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为寻求替代有毒性的Ag/CdO电接触材料,环保型金属氧化物增强银基电接触材料的制备工艺及其应用性能分析技术日趋成熟。环保型Ag/SnO2电接触材料在环保、抗熔焊与耐电弧侵蚀性能较为优异而成为研究热点,但其存在的延展性差、常温不易加工且接触电阻偏大、温升过高等不良因素制约其进一步发展。为解决上述技术难点,欧美及日本等国的品牌公司相继开发了 Ag/SnO2-In2O3与低成本的掺Bi2O3的Ag/SnO2电接触材料商业化产品;而我国在掺Bi2O3的Ag/SnO2电接触材料的制备工艺改进、商业化产品开发上仍处于实验室小批量制造阶段,离性能稳定批量产业化、商业化制造水平还有较大距离。基于此,本文以熔炼-雾化技术制得的AgSnBi雾化合金粉体为前驱体,采用自蔓延反应机械合金化、粉末冶金等制备技术系统研究关键工艺参数对Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料的微观结构、物理性能及电寿命服役性能的影响规律;分析研究Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料的应力-应变关系并构建其热加工工艺图。通过材料配方设计、工艺优化及电寿命试验等技术制备出具有良好物理性能及电寿命服役性能的Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料。具体研究内容如下:(1)采用熔炼-雾化技术可控制备出平均粒径10μm的AgSnBi雾化合金粉体,并通过自蔓延反应机械合金化技术制备Ag/SnO2-Bi2O3复合中间体,重点考察氧化温度、氧化转速、铋含量等工艺参数对Ag/SnO2-Bi2O3复合粉体的氧化行为、微观结构、相变演化过程及其物理性能的影响规律。研究结果表明:AgSnBi的氧化速率随着氧化温度的升高先快速增加而后趋于平稳,于700～800℃范围内获得较大氧化速率,实现完全氧化;随着氧化转速的增加,AgSnBi合金粉体(Bi百分比含量11.01wt.%)氧化增重与自蔓延(SHS)氧化速率均呈逐渐上升趋势,于300rmp条件分别达到99.02%和85.27%。AgSnBi合金粉体的相变演化过程为Sn相先于O结合生成SnO2相,之后Ag4Sn相与O结合生成Ag相和SnO2相,最终完成整个氧化过程。(2)采用机械合金化制备技术重点考察球磨转速、颗粒粒径、成型-烧结工艺等主要因素对Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料微观结构、金相组织及物理性能等影响规律。同时开展Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料的高温蠕变行为研究,重点考察变形温度及应变速率等工艺因棄对Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料的应力与应变关系规律,构建了 Ag/SnO2-Bi203电接触材料的热加工工艺图。研究结果表明:不同球磨转速与颗粒粒径对Ag/SnO2-Bi2O3复合粉体的微观形貌与物相组成影响不大,形貌上均为团聚颗粒形态,物相上由Ag与SnO2构成,未检测到Bi相;随着成型压力的增加,不同颗粒粒径下Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料的电阻率、硬度、密度均呈上升趋势。在最优成型压力1200MPa条件下制得的不同颗粒粒径Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料获得平均电阻率2.35μΩ·cm、平均硬度值70～80HV0.5、平均密度为 9.283g·cm-3～9.425g·cm-3。于烧结温度 900℃≤Ts≤920℃,Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料的电阻率、硬度及密度达到最佳值,分别为2.30～2.45μΩ·cm、74.3～78.2HV0.5 及 9.286～9.352g/cm3。由 Ag/SnO2-Bi2O3 材料的应力-应变关系曲线分析得出:在形变温度800℃～850℃,应变速率0.01～0.1S-1,应变-0.7条件下,Ag/SnO2-Bi2O3材料拥有最佳的高温流变性能。(3)采用电寿命试验机对Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料进行电寿命性能研究,对比研究分断次数、颗粒粒径等工艺因素对Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料的电寿命性能影响规律及其抗电弧侵蚀机理。Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料动触头的质量损失(Am)随颗粒粒径的增加呈逐渐下降趋势,颗粒粒径9.83μ 材料的动触头质量损失△mD达到最大值为-0.0192g;颗粒粒径6.89 μ m材料的静触头质量损失△mJ达到最大值为-0.0192g。相比于开断状态,闭合状态下Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料经电弧侵蚀后平均燃弧时间(≈68ms)和燃弧能量(≈5000mJ)远高于开断状态的平均燃弧时间(≈23ms)与平均燃弧能量(≈1000mJ)。在开断/闭合状态下,颗粒粒径对Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料的起始燃弧时间与起始燃弧能量影响显著。相比于开断状态,在闭合状态下Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料具有更高的起始燃弧时间与起始燃弧能量。Ag/SnO2-Bi2O3电接触材料动静触头的电弧侵蚀形貌主要以花状及少量棒状结构的微观形貌、富银流动区、弧坑、孔洞、微裂纹、白色絮状颗粒等特征,经SEM/EDS分析得出微裂纹扩展机制为沿着Sn含量高的区域继续裂纹扩展。