專(zhuān)利名稱(chēng)：一種Ag-Ni電觸頭的表面鍍層及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電觸頭材料的表面鍍層及其制備工藝，尤其涉及一種Ag-Ni電觸頭的表面鍍層及其制備工藝。
背景技術(shù)：
電觸頭材料是開(kāi)關(guān)電器中通過(guò)機(jī)械動(dòng)作對(duì)電路進(jìn)行接觸、分?jǐn)嗪瓦B接載流的元件。電觸頭在開(kāi)閉過(guò)程中產(chǎn)生的現(xiàn)象極為復(fù)雜，一般要求其具有高電導(dǎo)率、高導(dǎo)熱率、良好的耐磨性、耐蝕性、低而穩(wěn)定的接觸電阻等特性。早期的電觸頭材料多采用純銀，但由于純銀熔點(diǎn)低、硬度低、耐磨性差，表面易行成硫化膜，為彌補(bǔ)純銀的不足，在銀中添加了少量其他元素如Cu、Cd、C、M、V等來(lái)提高其力學(xué)性能和耐蝕性，同時(shí)材料仍能保持較高的電導(dǎo)率。目前已形成產(chǎn)業(yè)化和實(shí)際應(yīng)用的觸頭材料可分為4個(gè)系列=Ag-Ni系列、Ag-C系列、Ag-WC系列、Ag-MeO系列。Ag-Ni系觸頭材料具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，低而穩(wěn)定的接觸電阻，電弧侵蝕小而均勻；Ag-C系觸頭材料特點(diǎn)是導(dǎo)電性能和抗熔焊性好，接觸電阻低，即使在短路電流下也不會(huì)熔焊；Ag-WC系觸頭材料具有良好的抗電弧侵蝕和抗熔焊性；Ag-MO系材料于上世紀(jì)二三十年代問(wèn)世，但其制作工藝復(fù)雜直到70年代后才得到很大發(fā)展，目前已成為低壓電器廣泛使用的一類(lèi)觸頭材料。雖然銀具有很多優(yōu)良的特性，但銀極易發(fā)生腐蝕變色，從而造成觸頭材料電阻增加，使銀的電氣性能和可焊性下降，增加耗電量，造成設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性下降。為減小接觸電阻，防止腐蝕，增加器件的耐磨性和延長(zhǎng)使用壽命，電觸頭材料通常經(jīng)過(guò)表面處理，電鍍一層或多層金屬，其中最廣泛的鍍層是Au，這是因?yàn)榻鹁哂袃?yōu)良的導(dǎo)電性，且化學(xué)性能穩(wěn)定，耐氧化，耐腐蝕。銀與金都具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，接觸電阻較小。但銀與金的硬度都不高，耐磨性也較差。若使用固體微粒與金共沉積形成復(fù)合鍍層，則可顯著提高抗電蝕性及耐磨性。但固體微粒的加入會(huì)降低金鍍層表面的光潔度，造成觸頭材料導(dǎo)電性有所下降，同時(shí)固體微粒多采用納米級(jí)，在添加至鍍液中時(shí)分散劑會(huì)受鍍液的影響，在不同的鍍金液中，分散劑對(duì)納米微粒的分散能力不同，從而造成金復(fù)合鍍層性能的差異。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種Ag-Ni電觸頭的表面鍍層。其目的在于對(duì)電觸頭材料的傳統(tǒng)制備方法進(jìn)行改進(jìn)，在保證電接觸性能的前提下，提高表面硬度，延長(zhǎng)工件使用壽命。Ni-SiC(鎳-碳化硅)復(fù)合鍍層因其優(yōu)良的耐磨性和耐蝕性，同時(shí)還有很好的抗高溫氧化能力，在日常生活和工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。復(fù)合鍍層的存在，不僅可以減薄鍍金層厚度，同時(shí)可以顯著提高鍍金層硬度，改善其與基體的結(jié)合力，有效防止金鍍層沿著基體的界面剝離。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明Ag-Ni電觸頭的表面鍍層予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是該鍍層包括在Ag-Ni電觸頭基體表面依次鍍有納米SiC/M復(fù)合鍍層和Au鍍層，所述納米SiC/M復(fù)合鍍層作為Ag-Ni電觸頭基體表面與Au鍍層之間的中間過(guò)渡層，其中，所述納米SiC/Ni復(fù)合鍍層厚度為1. 5 2. 2 μ m，Au鍍層厚度為0. 8 1. 5 μ m。其中，對(duì)于鍍層的優(yōu)選厚度有以下情形之一所述納米SiC/Ni復(fù)合鍍層厚度為1. 8 μ m，Au鍍層厚度為0. 9 μ m ；
所述納米SiC/Ni復(fù)合鍍層厚度為2. 0 μ m，Au鍍層厚度為0. 8 μ m ；所述納米SiC/Ni復(fù)合鍍層厚度為2. 3 μ m，Au鍍層厚度為0. 8 μ m ；所述納米SiC/Ni復(fù)合鍍層厚度為2. 6 μ m，Au鍍層厚度為1. 1 μ m。本發(fā)明一種Ag-Ni電觸頭基體材料表面鍍層的制備方法，由以下步驟構(gòu)成，步驟一首先對(duì)Ag-Ni電觸頭基體進(jìn)行表面清洗、活化處理；步驟二 制備納米SiC/Ni復(fù)合鍍液，對(duì)納米SiC顆粒進(jìn)行表面處理后配置納米 SiC/Ni復(fù)合鍍液，其中，基礎(chǔ)鍍液選用瓦特型鍍鎳溶液，SiC濃度為6 9g/L ；步驟三將Ag-Ni電觸頭基體鍍件帶電置于上述納米SiC/Ni復(fù)合鍍液中進(jìn)行電鍍，Ag-Ni電觸頭基體鍍制上一層均勻的納米SiC/Ni復(fù)合鍍層，其納米SiC/Ni復(fù)合鍍層厚度為1. 5 2. 2 μ m ；然后快速放入鍍金液中通電，在納米SiC/Ni復(fù)合鍍層上鍍制一層均勻的Au鍍層，Au鍍層厚度為0. 8 1. 5 μ m ；從而Ag-Ni電觸頭基體得到納米SiC/Ni和Au雙鍍層。進(jìn)一步講，本發(fā)明中的納米SiC/Ni復(fù)合鍍層中的納米SiC顆粒粒徑為70 IOOnm0進(jìn)一步講，本發(fā)明對(duì)納米SiC顆粒進(jìn)行表面處理包括將納米SiC顆粒放入稀NaOH 溶液中煮沸10 30min;然后放入體積比為1 1的鹽酸水溶液中進(jìn)行超聲浸泡，超聲功率為300 500W，浸泡時(shí)間為10 20min ；最后用去離子水清洗至中，放入真空干燥箱烘干與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是由于基體與金鍍層結(jié)構(gòu)與性能的差異，往往不能很好的匹配，直接在基體上電鍍金，很難制備出高硬度、結(jié)合牢固的鍍層。通過(guò)引入合適的中間過(guò)渡層，可以提高鍍層的結(jié)合強(qiáng)度，減少鍍層內(nèi)應(yīng)力。另外，基體與Au鍍層間制備的納米SiC/M復(fù)合鍍層中的納米 SiC粒子可以強(qiáng)化Ni鍍層進(jìn)而來(lái)達(dá)到強(qiáng)化金鍍層的目的，最終改善整個(gè)電觸頭材料的力學(xué)性能，而又不影響其導(dǎo)電性。同時(shí)M復(fù)合鍍層的制備可以減薄鍍金層厚度，且有效地防止基體元素透過(guò)Au鍍層在表面富集，而造成鍍層失去作用和意義。


圖1是本發(fā)明電觸頭材料的表面鍍層結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是納米SiC/Ni+Au雙鍍層截面的形貌圖；圖3是納米SiC/Ni+Au雙鍍層截面能譜圖。圖中1-Au鍍層，2-納米SiC/Ni復(fù)合鍍層，3_Ag_Ni電觸頭基體。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)實(shí)施例講述本發(fā)明的詳細(xì)過(guò)程，提供實(shí)施例是為了理解的方便，絕不是
4限制本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明Ag-Ni電觸頭的表面鍍層包括在Ag-Ni電觸頭基體3的表面依次鍍有納米SiC/Ni復(fù)合鍍層2和Au鍍層1，所述納米SiC/Ni復(fù)合鍍層2作為Ag-Ni電觸頭基體表面與Au鍍層1之間的中間過(guò)渡層，其中，所述納米SiC/M復(fù)合鍍層2的厚度為 1. 5 2.2 μ m，Au鍍層1的厚度為0.8 1.5 μ m。圖2示出了本發(fā)明Ag-Ni電觸頭表面鍍層形成的納米SiC/Ni+Au雙鍍層截面的形貌；圖3示出了該納米SiC/Ni+Au雙鍍層截面能
■；並實(shí)施例1 復(fù)合電鍍采用穩(wěn)壓直流電源，電鍍過(guò)程中采用恒溫磁力攪拌，使固體微粒均勻、充分懸浮在鍍液中；陽(yáng)極選用規(guī)格為IcmXlcm的鉬片，陽(yáng)極與工件間距離維持在4-5cm，保證兩者間形成穩(wěn)定的鍍液層和保持較為穩(wěn)定的電流密度及電壓。制備納米SiC/Ni復(fù)合鍍液，對(duì)納米SiC顆粒進(jìn)行表面處理后配置納米SiC/Ni復(fù)合鍍液，其中，基礎(chǔ)鍍液選用瓦特型鍍鎳溶液，SiC濃度為6 9g/L ；對(duì)納米SiC顆粒進(jìn)行表面處理包括將納米SiC顆粒放入稀NaOH溶液中煮沸10 30min ；然后放入體積比為1 1 的鹽酸水溶液中進(jìn)行超聲浸泡，超聲功率為300 500W，浸泡時(shí)間為10 20min ；最后用去離子水清洗至中，放入真空干燥箱烘干備用。首先將清洗活化后的Ag-Ni基體作為陰極帶電置于納米SiC/Ni復(fù)合電鍍液中， SiC/Ni復(fù)合鍍液溫度50°C，攪拌速度200rpm，電流密度40Am/cm2，其納米SiC濃度6g/L，電鍍時(shí)間lOmin，Ag-Ni電觸頭基體鍍制上一層均勻的納米SiC/Ni復(fù)合鍍層，然后將所得鍍件快速地置于鍍金液中通電，鍍液溫度40°C，攪拌速度lOOrpm，電流密度30mA/cm2，電鍍時(shí)間15min，在納米SiC/Ni復(fù)合鍍層上鍍制一層均勻的Au鍍層，從而Ag-Ni電觸頭基體得到納米SiC/M和Au雙鍍層，最后將電鍍完畢的鍍件超聲清洗，除去浮在鍍層上的粒子。經(jīng)過(guò)顯微硬度計(jì)和四探針測(cè)試儀對(duì)電觸頭基體上只制備了單層純金鍍層作為對(duì)比例與上述實(shí)施例1得到的本發(fā)明SiC/Ni+Au雙鍍層進(jìn)行顯微硬度和電阻率測(cè)試，硬度測(cè)試加載載荷10g，加載時(shí)間5s，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下表，納米SiC/Ni+Au雙鍍層的硬度為Hv200， 單層純金鍍層硬度為HV150 ；單一純金鍍層試樣電阻率為2. 8μ Ω · cm，實(shí)施例1得到的試樣電阻率為3. O μ Ω ·_。經(jīng)掃描電鏡觀察，實(shí)施例1制備得到的Ag-Ni電觸頭的表面鍍層，其中，所述納米SiC/Ni復(fù)合鍍層厚度為1. 8 μ m，Au鍍層厚度為0.9 μ m。實(shí)施例2 首先將清洗活化后的Ag-Ni基體作為陰極帶電置于納米SiC/Ni復(fù)合電鍍液中，鍍液溫度50°C，攪拌速度200rpm，電流密度50Am/cm2，納米SiC濃度7g/L，電鍍時(shí)間IOmin ； 然后將所得鍍件置于鍍金液中，鍍液溫度40°C，攪拌速度lOOrpm，電流密度25mA/cm2，電鍍時(shí)間20min。最后將電鍍完畢的鍍件超聲清洗，出去浮在鍍層上的粒子。經(jīng)過(guò)顯微硬度計(jì)和四探針測(cè)試儀對(duì)單層純金鍍層和上述實(shí)施例2得到的本發(fā)明 SiC/Ni+Au雙鍍層進(jìn)行顯微硬度和電阻率測(cè)試，硬度測(cè)試加載載荷10g，加載時(shí)間5s，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下表，納米SiC/Ni+Au雙鍍層的硬度為Hv220，單層純金鍍層硬度為HV150 ；單一純金鍍層試樣電阻率為2. 8 μ Ω · cm，實(shí)施例2得到的試樣電阻率為3. 1 μ Ω · cm。經(jīng)掃描電鏡觀察，實(shí)施例2制備得到的Ag-Ni電觸頭的表面鍍層，其中，所述納米SiC/M復(fù)合鍍層厚度為2. 0 μ m, Au鍍層厚度為0. 8 μ m。實(shí)施例3 首先將清洗活化后的Ag-Ni基體作為陰極帶電置于納米SiC/Ni復(fù)合電鍍液中，鍍液溫度50°C，攪拌速度200rpm，電流密度60Am/cm2，納米SiC濃度8g/L，電鍍時(shí)間IOmin ； 然后將所得鍍件置于鍍金液中，鍍液溫度40°C，攪拌速度lOOrpm，電流密度20mA/cm2，電鍍時(shí)間20min。最后將電鍍完畢的鍍件超聲清洗，出去浮在鍍層上的粒子。經(jīng)過(guò)顯微硬度計(jì)和四探針測(cè)試儀對(duì)單層純金鍍層和上述實(shí)施例3得到的本發(fā)明 SiC/Ni+Au雙鍍層進(jìn)行顯微硬度和電阻率測(cè)試，硬度測(cè)試加載載荷10g，加載時(shí)間5s，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下表，納米SiC/Ni+Au雙鍍層的硬度為Hv250，單層純金鍍層硬度為HV150 ；單一純金鍍層試樣電阻率為2. 8 μ Ω · cm，實(shí)施例1得到的試樣電阻率為3. 3 μ Ω · cm。經(jīng)掃描電鏡觀察，實(shí)施例3制備得到的Ag-Ni電觸頭的表面鍍層，其中，所述納米SiC/M復(fù)合鍍層厚度為2. 3 μ m, Au鍍層厚度為0. 8 μ m。實(shí)施例4 首先將清洗活化后的Ag-Ni (銀鎳)基體作為陰極帶電置于SiC/Ni復(fù)合電鍍液中，鍍液溫度50°C，攪拌速度200rpm，電流密度70Am/cm2，SiC濃度9g/L，電鍍時(shí)間IOmin ； 然后將所得鍍件置于鍍金液中，鍍液溫度40°C，攪拌速度lOOrpm，電流密度25mA/cm2，電鍍時(shí)間15min。最后將電鍍完畢的鍍件超聲清洗，出去浮在鍍層上的粒子。經(jīng)過(guò)顯微硬度計(jì)和四探針測(cè)試儀對(duì)單層純金鍍層和上述實(shí)施例4得到的本發(fā)明 SiC/Ni+Au雙鍍層進(jìn)行顯微硬度和電阻率測(cè)試，硬度測(cè)試加載載荷10g，加載時(shí)間5s，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下表，納米SiC/Ni+Au雙鍍層的硬度為HW80，單層純金鍍層硬度為HV150 ；單一純金鍍層試樣電阻率為2. 8 μ Ω · cm，實(shí)施例4得到的試樣電阻率為3. 4 μ Ω · cm。經(jīng)掃描電鏡觀察，實(shí)施例4制備得到的Ag-Ni電觸頭的表面鍍層，其中，所述納米SiC/M復(fù)合鍍層厚度為2. 6 μ m, Au鍍層厚度為1. 1 μ m。上述多個(gè)實(shí)施例說(shuō)明在Ag-Ni電觸頭基體表面與Au鍍層之間加入納米SiC/Ni復(fù)合鍍層作為兩者之間的中間過(guò)渡層可以提高體系的承載能力，而對(duì)最終觸頭的電阻率影響不大。實(shí)施例及對(duì)比例的顯微硬度和電阻率測(cè)試數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種Ag-Ni電觸頭的表面鍍層，其特征在于，在Ag-Ni電觸頭基體表面依次鍍有納米 SiC/Ni復(fù)合鍍層和Au鍍層，所述納米SiC/Ni復(fù)合鍍層作為Ag-Ni電觸頭基體表面與Au鍍層之間的中間過(guò)渡層，其中，所述納米SiC/Ni復(fù)合鍍層厚度為1. 5 2.2 μ m，Au鍍層厚度為 0. 8 1. 5 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ag-Ni電觸頭的表面鍍層，其中，所述納米SiC/M復(fù)合鍍層厚度為1. 8 μ m，Au鍍層厚度為0. 9 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ag-Ni電觸頭的表面鍍層，其中，所述納米SiC/M復(fù)合鍍層厚度為2. 0 μ m，Au鍍層厚度為0. 8 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ag-Ni電觸頭的表面鍍層，其中，所述納米SiC/M復(fù)合鍍層厚度為2. 3 μ m，Au鍍層厚度為0. 8 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ag-Ni電觸頭的表面鍍層，其中，所述納米SiC/Ni復(fù)合鍍層厚度為2. 6 μ m，Au鍍層厚度為1. 1 μ m。
6.一種Ag-Ni電觸頭基體材料表面鍍層的制備方法，其特征在于，由以下步驟構(gòu)成，步驟一首先對(duì)Ag-Ni電觸頭基體進(jìn)行表面清洗、活化處理；步驟二 制備納米SiC/Ni復(fù)合鍍液，對(duì)納米SiC顆粒進(jìn)行表面處理后配置納米SiC/Ni 復(fù)合鍍液，其中，基礎(chǔ)鍍液選用瓦特型鍍鎳溶液，SiC濃度為6 9g/L ；步驟三將Ag-Ni電觸頭基體鍍件帶電置于上述納米SiC/Ni復(fù)合鍍液中進(jìn)行電鍍， Ag-Ni電觸頭基體鍍制上一層均勻的納米SiC/Ni復(fù)合鍍層，其納米SiC/Ni復(fù)合鍍層厚度為1. 5 2. 2 μ m ；然后快速放入鍍金液中通電，在納米SiC/Ni復(fù)合鍍層上鍍制一層均勻的 Au鍍層，Au鍍層厚度為0. 8 1. 5 μ m ；從而Ag-Ni電觸頭基體得到納米SiC/Ni和Au雙鍍層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Ag-Ni電觸頭基體材料表面鍍層的制備方法，其特征在于，納米SiC顆粒粒徑為70 lOOnm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Ag-Ni電觸頭基體材料表面鍍層的制備方法，其特征在于，對(duì)納米SiC顆粒進(jìn)行表面處理包括將納米SiC顆粒放入稀NaOH溶液中煮沸10 30min ；然后放入體積比為1 1的鹽酸水溶液中進(jìn)行超聲浸泡，超聲功率為300 500W， 浸泡時(shí)間為10 20min ；最后用去離子水清洗至中，放入真空干燥箱烘干備用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種Ag-Ni電觸頭的表面鍍層，在Ag-Ni電觸頭基體表面依次鍍有納米SiC/Ni復(fù)合鍍層和Au鍍層，所述納米SiC/Ni復(fù)合鍍層作為Ag-Ni電觸頭基體表面與Au鍍層之間的中間過(guò)渡層，其中，所述納米SiC/Ni復(fù)合鍍層厚度為1.5～2.2μm，Au鍍層厚度為0.8～1.5μm。通過(guò)引入納米SiC/Ni復(fù)合鍍層作為中間過(guò)渡層，可以顯著提高鍍金層硬度，增加鍍層與基體的結(jié)合力，減少鍍層內(nèi)應(yīng)力，而又不影響其導(dǎo)電性。同時(shí)Ni復(fù)合鍍層的制備可以減薄鍍金層厚度，且有效地防止基體元素透過(guò)Au鍍層在表面富集，而造成鍍層失去作用和意義。
文檔編號(hào)C25D15/00GK102443829SQ20111041016
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者劉圣賢, 王丹, 魏強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)