新型铜基电接触材料的高温氧化性能研究

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2016.04.014新型铜基电接触材料的高温氧化性能研究王丽，张晓燕，雷源源，张俊杰（贵州大学材料与冶金学院，贵阳550003）摘要：研究了铸态和热处理态新型铜基电接触材料的高温氧化行为，并用SEM观察了表面氧化膜的微观形貌。结果表明，与铸态材料相比，热处理态铜基电接触材料表面氧化膜的致密性和连续性较高，氧化增重较低，表现出更好的高温氧化性能。关键词：铜基电接触材料；高温氧化；微观形貌中图分类号：TB34文献标志码：A文章编号：1007-7545（2016

2、）04-0000-00StudyonHigh-temperatureOxidationPropertiesofNewCopper-basedElectricalContactMaterialsWANGLi,ZHANGXiao-yan,LEIYuan-yuan,ZHANGJun-jie(CollegeofMaterialsandMetallurgy,GuizhouUniversity,Guiyang550003,China)Abstract：High-temperatureoxidationpropertiesofn

3、ewcopper-basedelectricalcontactmaterialatcastandheat-treatmentstateswerestudied.MicromorphologyofsurfaceoxidefilmswasobservedbySEM.Theresultsshowthatcomparedwithcastmaterials,heat-treatmentcopper-basedmaterialshavehighercompactnessandcontinuityofsurfaceoxidefi

4、lm,loweroxidationmassgain,andbetterantioxidationproperty.Keywords：copper-basedelectricalcontactmaterials;high-temperatureoxidation;micromorphology铜具有良好的导电性和导热性，价格比银低，且资源丰富，使铜基材料成为银基电接触材料的理想替代材料。但是铜及铜合金电接触材料在使用过程中易形成电导率很低的氧化膜，增大触头的接触电阻，并造成接触电阻不稳定，限制了其在低压电器触头材料中

5、的应用。因此在低压电器电接触材料的研发中，铜基电接触材料成为重要的研究方向之一[1-3]。而研究铜基电接触材料的氧化行为，考察氧化膜对电接触性能的影响，成为低压电器用铜基电接触材料研究必须考虑的问题之一[4-6]。本文结合电接触材料的性能要求，研制了添加多种合金元素以及少量稀土的铜基电接触材料，并研究了该新型电接触材料的高温氧化行为。1试验方法新型铜基电接触材料的名义成分（质量分数）为：60%Cu、30%Ni、及少量钛、钴、钼和稀土等。材料制备过程为：原料在Z-0.01真空感应熔炼炉中进行熔炼，浇铸成Φ80mm的圆

6、柱形锭坯，挤压至Φ15mm，再进行热处理。热处理工艺为：1070℃´10h固溶处理+500℃´4h时效处理。分别对铸态和热处理态的新型铜基材料进行高温下的恒温氧化性能试验。试样尺寸为8mm×4mm×4mm，在中温箱式电阻炉中进行高温氧化试验，氧化介质为静止空气，氧化温度分别为800℃和900℃，氧化总时间30h。每保温10h后，将样品随炉冷却至室温，取出称重，测定其氧化增重ΔW，并计算出单位面积试样的氧化增重Δm。每组试验采用3个试样，试验结果为其平均值。用KYKY-2800B型扫描电镜观察试样氧化后的表面微观形貌

7、。2试验结果与分析2.1恒温氧化动力学根据试样经不同温度和不同时间氧化后的质量变化，做出新型铜基电接触材料的氧化动力学曲线，结果如图1所示。收稿日期：2015-09-29基金项目：贵州省科学技术基金项目（黔科合SY字[2013]3124号）作者简介：王丽（1975-），女，贵州都匀人，硕士，讲师.图1合金的恒温氧化动力学曲线Fig.1Isothermaloxidationkineticsofalloy随着氧化时间的增加，试样重量不断增加，但增重速率下降，氧化动力学遵循抛物线规律。对同一处理状态的试样，氧化温度越高，

8、增重越大。在相同的氧化温度下，热处理态铜基材料的增重明显小于铸态，且热处理态材料在900℃条件下的增重低于铸态材料在800℃条件下的增重。恒温氧化动力学的规律可用下述公式表示：(Δm)2=Kpt（1）式中，Kp为抛物线速度常数。图2为合金的(Δm)2-t关系曲线，根据图2的拟合曲线求出的不同状态下的Kp值如表1所示。图2合金的(Δm)2-t关系曲线Fig.2