Ag-SnO-,2-觸點材料制備及其相關基礎研究.pdf

1、本論文是國家軍工配套項目“大電流繼電器觸點材料研究”的一部分并得到了云南省自然科學基金重點項目“計算材料學與材料的計算機模擬應用”的支持。論文以Ag-SnO2電觸點材料制備為研究對象，采用宏觀性能與微觀組織結構對比分析的研究方法，以金相觀察、掃描電鏡、能譜分析等為手段，系統(tǒng)地進行了高能球磨制備Ag-SnO2復合粉體研究、Ag-SnO2復合粉體致密化研究、Ag-SnO2觸點材料塑性加工變形研究、SnO2顆粒尺寸及分布對Ag-SnO2觸點材

2、料力學、電學性能的影響。主要結論如下： (1)Ag-SnO2觸點材料具有高硬度，加工硬化率高，變形抗力大，延伸率低等特點。由于SnO2顆粒密度較低，體積比大，加之SnO2顆粒較細，顆粒強化效果遠遠高于相同重量比的其它Ag基金屬氧化物材料。 (2)高能球磨對Ag-SnO2粉體中的SnO2顆粒具有強烈的破碎作用和分散作用，破碎作用在球磨開始的十分鐘內(nèi)效果較為明顯，球磨時間越長，顆粒在基體中的分散作用愈顯著，分布也越均勻，加工

3、性能相應提高。本實驗的最佳制粉工藝為：球料比：10:1；滑塊直徑：25mm；球磨時間：30分鐘。 (3)Ag-SnO2觸點材料宏觀力學性能和電學性能與高能球磨工藝密切相關，隨著高能球磨時間增加，SnO2顆粒變細，其強度和硬度上升，延伸率下降。當SnO2顆粒尺寸小于<5μm時，觸點電性能滿足要求。 (4)Ag-SnO2復合粉體最佳壓制成形工藝為采用有機潤滑劑為模壁潤滑劑，壓制力為30MPa，保壓時間為5分鐘；Ag-SnO2

4、復合粉體最佳燒結工藝為壓制成形壓坯隨爐分二段升溫，第一階段室溫快速升溫至650℃，保溫30分鐘，第二階段再快速升溫至900℃，保溫5小時，該材料在燒結過程中，Ag與SnO2不發(fā)生反應，僅依靠Ag粉末的結合、結晶使材料密度、強度提高。 (5)Ag-SnO2復合顆粒致密化過程中，密實初期首先進行團聚大顆粒破碎，然后通過流動來充填尺寸大的顆粒之間的孔隙并向銀顆粒粉體傳遞壓力，迫使銀顆粒粉體轉動、重排；密實中期，充填后的氧化錫顆粒粉體在

5、局部高壓的作用下黏附并焊合到銀顆粒表面，銀顆粒會產(chǎn)生塑性變形，由球形變成多邊形，逐漸填充空隙；密實后期，當局部壓力大于氧化錫顆粒的承受強度時，氧化錫顆粒發(fā)生斷裂，然后碎塊又會產(chǎn)生重排，或與其自身產(chǎn)生焊合，使之更加密實。 (6)研究了單組分粉末和多組元粉體的壓制規(guī)律，通過實驗數(shù)據(jù)與壓制本構方程的驗證，得出Ag-SnO2粉末體系的壓制符合以下壓制方程式：計算了式中各方程系數(shù)并對其進行了驗證，方程預測精度較高。 (7)Ag-S

6、nO2觸點材料合適的擠壓工藝為擠壓溫度800℃、擠壓線坯直徑Ф8mm、擠壓比為100，擠壓次數(shù)為三次；采用熱模拉絲法可以順利完成Ф8.0-Ф1.5mm的熱模拉絲過程，道次變形量為5％；Ф1.5mm以下可以實現(xiàn)冷拉絲，道次變形量也為5％。 (8)Ag-SnO2觸點材料加工變形過程主要是在富Ag區(qū)域進行，SnO2沒有被切割、變形的現(xiàn)象，只起到阻礙變形、強化材料的作用。 Ag-SnO2觸點材料斷裂裂紋的形成主要有2個途徑，一是

7、表面產(chǎn)生缺陷，然后由表面沿著內(nèi)部富Ag區(qū)擴展，直至斷裂；另一途徑是材料內(nèi)部氧化錫富集區(qū)域變形困難，在較大的變形過程中，產(chǎn)生撕裂，形成裂紋源。 (9)通過多次擠壓成型的線坯在拉絲過程中塑性得到改善，在相同的工藝條件下，斷絲現(xiàn)象明顯下降。通過對微觀組織的觀察發(fā)現(xiàn)：多次擠壓后第二相粒子SnO2的尺寸沒有明顯變化，但對其分布產(chǎn)生了較大的影響，多次擠壓后能夠使帶狀組織消失，減少了顆粒結集，第二相粒子分布變得更加均勻。在隨后的拉絲變形過程中

8、，避免了不均勻變形造成的二相顆粒集結區(qū)內(nèi)應力增大和內(nèi)裂紋導致的整體材料塑性變形性能下降的問題。 (10)Ag-SnO2材料電壽命實驗過程中，熔融狀態(tài)的Ag能溶解空氣中的O2，溶解量可超過其體積20倍。隨著實驗次數(shù)的增加，AgSnO2觸點表面的成分變化趨勢為Ag元素含量不斷增加，SnO2含量不斷降低。AgSnO2電接觸材料經(jīng)過電壽命實驗后觸點表面出現(xiàn)Ag富集區(qū)、SnO2富集區(qū)、孔洞和氣孔、裂紋等幾種特征性直流電侵蝕形貌。