一种高性能触头材料的制备方法
技术领域
本发明涉及金属基复合材料制备技术领域，特别涉及一种高性能触头材料的制备方法。
背景技术
电触头是通过机械动作对电路进行接通、分断和连续载流，用于制备这些元器件的材料通称为电触头材料。因此，电触头材料需要具有高导电率和导热率，以便电流顺利接通和热量快速散失；耐机械磨损性和耐电弧侵蚀性优异，使用寿命长；接触电阻低且稳定，保证材料长期载流而不会过热；硬度合适，保证材料顺利进行轧制、冲压、拉拔等加工性能。
陈光明等人(申请号CN104263991A)使用高压氧化法制备了一种银氧化锡触头材料，但是触头材料的强度低，耐磨性差，寿命短等问题难以解决。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高性能触头材料的制备方法。
本发明的技术方案为：一种高性能触头材料的制备方法，所述高性能触头材料主体结构为多孔骨架，包括以下步骤：
(1)多孔骨架的制备；
将骨架材料通过激光3D打印技术制备成多孔骨架；其中，激光功率P为100～3000W，扫描速度V为10～1000mm/min，光斑直径D为0.5～3mm，焦距H为180～220mm，保护气流L为4～15L/min；
(2)导体金属粉末填充压实；
在步骤(1)中制备好的多孔骨架进行填充导电金属粉末，通过挤压设备进行压实；所述填充导电金属粉末的松装比为孔洞体积的1.2～2倍；压力范围为200～500MPa；压实时间为10～600s；
(3)对填充导电金属粉末压实后的多孔骨架进行烧结处理；其中，烧结温度为1000～2000℃；烧结时间为20～80min；
(4)对烧结后的骨架进行机加工、除油和打磨后续处理，使骨架表面光洁。
优选地，所述多孔骨架壁厚度为1～8mm，高度范围为5～100mm，宽度范围为10～500mm。
优选地，所述步骤(1)中的骨架材料包括镍合金、钨合金、钛合金及其复合金属；多孔骨架孔状为规则方形、规则圆弧形或不规则形状。
优选地，所述步骤(2)中的导电金属粉末为铜合金粉末。
优选地，所述步骤(3)中的烧结处理在真空和保护气体条件下进行；其中，真空度在0.03MPa以下，保护气体为惰性气体，包括氮气、氦气和氩气的任意一种或混合物。
本发明的有益效果是：本发明高性能触头材料的制备方法采用激光3D打印技术和粉末冶金技术相结合，具有高效、绿色环保等效果；制备的电触头材料内部结构均匀致密，结合了硬质合金的高强度以及良好导体的优异导电性能，更加耐磨且具有优异的抗冲击性能，适合于用在高压电气触头上，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明高性能触头材料的制备方法的流程示意图。
图2为本发明实施案例1中高性能触头材料的截面放大图。
图3为本发明不同实施例中高性能触头材料的冲击功测量值。
图4为本发明不同实施例中高性能触头材料的冲击韧性测量值。
图5为本发明不同实施例中高性能触头材料的电导率测量值。
附图标记：填充导电金属粉末A、骨架B。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步描述，但不限制本发明的保护范围和应用范围。
实施例1
如图1所示，一种高性能触头材料的制备方法，所述高性能触头材料主体结构为多孔骨架，包括以下步骤：
(1)多孔骨架的制备；骨架材料采用硬度高、强度大的镍合金，将骨架材料通过激光3D打印技术制备成多孔骨架；其中，激光功率P为1500W，扫描速度V为100mm/min，光斑直径D为0.8mm，焦距H为180mm，保护气流L为4L/min；多孔骨架孔状为规则方形，骨架壁厚度为1.5mm；高度范围为5mm；宽度范围为10mm；
(2)导体金属粉末填充压实；在步骤(1)中制备好的多孔骨架进行填充导电金属粉末，填充导电金属粉末为铜合金粉末，通过挤压设备进行压实；所述填充导电金属粉末的松装比为孔洞体积的1.2倍；压力范围为200MPa；压实时间为10s；
(3)对填充导电金属粉末压实后的多孔骨架进行烧结处理；其中，烧结温度为1000℃；烧结时间为20min；
(4)对烧结后的骨架进行机加工、除油和打磨后续处理，使骨架表面光洁。
如图2所示，采用扫描电镜对实施案例1所制备的高性能触头材料截面进行分析，发现填充导电金属粉末A与骨架B之间结合良好，无缝隙。
如图3至图5所示，采用万能试验机对试样进行力学性能测试，结果为：冲击功Akv(J):95，冲击韧性值αkv(J/cm2):108，电导率：84.9％。说明本发明制备的电触头材料内部结构均匀致密，结合了硬质合金的高强度以及良好导体的优异导电性能，更加耐磨且具有优异的抗冲击性能，适合于用在高压电气触头上，使用寿命长。
实施例2
如图1所示，一种高性能触头材料的制备方法，所述高性能触头材料主体结构为多孔骨架，包括以下步骤：
(1)多孔骨架的制备；骨架材料采用硬度高、强度大的钛合金，将骨架材料通过激光3D打印技术制备成多孔骨架；其中，激光功率P为2000W，扫描速度V为500mm/min，光斑直径D为3mm，焦距H为220mm，保护气流L为15L/min；多孔骨架孔状为规则圆弧形，骨架壁厚度为8mm；高度范围为100mm；宽度范围为500mm；
(2)导体金属粉末填充压实；在步骤(1)中制备好的多孔骨架进行填充导电金属粉末，填充导电金属粉末为铜合金粉末，通过挤压设备进行压实；所述填充导电金属粉末的松装比为孔洞体积的2倍；压力范围为500MPa；压实时间为600s；
(3)对填充导电金属粉末压实后的多孔骨架进行烧结处理；其中，烧结温度为1200℃；烧结时间为20min；
(4)对烧结后的骨架进行机加工、除油和打磨后续处理，使骨架表面光洁。
如图3至图5所示，采用万能试验机对试样进行力学性能测试，结果为：冲击功Akv(J):87，冲击韧性值αkv(J/cm2):92，电导率：80.8％。说明本发明制备的电触头材料内部结构均匀致密，结合了硬质合金的高强度以及良好导体的优异导电性能，更加耐磨且具有优异的抗冲击性能，适合于用在高压电气触头上，使用寿命长。
实施例3
如图1所示，一种高性能触头材料的制备方法，所述高性能触头材料主体结构为多孔骨架，包括以下步骤：
(1)多孔骨架的制备；骨架材料采用硬度高、强度大的钨-钛，将骨架材料通过激光3D打印技术制备成多孔骨架；其中，激光功率P为3000W，扫描速度V为100mm/min，光斑直径D为0.5mm，焦距H为190mm，保护气流L为5L/min；多孔骨架孔状为不规则形状，骨架壁厚度为7mm；高度范围为50mm；宽度范围为100mm；
(2)导体金属粉末填充压实；在步骤(1)中制备好的多孔骨架进行填充导电金属粉末，填充导电金属粉末为铜合金粉末，通过挤压设备进行压实；所述填充导电金属粉末的松装比为孔洞体积的1.5倍；压力范围为200MPa；压实时间为600s；
(3)对填充导电金属粉末压实后的多孔骨架进行烧结处理；其中，烧结温度为1000℃；烧结时间为80min；
(4)对烧结后的骨架进行机加工、除油和打磨后续处理，使骨架表面光洁。
如图3至图5所示，采用万能试验机对试样进行力学性能测试，结果为：冲击功Akv(J):90，冲击韧性值αkv(J/cm2):98，电导率：86.2％。说明本发明制备的电触头材料内部结构均匀致密，结合了硬质合金的高强度以及良好导体的优异导电性能，更加耐磨且具有优异的抗冲击性能，适合于用在高压电气触头上，使用寿命长。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或简单替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
