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低银(Cu,La)复合掺杂Ag/SnO2材料的制备及抗熔焊性能分析

更新时间:2016-07-05

0 引 言

Ag/SnO2作为一种新型环保电接触材料,被广泛应用在开关和继电器等低压电路中,其中利用掺杂和热挤压工艺制备的Ag/SnO2电接触材料,由于具备良好的抗熔焊性能,得到更为广泛的应用[1-3].但Ag/SnO2电接触材料脆性大,成型性差,因此热挤压加工时,银用量大都在88%以上,成本较高;当银用量低于88%时,热挤压工艺加工困难,需采用复压和热压工艺加工,易造成氧化物在银基体中分布不均匀,降低电接触材料的使用性能[4].同时,电接触材料的失效主要是由过载大电流引起,现有研究多为模拟小电流下熔焊分析[5-8],大电流条件下电接触材料破坏性抗熔焊性能的研究较少见.故而,尝试热挤压工艺制备银含量82%电接触材料,并研究大电流条件下低银电接触材料的熔焊性能非常必要.

本文利用高能球磨和热挤压工艺制备银含量82%的Ag/SnO2电接触材料,同时采用相同工艺制得银含量88%的掺杂Ag/SnO2电接触材料.将这两种材料配对,模拟电接触材料实际使用状态,在2500A交流电条件下进行破坏性熔焊实验,测试低银掺杂Ag/SnO2电接触材料大电流条件下抗熔焊性能,并研究电接触材料熔焊测试前后材料的形貌及物相结构变化.

1 实 验

1.1 试剂与仪器

1.1.1 试剂 二氧化锡(SnO2,分析纯,中国派尼化学试剂厂);三氧化二镧(La2O3,分析纯,中国医药公司上海试剂供应站);氧化铜(CuO,分析纯,天津市登峰化学品有限公司);无水乙醇(CH3CH2OH,分析纯,天津市天力化学试剂有限公司);银粉(Ag,纯度3N,国药集团化学试剂有限公司).

1.1.2 仪器 BS110S型电子天平(北京多利斯天平有限公司);QM-3B型高速摆振球磨机(南京南大仪器有限公司);WXQM-20型球磨机(南京南大仪器有限公司);箱式电阻炉(上海雷韵公司);涡流无损电导仪(厦门鑫博特科技公司);MH-3型维氏数字显微硬度计(上海上光仪器厂);JEQL-6700F型扫描电镜(日本电子株式会社);XRD-7000型X-射线衍射仪(日本岛津制作所);H-7650型透射电镜(日本日立高新技术公司).

1.2 材料的制备

La2O3、CuO和SnO2按质量比为1∶4.6∶65.9混合后,按球料质量比20∶1放入高速摆振球磨机球磨罐中,转速1 200 r/min,以无水乙醇为助磨剂,高速球磨2 h后筛分、晾干得到复合掺杂SnO2粉体.然后,将银粉和制得复合掺杂SnO2粉体分别按质量比82∶18和88∶12球磨8 h混合,即得到Ag/SnO2复合粉体.然后将Ag/SnO2复合粉体经热挤压成型制得复合掺杂Ag/SnO2电接触材料,具体制备过程见文献[9].

1.3 测试方法

采用阿基米德排水法测量所制电接触材料的密度,涡流无损电导仪测量材料的电导率,MH-3维氏显微硬度计测试材料的硬度.采用扫描电镜和透射电镜(操作电压300keV,掺杂氧化锡粉末超声分散于乙醇中,并沉积与多孔碳膜上)观察试样的显微组织.制得的电接触材料分别焊接在铜基座上,将银含量82%的Ag/SnO2电接触材料与银含量88%的Ag/SnO2电接触材料配对,在空气气氛、2500A交流电下开闭六次进行抗熔焊破坏性实验,并利用扫描电镜和X-射线衍射仪分析熔焊前后样品的形貌及物相结构.

2 结果与分析

2.1 复合掺杂SnO2微观形貌

[4] WANG J,LI D M,WANG Y P.Microstructure and properties of Ag-SnO2 materials with high SnO2 content[J].Journal of Alloys and Compounds,2014,582:1-5.

图 1 (Cu,La)复合掺杂SnO2纳米颗粒的TEM图谱 Fig.1 TEM image of the (Cu,La) co-doped SnO2 nano-particles

2.2 复合掺杂Ag/SnO2材料的性能及微观形貌

因此,本文选取京津冀、长三角和珠三角三个典型城市群的城镇居民生活用电为研究对象,结合经济社会发展因素,从城镇居民生活用电现状和影响因素出发,将能源强度和产业结构因素纳入模型,分析三大典型城市群城镇居民生活用电趋势和规律,比较经济发展水平相近的城镇地区的居民生活用电影响因素贡献度差异,拟为优化居民生活能源消费结构和完善城市群用电市场提出建议。

1 复合掺杂Ag/SnO2电接触材料的性能

Table 1 Properties of co-doped Ag/SnO2 contact material

含银量/%密度/(g·cm-3)电导率/%IACS硬度/HV889 704175 0104 2829 607771 7106 1

热挤压过程中,在三向挤压力作用下,氧化物颗粒在银基体中发生相应的流动,并适当的调整位向,不断地嵌入到银基体中[10-11],形成空间立体网状结构,氧化物微粒位于银基体包覆的网格中,有效改善了银基体和氧化物微粒的界面结合状态[12],氧化物的弥散强化大大提高了Ag/SnO2电接触材料的硬度.银含量降至82%后,氧化物的弥散强化效果更好,电接触材料的硬度进一步提高;同时,电接触材料中银基体以立体网状结构相互连接,使电导率下降较小.

复合掺杂Ag/SnO2电接触材料的密度、电导率及硬度如表1所示.从表1可以看出,相对于银含量88%的复合掺杂Ag/SnO2电接触材料,银含量降至82%后,材料的硬度有所提高,但密度、电导率均稍有降低.

复合掺杂Ag/SnO2电接触材料FESEM形貌如图2所示,亮色物质为银基体,暗色物质为氧化物.由图2(a),2(b)可以看出,热挤压工艺制得的Ag/SnO2电接触材料,氧化物在银基体中分布较均匀,没有明显的团聚现象;银含量降至82%后,富银区大大减少.

1.1 研究对象 选择2017年6月-2018年6月在安徽医科大学附属安庆医院心血管内科住院的绝经后女性患者,经冠脉造影术确诊为冠心病的患者60例作为观察组,平均年龄(63.4±6.8)岁。另选绝经后女性患者,经冠脉造影术确诊为非冠心病的患者40例作为对照组,平均年龄(60.9±5.2)岁。采集其年龄、绝经年龄、体质指数(BMI)、体表面积(BSA)、血压、糖尿病史及吸烟史。

结合我国目前涉农税收优惠政策,根据优惠政策在实际税收执行过程中存在的问题提出完善我国涉农税收优惠政策的建议,以期更好地促进农业企业发展和提高相应人员生活水平。

(a) 含银量88% (b) 含银量82% 图 2 Ag/SnO2电接触材料的FESEM图片 Fig.2 FESEM image of Ag/SnO2 contact material

2.3 抗熔焊性能分析

2500 A交流电熔焊测试后银含量82%和88%复合掺杂Ag/SnO2电接触材料的工作面微观组织见图3和图4.由图3,4可以看出,熔焊测试后样品表面没有银液滴及气孔出现,氧化物在银基体内分布均匀,没有明显团聚;相对于银含量82%的Ag/SnO2电接触材料,熔焊检测后,银含量88%的Ag/SnO2电接触材料表面氧化物的含量相对于熔焊实验前明显减少.

(a) 放大25倍 (b) 图(a)中的1放大10 000倍 图 3 银含量82%的Ag/SnO2电接触材料熔焊试验后表面形貌 Fig.3 FESEM images of Ag/SnO2 contact material with silver content 82% after welding test

(a) 放大25倍 (b) 图(a)中的1放大10 000倍 图 4 银含量88%的Ag/SnO2电接触材料熔焊试验后表面形貌 Fig.4 FESEM image of Ag/SnO2 contact material with silver content 88% after welding test

熔焊实验后复合掺杂Ag/SnO2电接触材料的纵剖面微观组织示意图见图5和图6.由图5,6可以看出,银含量82%的Ag/SnO2电接触材料熔焊检测后,材料整个剖面组织分布比较均匀,没有氧化物的明显团聚,电接触材料、覆银层和铜基座层次分明,界面结合良好.而银含量88%的Ag/SnO2电接触材料熔焊检测后,电接触材料出现严重烧蚀,绝大部分损失殆尽;铜基体上覆银层和电接触材料之间的界面已经消失,融合为一体,且与铜基体界面出现烧蚀变形.将图5(a)和图6(a)对比可以看出,银含量降至82%后,电接触材料在电弧高温下损失明显减少.

(a) 放大25倍 (b) 图(a)中的1放大10 000倍 图 5 银含量的82%Ag/SnO2电接触材料熔焊试验后纵剖面形貌 Fig.5 Vertical-sectional image of Ag/SnO2 contact material with silver content 82% after welding test

(a) 放大25倍 (b) 图(a)中的1放大10 000倍 图 6 银含量的88%Ag/SnO2电接触材料熔焊试验后纵剖面形貌 Fig.6 Vertical-sectional SEM image of Ag/SnO2 contact material with silver content 88% after welding test

图 7 复合掺杂Ag/SnO2电接触材料熔焊前(a)和后(b)表层XRD谱图 Fig.7 XRD patterns of co-doped Ag/SnO2 contact material before(a) and after(b) welding test

2.4 材料表面物相分析

图7为银含量82%的复合掺杂Ag/SnO2电接触材料熔焊前、后试样表面XRD图谱.从图7可以看出,熔焊后试样表面的银基体没有发生氧化反应,四方晶系的SnO2转化为SnO.利用Scherrer公式估算电接触材料中银基体的晶粒尺寸,利用布拉格公式计算晶格畸变,发现熔焊测试前,图谱中没有氧化铜和氧化镧的波峰出现,说明微量的铜和镧固溶于SnO2晶格中,且没有改变SnO2的晶体结构[13];立方晶系的银基体晶粒大小为225 nm,晶格畸变为0.167 9%;熔焊测试后,银基体晶粒稍有长大,沿(220)晶面出现择优生长,晶粒长大至403 nm,晶格畸变基本消失.

产生这些现象的原因可能是由以下几个方面共同作用产生的.首先高能球磨制备的复合掺杂SnO2粒径达到纳米尺寸,形状不规则,具有较高的表面能,提高了SnO2粒子与银基体的亲和性.银含量降至82%后,经球磨混粉,SnO2颗粒在银基体中形成弥散分布,热挤压过程中银基体发生大塑性变形,提高了材料的变形储能,促进了银基体亚晶的形成;同时SnO2颗粒的弥散分布阻碍亚晶界的迁移运动,抑制了亚晶的长大[14],并在不断变形过程中破碎为微米晶,大大提高了Ag/SnO2电接触材料的硬度,进而增强了电接触材料的耐磨损能力.

其次在电弧高温作用下,电接触材料表面快速熔化,铜元素和镧元素作为掺杂元素,明显改善银基体与SnO2的润湿性,阻止了SnO2颗粒从银基体中逸出[15-18],使SnO2微粒在银熔池中形成均匀的固/液悬浮液胶体分散体系,提高了体系的热稳定性;且使银熔池的粘度大大增加,防止了银液体的喷溅和汽化.同时镧元素的添加细化了纳米SnO2晶粒,起到了散弧效果[19];且镧元素添加可明显降低SnO2的电阻[13],有效降低电接触材料的温升,阻止了银液体的喷溅.电弧高温作用下,均匀包覆于银基体网格内的SnO2颗粒吸收热量发生了如下分解反应:

SnO2SnO+1/2O2

(1)

生成SnO,并放出氧气,这与文献[20]的模拟电弧测试结果相符,有效地抑制了SnO2颗粒附近温升,使电接触材料迅速冷却,防止了银在高温下的氧化,消除了电接触材料表面因热应力产生的裂纹.但SnO为不稳定相,在下一次触头升温过程中重新和空气中氧气反应,生成SnO2.上述反应在电接触材料通断过程中反复进行,有效地降低了电接触材料表面的温升,提高了电接触材料的抗熔焊能力.

4)浮动核电站可以采用单个反应堆或多个反应堆运行,以满足不同用户需求.在采用多个反应堆运行时,如果不同反应堆二回路系统间存在联合运行的工况,那么控制系统总体设计时需考虑设置协调控制系统,防止出现反应堆之间的 “抢负荷”现象.

银含量降至82%后,一方面分布于银基体网格中的纳米氧化物粒子大大减少了银基体间的结合面积,有效地阻止了银基体晶粒的长大;另一方面增加的氧化锡微粒在电弧高温下吸热分解使触头材料迅速降温,阻止了银基体晶粒的长大,抑制了银基体的局部富集,保持了银基体的细晶强化效果,在防止电接触材料温升过高的同时提高了触头材料强度.而且电接触材料中复合掺杂氧化锡纳米粒子与银基体具备优异的润湿性,高温下银熔池的粘度大大增加,具备更好的热硬性,大大改善了电接触材料高温下的耐磨损能力,进而提高了电接触材料的抗熔焊性能.

3 结束语

不再犹豫,做个顶天立地的男子汉,我已学会当机立断,就算那条蜀道再难,我相信,我必能用那把“果断”之剑,杀向青天之上那个叫“成功”的终点!

[14] Lee B, Gordon P., “Urban Spatial Structure and Economic Growth in US Metropolitan Areas”, Working Paper, 2007.

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本文采用高能球磨和热挤压工艺制备了银含量82%的(Cu,La)复合掺杂Ag/SnO2电接触材料,熔焊测试后电接触材料表面的SnO2转化为了SnO;氧化物在银基体中分布均匀,没有出现团聚,具备优异的抗熔焊性能.结果表明,银含量的降低,既可节约成本,同时又能提高材料的抗熔焊性能.

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制得复合掺杂SnO2粉体的微观形貌如图1所示.从图1可以看出,制备的复合掺杂SnO2粉体颗粒分布均匀,尺寸为50~100 nm,并以松散的形式团聚在一起.

1.11 统计学分析 应用SPSS22.0软件对数据进行统计学分析,计量资料以(±s)表示,多组间对比采用单因素方差分析,两两对比采用q检验,P<0.05为差异有统计学意义。

以全路幅的摊铺方式为例,施工人员需将摊铺作业的温度控制在150~160℃之间,并控制好纵横接缝部位的余料。

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由于环境中Na和Ca含量高,样品处理过程中非常容易沾污。因此,超纯水需要使用现接的水,样品前处理与相应的测定也需尽快完成。

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融资租赁是一种新的融资方式,对解决投资资金短缺、设备更新等方面都发挥着很重要的作用。但受到相关因素的影响,融资租赁业发展还处在一些不足之处,一些优势还未得到有效发挥。在现在这样一个经济迅猛发展的时代,我们应该认识到融资租赁的积极作用,加快融资租赁业的发展。

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在此基础上,该站借助于公司信息平台的支撑,建立了加油站专属程序,固定VIP客户可以进行加油预约服务。通过预约服务,136站高标号汽油消费同比增长了15%。

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供应不足的大环境,为整个尿素行情提供了长久而稳固利好支撑。随时间的推移,环保力度不断升级,尿素企业的生产阻力不断增大,开工率也难有起色。一些前期检修的企业,仍旧没有复产的消息,而山东、河北、内蒙古等地区部分企业已经出现停产、减产的情况。

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《纺织高校基础科学学报》2018年第01期文献

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