超薄AgSnO2/Ag復(fù)合帶材的制備

曾玉葵+李顯春+王乃千

摘 要：針對AgSnO2/Ag復(fù)合帶材生產(chǎn)中遇到的結(jié)合強度差、斷帶、邊裂等問題。通過化學(xué)包覆法改善AgSnO2材料的加工性能，并結(jié)合電阻加熱型輥熱軋復(fù)合及電輔助加熱型輥軋制工藝，成功的開發(fā)了厚度為0.2-0.5mm的超薄AgSnO2/Ag復(fù)合帶材。采用該工藝生產(chǎn)的復(fù)合帶材復(fù)合強度穩(wěn)定，復(fù)合層厚度均勻，可實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)包覆法 型輥熱軋復(fù)合 超薄復(fù)合帶材

1 引言

AgSnO2電接觸材料由于其具有優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，以及在通斷使用過程中有很高的耐電弧及抗熔焊能力等特點，正逐步取代AgCdO觸點材料[1-3]。在實際使用過程中，通常是將AgSnO2材料通過鉚接以及焊接工藝等連接到電接觸元件的支撐件上，其中支撐件一般采用銅件。AgSnO2材料由于其材料特性，難以與銅材料進(jìn)行直接焊接，需要復(fù)上一層Ag作為過渡層。在AgSnO2/Ag復(fù)合帶材生產(chǎn)中，由于AgSnO2 材料塑性、延展性能差，加工硬化嚴(yán)重[1-3]，物理性能與純銀相差較大，容易產(chǎn)生結(jié)合強度差、斷帶、邊裂等諸多問題，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。

針對以上問題，我司采用成熟的化學(xué)包覆工藝制備了AgSnO2材料，提高材料加工性能[4-6]，并結(jié)合電輔助加熱型輥熱軋復(fù)合以及電輔助型輥軋制工藝，開發(fā)了厚度為0.2-0.5mm的超薄AgSnO2/Ag復(fù)合帶材，該產(chǎn)品復(fù)合強度良好、質(zhì)量穩(wěn)定，可以進(jìn)行穩(wěn)定大批量生產(chǎn)，已得到客戶認(rèn)可。

2 復(fù)合帶材制備

AgSnO2帶材制備采用我司成熟的化學(xué)包覆工藝，基本工藝流程為：化學(xué)包覆→粉末處理→等靜壓→燒結(jié)→復(fù)壓→熱擠壓。

超薄AgSnO2/Ag復(fù)合帶材工藝流程

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其中熱軋復(fù)合設(shè)備為我司自行設(shè)計改裝的，原理與可控氣氛保護(hù)熱復(fù)合設(shè)備一致[7]，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示：

該設(shè)備采用低壓大電流， 以可控氣氛保護(hù)室前的觸頭為高電位， 軋輥兩端軸頸處為低電位， 利用帶材本身電阻進(jìn)行在線加熱，同時，所用的復(fù)合軋輥為型輥，可以有效的避免銀氧化錫帶材的在大變形量下開裂、斷帶等問題。

熱軋復(fù)合工藝參數(shù)為：熱軋溫度600℃-700℃、軋制壓下率70-85%、軋制速度0.5-2.0m/min，通過大壓下率可實現(xiàn)銀氧化錫帶與純銀帶形成良好的壓合，并通過后續(xù)退火，進(jìn)一步提高結(jié)合強度。后續(xù)退火熱處理工藝為：將帶材放入井式電爐內(nèi)，在空氣中退火，退火溫度為600-650℃，保溫時間為1-1.5小時，出爐自然冷卻后進(jìn)行表面拋光處理。后續(xù)軋制采用我司自行改裝的四輥熱軋機(jī)，設(shè)備原理與圖1中的熱軋復(fù)合設(shè)備類似，軋制中所用的工作輥為型輥，利用帶材本身電阻進(jìn)行在線加熱進(jìn)行熱軋，可以減少軋制道次，同時可以有效避免復(fù)合帶材在塑性加工中可能出現(xiàn)邊部開裂、斷帶等問題，提高生產(chǎn)效率與成材率。

3 結(jié)果討論

AgSnO2工作層是影響AgSnO2/Ag復(fù)合觸點使用性能的關(guān)鍵因素，其制備工藝，氧化物的分布、尺寸、形貌等均會對性能產(chǎn)生影響，圖2為成品帶材的金相圖，可以看到純銀層厚度均勻，其結(jié)果如圖2a所示；從圖2b金相組織可以看出工作層的氧化物顆粒分布均勻，未發(fā)現(xiàn)夾雜、氣孔等缺陷。同時銀氧化錫層與純銀層形成了良好的冶金結(jié)合，未發(fā)現(xiàn)結(jié)合不良區(qū)域。

實際使用過程中，除了銀氧化錫工作層外，AgSnO2與Ag層的結(jié)合強度也對使用性能有重大影響。如果結(jié)合不良或者結(jié)合強度偏低，可能導(dǎo)致電觸頭材料在服役過程中工作層脫落，或局部溫升過高，進(jìn)而引起電器失效等嚴(yán)重后果。所以結(jié)合強度是我們所關(guān)注的一個關(guān)鍵的性能。在這里我們采用國標(biāo)GB15159-2008中所提供的方法對復(fù)合帶材的結(jié)合強度進(jìn)行了檢測。檢測結(jié)果表明：180度折彎后，純銀層與銀氧化錫層未觀察到有分層，如圖3a所示，結(jié)合強度良好。對帶材折彎區(qū)域的截面進(jìn)行進(jìn)一步金相分析，可以發(fā)現(xiàn)AgSnO2層與Ag層結(jié)合良好，未出現(xiàn)分層現(xiàn)象，如圖3b所示。

4 結(jié)論

1 電阻加熱型輥熱軋復(fù)合可有效避免AgSnO2大變形量開裂等問題，進(jìn)而提高AgSnO2/Ag復(fù)合帶材的質(zhì)量穩(wěn)定性以及生產(chǎn)效率。

2 采用化學(xué)包覆法+電阻加熱型輥熱軋復(fù)合工藝成果開發(fā)了厚度0.2-0.5mm超薄AgSnO2/Ag復(fù)合帶材，單卷重量可達(dá)10-15Kg，并實現(xiàn)了大批量穩(wěn)定生產(chǎn)，所生產(chǎn)的產(chǎn)品已得到客戶認(rèn)可。

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