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烧结工艺对银镍触头组织结构和性能的影响银镍合金触头材料具有接触电阻低，温升低，加工性能好，环保等优点，广泛运用于通信继电器，温控器，保护开关等低压电器中，在日益提倡绿色环保理念和贵金属资源日趋紧张的背景下，如何提高银镍合金触头材料的各项使用性能成为行业研究开发热点。
本文选择开关行业使用最多的银镍15/铜复合电触点为研究对象，探讨银镍15材料加工过程中烧结温度和保温时间对材料组织和线材镦制加工性能的影响。
2 实验2.1线材制作使用150目雾化银粉和300目电解镍粉，按Ag：Ni=85%：15%比例混合后，按以下流程制备银镍15/铜复合电触点。
其中烧结是指：粉末压胚在低于主要组分熔点温度下的热处理，目的是通过颗粒间的冶金结合以提高强度。
本项研究过程中的烧结分为高温烧结和中高温烧结，高温烧结为分解氨气氛保护下400摄氏度保温1小时后，升温至600摄氏度保温1小时，升温至800摄氏度保温1小时后，升温至930摄氏度保温2小时结束（简述为400℃/1H+600℃/1H+800℃/1H+930℃/2H）；中高温烧结为分解氨气氛保护下400摄氏度保温1小时后，升温至850摄氏度保温3小时结束（简述为400℃/1H+850℃/3H）2.2 合金组织结构观察和物理性能测试按GB/T8633-2013？铆钉型电触头用线材技术条件？标准对触头各项物理性能进行检测；采用南京光学仪器厂生产的MR-5000金相显微镜观察触点剖面；广州试验仪器厂生产的电动材料试验机检测抗拉强度和延伸率；上海天平仪器厂生产的光电分析天平检测密度；常州同慧电子生产的高灵敏度电阻测试仪检测电阻率；采用日本JEOL公司生产的JSM-2300型扫描电镜观察合金组织结构和成分分析。
2.3 线材镦制加工性能测试按特定规格镦制触点，验证材料冷镦加工性能。
触点规格：3.0*0.6（0.15）+1.5*1.1R10.3 结果与分析3.1 物理性能分析高温烧结和中高温结后合金线材退火态的物理性能见表1，可以看出，经过高温烧结后，材料密度有适当提高，电阻率轻微下降，反映出高温烧结能弥合材料中的孔隙，提高材料致密度，进而降低材料电阻。
电工电气 (2009 No.10)作者简介：王文(1965- )，男，工程师，本科，从事低压电器产品研发工作。
为了满足低压电器产品的应用要求，触头工作性能应具有如下的特性：尽可能高的电导率与热导率；高的再结晶温度、熔化温度、沸点温度、熔化潜热、气化潜热、电子逸出功和游离电位；适当高的密度、硬度和弹性；尽量小的蒸气压力、摩擦系数、热电势、汤姆逊系数、液态金属浸润角、表面膜隧道电阻以及与周围介质某种成分的化学亲合力。
但到目前为止，在低压电器产品中实际应用的银合金触头都不能完全满足以上所有的要求。
在实际应用的场合中通常选用的银合金触头材料有AgNi、AgCdO、AgSnO 2、AgW、AgC、AgWC。
1 银合金触头材料的特性目前低压电器产品中用的银合金触头材料主要考虑以下四个方面：高的电导率；良好的电弧开断性能；较高的抗熔焊性能；较低的表面接触电阻。
1.1 AgNi合金触头材料的特性银合金触头材料在低压电器产品中的应用王文(苏州光威电器有限公司，江苏 苏州 215144)Abstract: Induction was made to several often used alloy contacts in contactors, switches and circuit-breakers etc low-voltage electrical ap-paratus products, and their performance, characteristics. Analysis was made to the differences of theses electrical apparatus products adopting different contact materials such as silver-nickel alloy, silver-graphite alloy, silver-tungsten alloy, silver-cadmium oxide alloy, silver-tin oxide al-loy etc. According to years of practical working experience, summary was made to the application and selection for different contact materials. Key words: low-voltage electrical apparatus; silver alloy contact; characteristic; applicationWANG Wen（Suzhou Guangwei Electrical Appliance Co.,Ltd, Suzhou 215144, China ）Application of Silver Alloy Contact Material in Low-VoltageElectrical Apparatus ProductAgNi合金触头有一特性是在温度极高时，两共存熔体的互相溶解度增加，使AgNi合金材料的镍颗粒形成均匀弥散分布，并大量熔解和弧根处产生的银熔成一体。
制造工艺与添加物对银金属氧化物触头材料运行性能的影响与作用(430074) 华中理工大学程礼椿李震彪邹积岩摘要银金属氧化物触头材料是现代低压电器广泛采用、消耗量极大的一类材料。
其中制造工艺和添加物对这类触头材料的运行特性起着十分关键的作用。
本文从触头的工作状态问题和要求出发。
引用国外有关研究结果和资料，对银金属氧化物的运行特性、制造工艺、添加物的作用和材料的应用等进行论述。
叙词：工艺添加物银金属氧化物触头材料运行性能一、序言银金属氧化物触头材料早在本世纪20年代就有人提出过设想，不过由于当时制造技术上的困难,只能做出合金,例如AgCd合金在开关上实际使用。
由于开关操作时触头与空气中的氧作用，在AgCd触头的表面形成AgCdO，使开关性能明显提高，因而促使了AgCdO材料的开发，经过一段漫长时间的努力，直到50年代才成功地制造出AgCdO材料来。
此后，由于试验测量技术的进步,工艺方法的不断完善和更新，到60至70年代以后，经过改进和优化的AgCdO材料和制造工艺才告成熟，并进入大量实际应用。
由于AgCdO料中的Cd具有毒性，材料制造部门和使用部门都强烈要求研制新的无毒材料以取代AgCdO。
经过近十多年来的大量研究和实际运行表明，AgSnO2是一种最有希望能取代AgCdO无毒材料。
目前，国内有的电工台金厂和触头材料研究单位除生产传统的AgCdO材料外，也已开始生产AgSnO，提供开关厂使用，甚至还有某些私营和个体单位也企图生产这类材料。
众所周知，不论是在国外还是在国内，触头材料制造技术都有很高的保密性，尤其是工艺方法和添加物，是其中的“诀窍”，掌握诀窍的制造者决不轻易“泄露机密”。
为了帮助国内触头材料制造部门和有关技术人员了解和掌握工艺方法与添加物对银金属氧化物触头材料运行性能的影响和作用，特引用国外的有关研究报告和资料进行论述。
二、触头的工作状态、问题和要求低压开关电器的先进性以它的可靠性高、工作寿命长为主要标志。
银触点材质报告概述银触点是电气元件中常用的触点材质之一，它具有良好的导电性能、耐腐蚀性和可靠的接触特性，被广泛应用于各种电器设备中。
本文将介绍银触点的特性、制备工艺、应用范围以及优缺点。
特性导电性能优异银是一种优良的导电材料，其电导率为6.3×10^7 S/m，远远高于铁、铜等常见金属材料。
银触点具有低电阻和低接触电压降的特点，能够实现稳定的电流传输和较低的能量损耗。
耐腐蚀性强由于银本身具有良好的耐腐蚀性，银触点在各种环境条件下都能保持较好的性能稳定性。
它对大气中的湿气、氧气、硫化氢等腐蚀介质具有较高的抗腐蚀能力，因此在高湿度、高温度和恶劣环境下仍能保持良好的导电性能。
接触特性可靠银触点具有良好的接触特性，能够实现可靠的接触和断开操作。
银的表面易于形成一层细薄的氧化膜，在接触时可以快速破裂，使得电流能够稳定地通过触点。
此外，银触点的表面光洁度高，表面能够更好地紧密接触，减少接触电阻和电弧现象的发生。
制备工艺银触点的制备工艺通常包括以下步骤：1.原料准备：选用高纯度的银材料，通常采用粉末冶金方法制备触点材料。
2.成型：通过压制、注塑等方式将银粉末制成所需形状的触点件。
3.烧结：将成型的触点件置于高温炉中进行烧结，使其形成一定的致密度和机械强度。
4.表面处理：通过机械抛光、化学抛光等方法对触点进行表面处理，使其表面更加光滑。
5.质量检测：对制备好的银触点进行质量检测，包括外观检查、电阻测量等。
应用范围银触点广泛应用于各种电器设备中，包括开关、继电器、断路器、插座等。
由于银触点具有导电性能好、耐腐蚀性强和接触可靠等特点，适用于需要频繁接通和断开电路的场合。
同时，银触点还被广泛应用于汽车、船舶等行业的电器设备中。
优缺点优点：1.导电性能优异，能够实现高效的电流传输。
2.耐腐蚀性强，适应各种恶劣环境的使用。
3.接触特性可靠，能够实现可靠的接触和断开操作。
缺点：1.成本较高，银是一种珍贵金属，其价格相对较高。
一、银及银合金触点介绍01.纯银触点、触头、铆钉Ag纯银和细晶银具有很高的导电性和导热性，低而稳定的接触电阻，焊接和加工性能好，结晶银由于在银中加入少量镍，大大细化了材料组织晶粒，在接触电阻几乎相同的条件下，其机械强度与耐温性能均高于银。
具有最高的导电性能和导热性，并有很低的接触电阻，易加工、易焊接。
它是目前小容量低压电器中最普遍使用的材料之一。
例如自控开关、热继电器喧时器、调节器、恒温器、烘烤机、烘炉计时器、计算机等。
02.银镍触点、触头、铆钉AgNi(10-20)用途：应用于低压开关装置如温控器，保护开关，小电流接触器、自动开关、精密仪器、继电器等。
特性：导电导热性好，接触电阻低而稳定，电损蚀小而均匀，直流条件下应用时产生较少的平面状材料迁移。
该材料通断时由于氧化物的生成而使接触电阻增高，对硫敏感，大电流下抗熔焊性能差。
常与石墨配对使用。
通过采用粉末烧结挤压工艺，可使电触头性能改善。
在镍中添加少量石墨，可得到性能更好的复合材料。
03.银氧化镉触点、触头、铆钉AgCdO(10-20)用途：应用于各种接触器，塑壳空气开关、漏电开关、直流快速开关、凸轮开关、汽车接触器、汽车保护开关、室内恒温器、微型开关和大容量继电器以及航空工业用的各种开关。
特性：具有良好的耐电磨损、抗熔焊和导电导热性，接触电阻小而稳定；由于氧化镉是以弥散相分布，可以增加材料的硬度，提高耐机械磨损性；银氧化镉电触头在通过短路电流时抗熔焊能力强。
电触头制造工艺对其性能影响很大，粉末冶金工艺制造的电触头有较好的抗熔焊性，但耐损蚀性能差，合金内氧化法制造的电触头耐电损性好，但抗熔焊性略低，近年发展的粉末烧结挤压工艺改善了氧化镉在银基中的分布形态，使电触头综合性能得以提高。
04.银氧化锡触点、触头、铆钉AgZnO(8-10)用途：应用于继电器、接触器、空气开关、限流开关、电机保护器、微型开关、仪器仪表、家用电器、汽车电器（灯开关、起动电机等负荷开关）、漏电保护开关等。
1引言电触头材料自问世以来广泛用于各种轻重负荷的低压电器、家用电器、汽车电器、航空航天电器中[1]。
早期的电触头材料多为纯银，但由于Ag 的熔点低，硬度不高且不耐磨，在含S 或硫化物的介质中，表面易形成Ag 2S 薄膜，在直流电作用下易挥发，易形成电侵蚀尖刺，Ag 接触元件易形成电弧，发生熔接。
为了克服纯银触头的种种缺点，人们发明了银合金触头材料，即通过在银中加入少量其他元素（如Cd 、Sn 、Zn 等）以克服Ag 的天然柔性，提高力学性能和耐腐蚀性，并保持较高的电导率。
AgCdO 、AgSnO 2和AgZnO 是目前使用最多的电触头材料，也是电触头行业的研究热点。
AgCdO 具有优良的抗电弧侵蚀性、抗熔焊性和较低的接触电阻，可应用于几伏至数千伏的中、低压电器中，应用十分广泛[2]。
AgSnO 2作为一种新型的银金属氧化物触头材料，在国际上已实现部分商业化。
它具有良好的电学性能，较高的抗熔焊性能及耐电弧性能，特别适—————————————基金项目：浙江省省级工业新产品项目（201201CC0012）作者简介：李素华（1985-），女（汉族），湖南长沙人，助理工程师，从事触头材料检测与分析。
收稿日期：2013-08-13合金组元对银基触头材料电性能影响的研究李素华，王珩，刘立强，李国伟（福达合金材料股份有限公司，浙江温州325025）摘要：采用预氧化法工艺制备AgCdO(10)、AgSnO 2(10)、AgZnO(10)三种电触头材料，在19V 、20A 直流感性负载下通过自主开发的模拟电性能试验机进行试验，用电光分析天平、SEM 和EDX 测量分析试验前后质量变化、试验后表面形貌与微区成分。
结果表明，三种材料中AgSnO 2(10)的致密度、硬度、电阻率最高，电磨损、燃弧能量、熔焊力、烧损面积最小，抗电弧侵蚀能力最好。
关键词：预氧化；电触头材料；表面形貌；电弧侵蚀中图分类号：TM201.4+4；TM501+.3；TG146.3+2文献标志码：A文章编号：1671-8887（2014）01-0003-04Study on Effects of Alloy Components on ElectricalProperties of Silver-based Contact MaterialsLI Su-hua,WANG Heng,LIU Li-qiang,LI Guo-wei(Fuda Alloy Materials Co.,Ltd.,Zhejiang Wenzhou 325025,China )Abstract :Three kinds of electrical contact materials,including AgCdO(10),AgSnO 2(10)and AgZnO(10),were prepared by pre-oxidation.The materials were tested by analog electronic testing machine which was developed independently in 19V DC,20Aperceptual load.Electro-optic ana-lytical balance,SEM and EDX were applied to measure and analyse the mass change before and after the test,as well as the surface morphology and micro-ingredients.Results show that the AgSnO 2(10)possesses the best performance,including the maximum density,hardness,resistivity,the minimum electrical wear,arcing energy,welding power,burning,and the best arc erosion resistance.Key words :pre-oxidation;contact material;surface morphology;arc erosion研究·分析用于大功率的接触器及低压开关[2]。
AgZnO 触头材料是在20世纪60年代末70年代初发展起来的触头材料。
ZnO 的热稳定性强，通过一定的技术手段使ZnO 均匀分布于银基体中，形成一种弥散强化的假合金。
AgZnO 触头材料以其抗大电流冲击、分断性能好、燃弧时间短、耐电弧腐蚀、无毒害性等一系列优点，逐渐在低压电器中得到应用。
目前，三种电触头材料电性能方面研究较少，为此本研究采用预氧化工艺制备AgCdO(10)、AgSnO 2(10)、AgZnO(10)三种电触头材料并进行电弧侵蚀研究，对比三种材料在直流感性负载下的模拟电性能，揭示不同合金组元对银基触头材料性能影响机理。
2试验采用预氧化工艺制备AgCdO(10)、AgSnO 2(10)、AgZnO(10)，工艺流程为：配料雾化成氧化压制烧结压拉拔，最终墩制成规格为R4×1+2×2（0.5）的铆钉触头。
采用福达合金材料股份有限公司与西安交通大学联合研制的电性能试验机进行试验，试验参数：电压19VDC ，电流20A ，占空比20%，接触压力100g ，触头开距2mm ，分断次数40000次，直流感性负载；采用VTA532型维氏硬度计测试硬度；采用TH2512B 型智能直流低电阻测试仪测试电导率；采用L150型金相显微镜和JSM-6390A 扫描电子显微镜观察微观组织。
3结果与分析3.1微观组织图1为三种电触头材料金相照片，图2为三种电触头材料中的金属氧化物粒度分布曲线图。
可以看到，SnO 2的颗粒尺寸最小且弥散分布，主要分布在1.525μm ；CdO 颗粒尺寸最大，主要分布在2.997μm ；ZnO 的颗粒尺寸居中，主要分布在1.89μm 。
图2三种电触头材料中的金属氧化物粒度分布曲线图3.2硬度、电阻率、致密度表1给出了三种电触头材料的硬度、电阻率及致密度。
可以看到，材料的硬度、电阻率、致密度值大小顺序均为：AgSnO 2(10)>AgZnO(10)>AgCdO(10)，这是因为在一定范围内，增强相颗粒尺寸越小，材料弥散强化效果越明显，材料硬度就会提高；对于电触头材料来说，影响导电性最主要的一个因素是组成相的颗粒度和弥散程度，颗粒度越小，组成相越弥散，则电子穿越颗粒数目越多，所需能量就越大，所以电阻率越大。
粉体的致密化程度取决于挤压和轧制工序，粉体材料致密化过程的实质是排气过程，合金组元越弥散，排气通道越多，材料就越容易致密。
表1三种电触头材料硬度、电阻率和致密度数值材料名称AgCdO （10）AgSnO 2（10）AgZnO （10）硬度HV 9210296电阻率,μΩ·cm2.102.272.18致密度,%99.299.799.4(a)AgCdO(10)(b)AgSnO 2(10)(c)AgZnO(10)图1三种电触头材料的金相照片3.3电磨损、燃弧能量、熔焊力触头材料的电接触物理现象包括电磨损、接触电阻、燃弧长度、燃弧能量、燃弧时间、熔焊力、接触电阻等[3]。
本研究主要分析了上述三种材料的电磨损、燃弧能量和熔焊力值，见图3。
由图3(a)可见，随着试验次数的增加，AgCdO(10)、AgSnO 2(10)、AgZnO(10)的电磨损量均呈递增趋势，其中，AgSnO 2(10)电磨损量增大幅度最小，变化范围为2～16mg ，AgCdO(10)的电磨损量增大幅度最大，变化范围为3～38mg ，AgZnO(10)居于两者之间，变化范围为2～28mg ，由此说明电触头材料电磨损量与材料合金组元的弥散程度有关，弥散程度越高材料(a)电磨损(b)燃弧能量(c)熔焊力图3三种电触头材料电磨损、燃弧能量、熔焊力变化曲线抗烧损性越好。
从图1的金相照片可见，AgSnO 2(10)的弥散程度最大，因此电磨损量最小；同时，含有SnO 2合金组元材料的热稳定性比CdO 、ZnO 合金组元材料的热稳定性高得多，在分断电弧的过程中，SnO 2很少分解，颗粒数目大体保持不变[4]。
所以，AgSnO 2电触头材料的优异抗电弧侵蚀能力是由于SnO 2的存在使液态金属之间呈较高的黏性。
由图3(b)可见，AgSnO 2(10)燃弧能量值波动较小，主要分布在300～400mJ ，而AgCdO(10)和AgZnO(10)燃弧能量值相对较分散，AgCdO(10)在350～650mJ 内波动，AgZnO(10)在320～550mJ 内波动。
由图3(c)可见，AgSnO 2(10)的熔焊力值最小，波动范围为5～10g ，AgCdO(10)波动最明显，波动范围在20～40g ，AgZnO(10)居于二者之间，在10～20g 内波动。
燃弧能量的变化可能与弧根斑点有关。
弧根斑点一般会偏离触头中心位置，当弧根斑点移动到触头边缘时，会引起燃弧电压的急剧上升，电弧能量增大；反之则降低[5]。
燃弧能量的变化反映了AgCdO(10)、AgSnO 2(10)和AgZnO(10)弧根斑点移动的情况：在触点闭合过程中,AgCdO(10)发生弧根斑点由中心向边缘移动严重；AgSnO 2(10)发生弧根斑点由中心向边缘移动较轻；AgZnO(10)发生弧根斑点由中心向边缘移动较严重。
此外，由于CdO 和ZnO 的热稳定性比SnO 2差，在电弧作用下，燃弧介质中产生少量的Cd 2+和Zn 2+，延长了燃弧时间，使得燃弧能量增大。
随着Cd 2+和Zn 2+的增加，燃弧能量也增大且波动增大，触头表面烧损更严重，材料的熔焊力也增加。
所以，AgSnO 2表现出优异的抗电弧侵蚀和抗熔焊性。
3.4电弧侵蚀形貌图4所示为三种电触头材料电弧侵蚀后形貌。
(a)AgCdO(10)(b)AgCdO(10)(c)AgSnO 2(10)(d)AgSnO 2(10)(e)AgZnO(10)(f)AgZnO(10)图4三种电触头材料电弧侵蚀后形貌由图4(a)、(b)可知，AgCdO(10)烧损区在电弧作用力及机械力共同作用下发生相变，使电触头表面形成许多分散的小蚀坑、凹凸，并有金属液滴形成的喷溅痕迹，表现出明显的液态金属凝固后形态，且银基体有明显的流动痕迹，易发生熔焊；由图4(e)、(f)可知，与AgCdO(10)相比，AgZnO(10)烧损面积稍小，但也存在很多分散的小蚀坑、凹凸、小孔洞，以及金属液滴形成的喷溅痕迹；由图4(c)、(d)可知，AgSnO 2(10)表面比较平坦，存在个别小孔洞，这是因为电触头材料越致密，其电弧分散性越佳。
