的Li2CO3粉末和余量為Ag粉的三種粉體混合攪拌，形成均勻分散的混合物，再將該混合物進(jìn)行成形處理及燒結(jié)處理即可制得上述觸點(diǎn)材料。
本發(fā)明的開關(guān)觸點(diǎn)材料，系在Ag基體中分散Ni金屬粒子，再分散Li2CO3，從而形成Ag-Ni系合金。根據(jù)本發(fā)明的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料，即便開關(guān)觸點(diǎn)材料自身的體積減小，對(duì)于AC100V～250V、1～20A范圍的交流負(fù)載，在耐消耗性、耐轉(zhuǎn)移性和低接觸電阻性方面也能夠滿足實(shí)用程度的要求，并能長期使用，也即可實(shí)現(xiàn)長壽命化。
本發(fā)明的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料中的Ni，在Ag基體中以Ni金屬粒子的形式存在，它有助于在AC100V～250V、1～20A范圍內(nèi)交流通用繼電器中使用時(shí)提高耐消耗性。該Ni量如不足3.1重量％，則作為交流通用繼電器很難維持實(shí)用水平的耐消耗性；如超過20.0重量％，則會(huì)產(chǎn)生接觸電阻穩(wěn)定性下降以及加工性能劣化等觸點(diǎn)制造上的問題。在使用交流通用繼電器的情況下，本發(fā)明的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料中的Ni粉，控制在為8.0～15.0重量％最為合適。
Li2CO3也與Ni金屬粒子同樣，在Ag基體中以粒子的形式存在，用于AC100V～250V、1～20A范圍的交流通用繼電器時(shí)，與現(xiàn)有的CdO顯示同樣的滅弧作用，有助于提高耐消耗性。但是，如果換算成金屬Li的量低于0.01重量％的話，則看不到Li2CO3的效果；如果超過0.50重量％，則會(huì)導(dǎo)致接觸電阻的穩(wěn)定性下降，與此同時(shí)，作為材料的燒結(jié)性能下降，難以制造。用于交流通用繼電器的情況下，Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料中的Li2CO3粉，換算成金屬Li的量，以0.05～0.2重量％為最佳。
如果使用本發(fā)明有關(guān)的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料做成繼電器，可以實(shí)現(xiàn)繼電器的小型化，同時(shí)可對(duì)AC100V～250V、1～20A范圍的交流負(fù)載，在其耐消耗性、耐轉(zhuǎn)移性和低接觸電阻性方面能夠滿足實(shí)用程度的要求，并能長期使用，也即可實(shí)現(xiàn)長壽命化。
對(duì)附圖的簡單說明

圖1是將由耐久試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)畫在韋佰爾概率紙上得到的結(jié)果。
圖2是表示根據(jù)ASTM試驗(yàn)得到的耐消耗性檢測結(jié)果。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式在此，根據(jù)下述的實(shí)施例說明本發(fā)明的一種實(shí)施方式。表1中記載的實(shí)施例1是本發(fā)明的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料，現(xiàn)有例1是現(xiàn)有的Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料，還有一個(gè)比較例1，是主要用于通用繼電器的開關(guān)觸點(diǎn)材料。


實(shí)施例1的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料的制法如下把10.0重量％的Ni粉和作為添加物按金屬換算、相當(dāng)于0.1重量％Li的Li2CO3粉末和余量為Ag粉三種粉體組成的混合物，置于球磨機(jī)內(nèi)攪拌4小時(shí)，使粉末混合物均勻，然后把該混合物裝于圓筒狀容器內(nèi)，從圓柱的長邊方向施加壓力，形成圓柱狀的粉末成形體。繼續(xù)壓縮加工，在1123K(850℃)下進(jìn)行4小時(shí)的燒結(jié)處理。該壓縮加工和燒結(jié)處理重復(fù)進(jìn)行4次。經(jīng)壓縮加工和燒結(jié)處理后的坯段，通過熱壓擠出，加工成直徑為6.0mm的線材。繼續(xù)進(jìn)行拉絲加工形成直徑為2.3mm的線材。接著把這個(gè)直徑為2.3mm的線材，使用鐓鍛機(jī)制成頭徑為3.5mm、頭厚為1mm的鉚接觸點(diǎn)。
現(xiàn)有例1，除了添加Li2CO3以外，采用與實(shí)施例1相同的工藝，制做鉚接觸點(diǎn)。
另一方面，比較例1是現(xiàn)在主要使用的通用繼電器用的開關(guān)觸點(diǎn)材料，它是用所謂內(nèi)部氧化法制得的，再用它制造線材，然后與實(shí)施例1和現(xiàn)有例1同樣，通過鐓鍛機(jī)制成頭徑為3.5mm、頭厚為1mm的鉚接觸點(diǎn)。
把各個(gè)鉚接觸點(diǎn)裝入交流通用繼電器中，按表2所示條件進(jìn)行了耐久試驗(yàn)。此耐久試驗(yàn)使用了5臺(tái)以上的繼電器，各繼電器發(fā)生故障時(shí)的耐久壽命開關(guān)次數(shù)示于表3，各自的結(jié)果畫在韋佰爾概率紙上，示于圖1中。另外，表4列示了從韋佰爾概率紙讀出的特性壽命值、m值以及累積故障率5％下的開關(guān)次數(shù)。




從表3所示耐久試驗(yàn)結(jié)果確認(rèn)本實(shí)施例1的Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料在AC250V、10A的電阻負(fù)載下，顯示90萬次以上的耐久壽命。另外，在現(xiàn)有例1的情況下，最初的第一臺(tái)在達(dá)到約20萬次開關(guān)次數(shù)時(shí)發(fā)生故障，確認(rèn)了本發(fā)明所示Li2CO3的添加效果。另一方面，在比較例1的情況下，最初的第一臺(tái)在達(dá)到64萬次開關(guān)次數(shù)時(shí)發(fā)生故障，由此確認(rèn)實(shí)施例1在交流通用領(lǐng)域，比現(xiàn)在正作為標(biāo)準(zhǔn)的比較例1耐久壽命更長，性能也更加優(yōu)異。
另外，比較從表4所示從韋佰爾概率紙讀取的各項(xiàng)數(shù)據(jù)得知，特性壽命值和m值，都以實(shí)施例1為大，壽命特性好，故障發(fā)生的情況一致，不分散，很穩(wěn)定。另外還得知，累積故障率5％下的開關(guān)次數(shù)，實(shí)施例1表現(xiàn)最大值，在實(shí)用上具有優(yōu)異的耐久性。
其次，說明用ASTM試驗(yàn)檢測耐消耗性的結(jié)果。進(jìn)行該ASTM試驗(yàn)時(shí)，使用上述鉚接觸點(diǎn)，按表5所示條件進(jìn)行開關(guān)操作之后，把測得的觸點(diǎn)重量的減少量作為消耗量。其結(jié)果如圖2所示。


如圖5所示，實(shí)施例的消耗量，平均為0.620mg，另一方面，現(xiàn)有例1的消耗量平均為0.846mg，比較例1的消耗量平均為0.894mg。顯然可以確認(rèn)實(shí)施例1的耐消耗性最好。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明相關(guān)的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料，在交流通用繼電器的電阻負(fù)載中可以看到耐久性有了前所未有的提高，能夠大幅度地延長交流通用繼電器的壽命。這一成果還能適應(yīng)今后交流通用繼電器更進(jìn)一步的小型化和長壽命的要求。
權(quán)利要求
1.一種Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料，所述Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料用于通過機(jī)械性開關(guān)操作進(jìn)行電氣開關(guān)的開關(guān)部分，其特征在于，把3.1～20.0重量％的Ni粉、作為添加物按金屬換算相當(dāng)于0.01～0.50重量％Li的Li2CO3粉末和余量為Ag粉的三種粉體混合攪拌，形成均勻分散的混合物，再將該混合物進(jìn)行成形處理及燒結(jié)處理而制得。
2.一種繼電器，其特征在于，使用了權(quán)利要求1所述的Ni金屬粒子分散型Ag-Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種開關(guān)觸點(diǎn)材料,它用于AC100～250V范圍內(nèi)、1～20A左右的電阻負(fù)載用交流通用繼電器中,比現(xiàn)有Ag－CdO系材料消耗少、體積小而且壽命長。本發(fā)明的Ni金屬粒子分散型Ag－Ni系合金開關(guān)觸點(diǎn)材料用于通過機(jī)械性開關(guān)操作進(jìn)行電氣開關(guān)的開關(guān)部分,將3.1～20.0重量%的Ni粉、作為添加物按金屬換算相當(dāng)于0.01～0.50重量%Li的Li
文檔編號(hào)C22C1/04GK1386138SQ01802091
公開日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2001年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月21日
發(fā)明者坂口理, 種市健吾, 山本俊哉 申請(qǐng)人:田中貴金屬工業(yè)株式會(huì)社