agsnbi合金粉末的制備及內氧化

1agsn合金的內氧化由于良好的抗電蝕性、抗焊接性和抗直流性，agsdo接觸材料是最有可能成為代替agcdo的新材料。從國內外的研究來看,AgSnO2的制備方法主要有合金內氧化法和粉末冶金法。前一種方法制備的材料性能較好,但當Sn含量較高時,即合金中Sn>6%(質量分數)時,半成品內氧化效率急劇降低,時間延長,使AgSn合金的內氧化異常困難。因為高溫氧化時,Sn原子的反擴散速度很大,并形成致密的氧化物膜,阻礙O2的深入擴散和內氧化過程。添加適量的第二和第三元素,可使Sn原子的擴散速度和O2的擴散速度趨于平衡。應當指出的是,若添加量過少,起不到抑制Sn原子的反向擴散和細化氧化物的作用;若添加量過大,有的添加元素的氧化物會在晶界析出或呈層狀析出,在表面產生氧化物堆積,引起接觸電阻上升。因此,為改善AgSn合金的內氧化特征,添加元素選配要恰當,添加量要適當。目前開發的AgSnO2材料幾乎都含有添加劑,有研究指出,影響銀金屬氧化物觸頭材料性能的因素主要有氧化物組分的分布及熱穩定性和液態銀對氧化物組分的潤濕性。對AgSnO2來說,SnO2的熱穩定性較高,但由于液態Ag對SnO2的潤濕性差,降低了AgSn合金的內氧化速度。通過添加劑改善銀對第二相的潤濕性,有效防止第二相與基體的分離,減少第二相在觸頭表面的聚集,提高內氧化速度及細化合金組織。根據文獻介紹在AgSn合金中添加適量的In,可使內氧化順利進行。這種工藝比較成熟,我國已經制定相關國家標準GB13397—1992,即《合金內氧化法銀金屬氧化物電觸頭技術條件》,但In很貴,制造成本高。Bi可改善Ag對SnO2顆粒的潤濕性,使SnO2重新分布于基體中形成細胞狀結構,而非聚集于表面形成氧化物層,因此能否將Bi加入AgSn中以提高內氧化速度并改善其性能,一直是我們想探索和研究的問題之一。為此,本文選擇Bi作為添加元素,采用機械合金化技術制取合金粉末,然后再將粉末內氧化,研究Bi對AgSn內氧化速度以及顯微組織結構的影響。2實驗2.1初篩wh-4001-50本實驗所用的Ag的純度為99.96%,Sn的純度為99.8%,Bi的純度為99.85%。將一定配比的合金粉末放在WH-8401-50型多功能電動攪拌器中研磨,研磨時間為10h,然后再用WQL(LKY-2)微型顆粒測定儀測定粒度,直到粉末完全通過400目篩網(粒度<38μm)為止。將研磨后的合金粉末放在ZK-50S型的真空干燥箱中干燥,即可制得所需的合金粉末。所得合金粉末的化學成分見下表。2.2期內氧化+ndfwsf在分析天平上分別稱取編號為1#、2#、3#、4#、5#合金粉末各12g,然后將合金粉末壓制成型、燒結、致密化加工后分別放在五個相同的瓷燒盤里,再將其置于電阻爐中在大氣氣氛中進行粉末內氧化,恒溫保溫一段時間后,取出,置于大的冷鐵板上快冷,然后再稱重,兩次稱重之差,即為合金粉末在保溫過程中的增重。內氧化溫度分別為650℃、700℃和750℃。2.3顯微組織觀察采用內氧化物增重法研究Bi對AgSn合金粉末內氧化性能的影響。顯微組織觀察。利用PhilipsXL30W/TMP型SEM掃描電子顯微鏡觀察試樣顯微組織及形貌,并用其EDAX能譜分析儀進行微區成分分析。3結果與討論3.1bi含量對合金內氧化速度的影響不同Bi含量的合金粉末在不同溫度下內氧化增重的平方與時間的關系如圖1所示。從圖1可以看出,在內氧化初期,合金內氧化增重的平方與內氧化時間成正比,并且隨Bi含量的增加,內氧化溫度升高,內氧化速度顯著提高。由測試結果可知,5#AgSnBi合金在內氧化溫度為750℃時氧化速度最快,氧化增重量最大,即5#AgSnBi合金的內氧化最完全。3.2agsn合金的“4-2e-3o-四氫化反應AgSn合金粉末本身的內氧化是較為緩慢的。由于Sn和SnO2的結晶結構都是四方形,Sn和SnO2晶胞體積非常接近,內氧化時生成的SnO2容易形成致密氧化膜,阻礙氧原子進一步向內擴散。隨內氧化的進行,在化學位的作用下,顆粒內部的Sn原子將向SnO2擴散,并與氧原子結合,致使錫的氧化層增厚。隨著錫的氧化層厚度的增加,氧原子的擴散更加困難,從而降低了AgSn合金的內氧化速度。添加Bi到AgSn合金后,由于Bi和氧的親和力較錫大,Bi將先于Sn捕捉到氧原子,在Ag基體中首先形成(2Bi+3O)原子團。擴散進來的氧原子與Bi2O3周圍的Sn結合,生成SnO2。由于Bi2O3的存在,SnO2不能形成致密的氧化膜,錫原子也來不及向外擴散就能與氧結合析出,因此使AgSnBi合金的內氧化速度顯著加快。3.3agsnbi材料的x射線衍射分析對5#AgSnBi合金粉末和純Ag粉進行X射線衍射分析,其衍射圖譜分別如圖2和圖3所示。對其中5#AgSnBi合金粉末在750℃氧化后得到的AgSnO2-Bi2O3進行X射線衍射分析,所得衍射譜線如圖4所示。對圖2的衍射譜線進行物相分析發現:不存在Sn和Bi的譜線,只存在Ag的衍射峰,但與圖3中純Ag的衍射峰對照發現,AgSnBi合金粉末衍射角發生了偏移,并且衍射峰變寬。由此斷定,Sn和Bi在Ag中形成固溶體。對圖4中的衍射譜線進行物相分析發現:合金粉末中出現了SnO2和Bi2O3的衍射譜線。對照圖3中純Ag的衍射譜線發現,合金粉末中Ag的衍射譜線與純Ag吻合得很好。由此可推斷,AgSnBi合金粉末的氧化效果良好,合金粉中的Sn和Bi完全氧化成SnO2和Bi2O3。3.4agsno2-bi2o3材料的組織將1#AgSn合金粉末和5#AgSnBi合金粉末分別在內氧化溫度為750℃下于大氣中氧化后得到AgSnO2和AgSnO2-Bi2O3。利用PhilipsXL30W/TMP型掃描電鏡觀察試樣顯微組織及進行形貌分析。試樣的顯微組織照片分別如圖5和圖6所示。從圖5和圖6對比可以看出:AgSnO2電觸頭表面組織不均勻,有許多黑色的SnO2聚集區,這是由于Ag對SnO2的潤濕性差,導致氧化物顆粒分布不均勻;而AgSnO2-Bi2O3電觸頭材料,SnO2和Bi2O3彌散分布于銀基體中,無明顯的團聚現象,且顆粒間距比較小。這是由于Bi2O3提高了Ag對SnO2的潤濕性,使SnO2重新分布于基體中形成細胞狀結構,而非聚集于表面形成氧化物層。總之,Bi2O3改善了Ag對SnO2的潤濕性,使SnO2和Bi2O3以顆粒的形式均勻彌散分布于基體上,且