包覆-烧结-塑性变形制备带状纤维强化Ag-Ni、Ag-Fe电触头材料

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电触头材料是接触电器的核心元件,其性能的好坏直接影响接触电器的分断容量、可靠性和使用寿命。Ag-Ni和Ag-Fe复合材料具有良好的导热性和导电性,易加工,易焊接安装,是在中低负载中最广泛使用的两种Ag基假合金材料,但其机械性能和抗电弧性能较差,尤其在浪涌电流中容易出现。因此,本文以Ag-Ni和Ag-Fe电触头材料为研究对象,采用包覆-烧结-塑性变形的方法,获得带状纤维增强的Ag-Ni和Ag-Fe电触头材料,对其制备方法以及塑性变形中的显微组织与性能演变规律进行了系统研究,主要研究内容和结果如下:通过粉末冶金法获得表面均匀包覆的复合粉体,热压后呈三维空间的网状结构,网的厚度随Ag颗粒尺寸的减小而变薄。第二相以网状形式包围在Ag颗粒表面,增强与Ag颗粒的协同变形能力,在塑性变形时,第二相网被撕裂,横截面上呈条形均匀分布,纵截面上呈沿轴向的带状纤维。随真应变的增加,第二相在横截面上的分布趋于均匀弥散,在纵截面上纤维形状趋于细长。同一真应变下,第二相的网越薄,纤维越细长。纤维最长可达1275.69μm。在塑性变形中,Ag基体中萌生大量孪晶界,形成具有小角度取向的位错塞积带亚结构,随真应变增加,部分亚晶界逐渐向大角度品界转变,Ag基体发生再结晶,并表现出较弱的<1 00>丝织构。在结晶过程中,Ag基体倾向于依附在错配度最低的第二相晶面上生长,最终分别在Ag-Ni和Ag-Fe复合材料中形成Ag(111)//Ni(111)和Ag(111)//Fe(110)的界面关系。研究表明,第二相在原始烧结坯中形成网状有利于第二相与Ag基体构成协同变形,随真应变增强,形成较强的丝织构(Ni相和Fe相均形成<100>丝织构)。在相同真应变条件下,减小原始烧结坯中的第二相网的厚度,可以减小变形中第二相内静水压力,从而获得较强的丝织构。此外,当Ni网厚度较薄时,塑性变形形成的带状Ni纤维表现出指向径向的{110}织构,证实了 Ni网形成对载荷传递的增强作用。热挤压样品致密度高达100%,冷拉拔后由于两相弹性模量差异,在样品中缺陷累积造成致密度下降。通过缺陷强化机制增强材料的硬度和强度。定向带状纤维减小电流传导路径上的界面散射,材料导电率随真应变增加而提高。真应变η=6.03时,Ag-Ni和Ag-Fe电触头材料电导率均达到97%IACS(ASTM:导电率≥75.0%IACS)。在熔池中,带状第二相纤维一端钉扎在固相Ag基体中,另一端伸入熔池,通过毛细作用稳定熔池,因而均表现出低而稳定的材料损失,尤其是Ag颗粒尺寸为180~250 μm的Ag-Ni材料,2万次接触后材料损失仅为0.2 mg。本研究所制备的电触头可应用于中低负载中。
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