CN104400312B - 一种失效AgSnO2触头材料的表面失效的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本专利涉及了一种失效AgSnO2触头材料的表面失效的修复方法，属于材料表面改性技术领域；针对AgSnO2触头材料服役使用后失效主要集中在合金表面20-100μm，且失效后的表层Ag含量降低，呈现SnO2团聚的情况采用脉冲激光进行重熔修复的方法；采用涂敷法或电沉积法或浸涂法等在失效的触头材料表面涂20-40μm的纯Ag层，然后采用氩气作为保护气体，在脉冲激光工作室内利用脉冲激光对失效AgSnO2触头材料表面进行重熔；最后，将修复后的AgSnO2表面采用机械加工平整即可。本发明修复的AgSnO2触头材料产品性能稳定，操作简单，在表面形成晶粒细小的重熔层，触头材料表层的显微硬度和耐磨性等性能大大提高，且可以实现批量的修复。
Description
技术领域
本发明涉及一种失效AgSnO2触头材料表面修复的工艺方法，该方法是通过采用脉冲激光在失效的AgSnO2触头材料表面形成晶粒细小的重熔层，属于材料表面处理技术领域。
背景技术
AgCdO长期以来以优异的电学性能在中低压电器中被广泛用来作为触头材料，但由于其不符合环保要求而逐渐被其它材料取代。AgSnO2是由Ag和SnO2为主要成分制成的一种金属基复合材料，是目前低压电器中替代有毒的AgCdO的首选环保触头材料。目前AgSnO2触头材料主要通过粉末成型工艺制备。主要包括粉末压制成型、烧结增加强度以及复压以进一步提高密度。为了进一步提高致密度和不同组元之间键合强度往往还要进行挤压成型。挤压锭再经过拔丝、轧制、型锻等可以制成所需的各种形状。AgSnO2触头材料具有优良的抗熔焊性和抗电弧侵蚀性能，但最主要的缺点之一是机械加工性能差，无法满足日益小型化开关的要求；另一个主要缺点就是使用过程中接触电阻过高，降低了电接触的可靠性。因此添加微量金属氧化物（如稀土氧化物等）成为制备与研究AgSnO2触头材料的主流。如谢明等发明了一种银锡氧化物电工触头材料的制备方法（ZL200410079614.X）;王俊勃等通过采用等离子喷涂法在铜基表面制备了纳米复合AgSnO2触头材料（ZL200810231645.0）和采用高能球磨法制备超细惨杂AgSnO2触头材料（公布号：CN103276235A）；黄锡文等公开了一种AgSnO2线材的制备方法（公布号：CN103639232A）；颜小芳等通过拉拔、热处理、多次挤压、镦粗等工艺对AgSnO2触头材料的晶粒进行了细化。因此，AgSnO2触头材料在使用过程中发生失效，主要是由于触头材料的表面率先失效而引起整个失效。究其原因，主要是由于AgSnO2触头材料在服役一段时间后往往在表层富集SnO2，使其抗熔焊性能提高但也伴随着接触电阻升高。SnO2的团聚程度和尺寸对控制最终显微组织即SnO2颗粒在Ag基体中的分布非常重要，因此AgSnO2表面的显微组织和性能显得尤其重要。
脉冲激光表面处理技术是将高能量密度的激光束轰击到材料表面,并采用高速扫描的方式,使材料表面的薄层与基体同时快速熔化、混合，形成厚度为10-1000μm的表面熔化层，表面熔化层再快速凝固，从而提高形核率抑制晶粒长大可以在材料表面获得晶粒细小的组织。脉冲激光表面处理技术在机械制造业中得到很好的应用，如在燃气轮机叶片上、模具上以及各种工具进行表面强化,达到提高其耐热、耐蚀、耐磨等性能。近年来许多研究者正开展利用脉冲激光表面强化技术进行高温合金和功能材料的研究。迄今为止，还未见采用脉冲激光对AgSnO2触头材料进行改性处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过采用脉冲激光设备对AgSnO2触头材料进行表面重熔修复处理方法，从而在AgSnO2触头材料的表面形成一层晶粒细小的重熔层，实现对失效AgSnO2触头材料表面修复。
为了实现上述目的，本专利采用以下技术方案：失效AgSnO2触头材料表面失效的修复方法，包括如下步骤：
1．选取失效的AgSnO2触头材料，如低压断路器的AgSnO2触头材料，在触头材料的表面形成Ag膜。具体采用现有技术中的涂敷法、或电沉积法、或喷涂法等，在触头材料的表面形成20-40μm厚的Ag膜。
2．将上述制备好的AgSnO2触头材料装在配用的夹具上，放入脉冲激光设备的工作室内，并向工作室内通入保护气体；常用的保护气体是惰性或氮气；如选用常用的氩气，打开氩气瓶，对脉冲激光工作室（工作区域）喷射氩气的作为保护气体。
3.启动脉冲激光设备，加载电压，对AgSnO2触头材料的表面进行激光表面重熔修复处理。脉冲激光表面重熔修复处理的主要参数范围：脉冲能量20-30J，脉冲宽度5-6ns,扫描速度10-30mm/s,倾斜角15-25°，离焦量3-5mm。
4.将修复后的AgSnO2表面，采用机械加工平整。
进一步的特征是：采用涂敷法或电沉积法或喷涂法在失效AgSnO2的表面形成20μm的纯Ag层。
脉冲激光表面处理的主要参数范围：脉冲能量20-30J，脉冲宽度5-6ns,扫描速度10-30mm/s,倾斜角15-25°，离焦量3-5mm。
本发明修复的AgSnO2触头材料产品性能稳定，操作简单，在表面形成晶粒细小的重熔层，触头材料表层的显微硬度和耐磨性等性能大大提高，且可以实现批量的修复。
具体实施方式
本发明一种失效AgSnO2触头材料表面失效的修复方法，其特征在于包括如下步骤：
1）选取失效的AgSnO2触头材料，如低压断路器的AgSnO2触头材料，在触头材料的表面，采用涂敷法或电沉积法或喷涂法，在触头材料的表面形成20-40μm厚的Ag膜；
2）将上述制备好的AgSnO2触头材料装在配用的夹具上，放入脉冲激光设备的工作室内，并向工作室内通入保护气体；
3）启动脉冲激光设备，加载电压，对AgSnO2触头材料的表面进行激光表面重熔修复处理。
4）将修复后的AgSnO2表面，采用机械加工平整；按照工艺要求进行机械加工，使触头材料的表面达到要求。
采用涂敷法或电沉积法或喷涂法在失效AgSnO2的表面形成20μm的纯Ag层。涂敷法、电沉积法、喷涂法等，都是先有技术的技术，在此不作进一步说明。
脉冲激光表面处理的主要参数范围：脉冲能量20-30J，脉冲宽度5-6ns,扫描速度10-30mm/s,倾斜角15-25°，离焦量3-5mm。
实施例1：
选取Ag合金粉末，用液体胶或者采用醋酸硅酸盐粘结剂，在AgSnO2触头材料表面粘上一层厚度为40μm的Ag粉末层；将干燥后的合金试样装在配用的夹具上，对合金的表面进行激光表面重熔修复处理。将试样装在配用的夹具上，放入YAGHWLW-600A脉冲激光工作室内，然后向激光聚焦的地方吹保护气体氩气，启动脉冲激光设备，对合金的表面进行激光表面重熔修复处理。重熔后的AgSnO2触头材料表面形成了厚度约200μm，且原来团聚的SnO2在脉冲激光的重熔下重新均匀的分散，实现了修复。脉冲激光表面强化处理的主要参数为：脉冲能量25J，脉冲宽度5ns,扫描速度15mm/s,倾斜角20°，离焦量4mm。对修复后的AgSnO2表面，采用机械加工平整得到。
实施例2：
通过采用AgNO3的电沉积方法在服役失效的AgSnO2触头材料表面制备厚度为20μm的试样。将试样装在专用的夹具上，放入YAGHWLW-600A脉冲激光工作室内，然后向激光聚焦的地方吹保护气体氩气，启动脉冲激光设备，对合金的表面进行激光表面重熔修复处理。脉冲激光表面强化处理的主要参数为：脉冲能量20J，脉冲宽度5ns,扫描速度20mm/s,倾斜角25°，离焦量5mm。将修复后的AgSnO2表面，采用机械加工进行平整，得到表面修复的AgSnO2触头材料。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对于不脱离本发明技术方案的替换/修改均应落入本发明要求保护的范围之中。
Claims (3)
1.一种失效AgSnO2触头材料表面失效的修复方法，其特征在于包括如下步骤：
1）选取失效的AgSnO2触头材料，采用涂敷法或电沉积法或喷涂法，在触头材料的表面形成20-40μm厚的Ag膜；
2）将上述制备好的AgSnO2触头材料装在配用的夹具上，放入脉冲激光设备的工作室内，并向工作室内通入保护气体；
3）启动脉冲激光设备，加载电压，对AgSnO2触头材料的表面进行激光表面重熔修复处理；
4）将修复后的AgSnO2表面，采用机械加工平整。
2.根据权利要求1所述的失效AgSnO2触头材料表面失效的修复方法，其特征在于：采用涂敷法或电沉积法或喷涂法在失效AgSnO2触头材料的表面形成20μm的纯Ag层。
3.根据权利要求1或2所述的失效AgSnO2触头材料表面失效的修复方法，其特征在于：脉冲激光表面处理的主要参数范围：脉冲能量20-30J，脉冲宽度5-6ns,扫描速度10-30mm/s,倾斜角15-25°，离焦量3-5mm。
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