本發明涉及熔體合金領域，具體地說，是一種適用于熔斷器的高強抗氧化熔體合金材料及其制備方法。
背景技術：
：隨著社會經濟的不斷發展，電子設備得到廣泛應用，熔斷器的需求也隨之增加。熔斷器是根據電流超過規定值一段時間后，以其自身產生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開；運用這種原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應用于高低壓配電系統和控制系統以及用電設備中，作為短路和過電流的保護器，是應用最普遍的保護器件之一。熔斷器一般由絕緣底座或支持件、觸頭、熔體等組成，熔體是熔斷器的主要工作部分，熔體相當于串聯在電路中的一段特殊的導線，當電路發生短路或過載時，電流過大，熔體因過熱而熔化，從而切斷電路。熔體材料具有相對熔點低、特性穩定、易于熔斷的特點。其中，熔體材料大多采用鉛錫合金、鍍銀銅片、鋅、銀等金屬。由于熔斷器是一次性用品，而白銀是天然的貨幣，用純銀作為熔體材料，成本較高，同時，鉛對人體和環境有較大的危害。申請號為200380100152.9的發明專利公開了sn-bi-in合金熔體，該熔體強度較低，容易發生變形，熔體的變形會導致熔體電阻發生變化，從而影響熔體的使用性能。另一方面，熔體要長期暴露在空氣中，為了防止合金熔體因氧化而影響熔體的電阻，亟需對合金熔體的抗氧化性能進行提升。技術實現要素：本發明的主要目的在于提供一種高強抗氧化合金材料及其制備方法，以解決現有技術的不足，提高熔體合金材料的強度和抗氧化性，從而有效避免合金熔體因強度不高而變形，以及因氧化而影響熔體電阻的問題。為達到以上目的，本發明采用的技術方案為：一種高強抗氧化合金材料由芯部和鍍銅層組成，其中，所述芯部由以下重量百分比含量的組分組成：錫42％～45％、銅13％～16％、鋁0.5％～1.2％、鎂1.2％～1.8％、鈧0.2％～0.5％、不可避免雜質含量≤2wt％，其余為鐵。根據本發明的一實施例，鍍銅層的厚度為0.10～0.15mm。一種高強抗氧化合金材料的制備方法，其包括步驟：(a)芯部成型，將相應質量百分比的鐵、銅、鋁、鎂混合均勻，形成混合料；將錫加熱到520～550℃，加入鈧攪拌均勻后再加入混合料，再次攪拌均勻后加入到成型模具中，溫度降到150℃以下，得以把合金材料從模具中取出，完成成型，得到芯部毛坯；(b)芯部致密，將芯部毛坯放入加壓模具中，連加壓模具一起加熱到210～220℃，然后對加壓模具內的芯部毛坯進行加壓，壓強為5mpa～8mpa，保壓10～15min，冷卻到室溫，取出芯部毛坯；(c)去應力，將步驟(b)中得到的芯部毛坯，加熱到90℃～110℃，保溫60～80min，然后冷卻到室溫；以及(d)銅層電鍍，對步驟(c)中得到的芯部毛坯的表面進行電鍍銅，鍍銅層的厚度為0.10～0.15mm。根據本發明的一實施例，所述步驟(a)的芯部成型和所述步驟(b)的芯部致密在氫氣環境下完成，氫氣壓強不大于6000pa。根據本發明的一實施例，所述步驟(a)中的鐵、銅、鋁、鎂、鈧為粉體，粒度不大于350目。本發明同現有技術相比，主要具有以下優點和有益效果：(1)在芯部材料中，錫為低熔點金屬，熔點約231℃，容易熔化和熔斷，銅的導電性能良好，加入銅使得合金熔體在未熔斷時有良好的導電性能，此外，銅的加入還可以提高合金熔體的強度；鐵的加入，使得合金熔體在受到較大電流時，熔體內部局部溫度較高，這時鐵可以和錫形成合金，銅可以和鋁形成合金，鎂可以和錫形成合金，電阻變大，從而加速合金熔體的熔斷，另外，鐵的加入，還可以降低合金熔體的成本；(2)在制備步驟(a)中，將sn加熱到520～550℃，遠遠高于sn的熔點，得以提高sn的活性，從而提高sn與cu、fe的結合，由于sn在550℃以上會與fe形成金屬化合物，因此加熱溫度應不大于550℃；所述步驟(a)和步驟(b)需在氫氣環境下完成，氫氣壓強不大于6000pa，是由于sn、fe在溫度較高時，會生成氧化物，生成的氧化物會影響合金熔體的性能；加入的sc能夠和氧及雜質反應，凈化基體，另外少量的氫氣可以與fe、cu等表面附著的氧進行反應，除去表面上的氧；(3)在制備步驟(b)中，將芯部毛坯放入加壓模具中，加熱到一定溫度再加壓，得以提高合金熔體的致密度，達到進一步提高強度的目的；(4)在制備步驟(c)中，去應力得以去除合金熔體內部的應力，從而延長合金熔體的使用壽命；(5)由于在sn的表面很難直接鍍銅，在芯部中加入的cu、fe，都和電鍍銅有良好的親和性，可以改善合金熔體的電鍍性能，加入cu、fe后得以直接在合金熔體的芯部上進行電鍍；其中，鍍銅層得以有效防止合金熔體氧化，避免長期暴露在空氣中而氧化，從而影響熔體電阻；鍍銅層不能太厚，太厚會導致合金熔體很難斷；也不能太薄，鍍層太薄，在運輸或使用的時候，銅層容易磨光；此外，由于銅的強度大于錫的強度，鍍銅層也得以增加合金熔體的強度。具體實施方式以下描述用于揭露本發明以使本領域技術人員能夠實現本發明。以下描述中的優選實施例只作為舉例，本領域技術人員可以想到其他顯而易見的變型。實施例1一種高強抗氧化合金材料由芯部和鍍銅層組成，其中，所述芯部由以下重量百分比含量的組分組成：錫42％、銅15％、鋁1.0％、鎂1.2％、鈧0.2％、不可避免雜質含量2wt％，其余為鐵。所述高強抗氧化合金材料的制備方法包括步驟：(a)芯部成型，按照配比把fe、cu、al、mg混合均勻，形成混合料；把sn加熱到520℃，加入sc攪拌均勻后再加入混合料，再次攪拌均勻后加入到成型模具中，溫度降到150℃以下時，可以把合金材料從模具中取出，完成成型，得到芯部毛坯，本步驟在氫氣環境下完成，氫氣壓強不大于6000pa；本步驟加入的fe、cu為粉體，粒度不大于350目；(b)芯部致密，把芯部毛坯放入加壓模具中，連加壓模具一起加熱到210℃，然后對加壓模具內的芯部毛坯進行加壓，壓強為5mpa，保壓10，然后冷卻到室溫，取出芯部毛坯，本步驟在氫氣環境下完成，氫氣壓強不大于6000pa；(c)去應力，把(b)中得到的芯部毛坯，加熱到90℃，保溫60min，然后冷卻到室溫；(d)銅層電鍍，把步驟(c)中得到的芯部毛坯，在表面進行電鍍銅，鍍銅層厚度為0.10mm。實施例2一種高強抗氧化合金材料由芯部和鍍銅層組成，其中，所述芯部由以下重量百分比含量的組分組成：錫43％、銅14％、鋁0.8％、鎂1.6％、鈧0.5％、不可避免雜質含量1.8wt％，其余為鐵。所述高強抗氧化合金材料的制備方法包括步驟：(a)芯部成型，按照配比把fe、cu、al、mg混合均勻，形成混合料；把sn加熱到530℃，加入sc攪拌均勻后再加入混合料，再次攪拌均勻后加入到成型模具中，溫度降到150℃以下時，可以把合金材料從模具中取出，完成成型，得到芯部毛坯，本步驟在氫氣環境下完成，氫氣壓強不大于6000pa；本步驟加入的fe、cu為粉體，粒度不大于350目；(b)芯部致密，把芯部毛坯放入加壓模具中，連加壓模具一起加熱到215℃，然后對加壓模具內的芯部毛坯進行加壓，壓強為6mpa，保壓12min，然后冷卻到室溫，取出芯部毛坯，本步驟在氫氣環境下完成，氫氣壓強不大于6000pa；(c)去應力，把(b)中得到的芯部毛坯，加熱到95℃，保溫65min，然后冷卻到室溫；(d)銅層電鍍，把步驟(c)中得到的芯部毛坯，在表面進行電鍍銅，鍍銅層厚度為0.12mm。實施例3一種高強抗氧化合金材料由芯部和鍍銅層組成，其中，所述芯部由以下重量百分比含量的組分組成：錫44％、銅13％、鋁0.5％、鎂1.8％、鈧0.4％、不可避免雜質含量1.6wt％，其余為鐵。所述高強抗氧化合金材料的制備方法包括步驟：(a)芯部成型，按照配比把fe、cu、al、mg混合均勻，形成混合料；把sn加熱到540℃，加入sc攪拌均勻后再加入混合料，再次攪拌均勻后加入到成型模具中，溫度降到150℃以下時，可以把合金材料從模具中取出，完成成型，得到芯部毛坯，本步驟在氫氣環境下完成，氫氣壓強不大于6000pa；本步驟加入的fe、cu為粉體，粒度不大于350目；(b)芯部致密，把芯部毛坯放入加壓模具中，連加壓模具一起加熱到220℃，然后對加壓模具內的芯部毛坯進行加壓，壓強為7mpa，保壓14min，然后冷卻到室溫，取出芯部毛坯，本步驟在氫氣環境下完成，氫氣壓強不大于6000pa；(c)去應力，把(b)中得到的芯部毛坯，加熱到100℃，保溫70min，然后冷卻到室溫；(d)銅層電鍍，把步驟(c)中得到的芯部毛坯，在表面進行電鍍銅，鍍銅層厚度為0.14mm。實施例4一種高強抗氧化合金材料由芯部和鍍銅層組成，其中，所述芯部由以下重量百分比含量的組分組成：錫45％、銅16％、鋁1.2％、鎂1.7％、鈧0.3％、不可避免雜質含量1.9wt％，其余為鐵。所述高強抗氧化合金材料的制備方法包括步驟：(a)芯部成型，按照配比把fe、cu、al、mg混合均勻，形成混合料；把sn加熱到550℃，加入sc攪拌均勻后再加入混合料，再次攪拌均勻后加入到成型模具中，溫度降到150℃以下時，可以把合金材料從模具中取出，完成成型，得到芯部毛坯，本步驟在氫氣環境下完成，氫氣壓強不大于6000pa；本步驟加入的fe、cu為粉體，粒度不大于350目；(b)芯部致密，把芯部毛坯放入加壓模具中，連加壓模具一起加熱到220℃，然后對加壓模具內的芯部毛坯進行加壓，壓強為8mpa，保壓15min，然后冷卻到室溫，取出芯部毛坯，本步驟在氫氣環境下完成，氫氣壓強不大于6000pa；(c)去應力，把(b)中得到的芯部毛坯，加熱到110℃，保溫80min，然后冷卻到室溫；(d)銅層電鍍，把步驟(c)中得到的芯部毛坯，在表面進行電鍍銅，鍍銅層厚度為0.15mm。對各實施例制備的合金熔體進行性能測試。其中抗拉強度測試方法采用gb/t228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》；試驗設備采用wdw-300a電子萬能試驗機；合金熔體的芯部材料的實際密度采用浮力法，儀器采用金屬材料密度計au-200me。實施例1至實施例4制備的所述高強抗氧化合金材料的芯部性能測試如表1所示。表1實施例1-4的合金材料的芯部性能參數實施例抗拉強度mpa致密度例17598.0％例28098.8％例38598.4％例47898.5％由表1可知，通過實施例1至4制備的所述高強抗氧化合金材料，芯部材料抗拉強度可達75～85mpa，致密度為≥98％，合金熔體的整體強度會因合金熔體的大小而不同，但因為銅的強度一般大于220mpa，所以合金熔體的整體強度大于芯部材料強度，因此本發明使用芯部材料強度進行表述，本發明所述的致密度，其計算方法為，先根據芯部材料的各種成分比例、密度，計算出理論密度，然后使用芯部材料的實際密度除以理論密度。其中，使用申請號為200380100152.9專利文獻制作的sn-bi-in合金熔體，抗拉強度為20～30mpa。從而所述高強抗氧化合金材料不含有銀等貴重金屬，成本較低，同時不含有鉛等污染元素，綠色環保。實施例5至實施例8實施例5-8中的所述高強抗氧化合金材料的制備方法同實施例3，不同之處在于所述芯部的組分含量。實施例5至實施例8中的芯部材料的各組分含量見表2，實施例5至8制備的所述高強抗氧化合金材料的芯部性能測試如表3所示。表2實施例5-8的芯部材料的各組分含量表3實施例5-8的合金材料的芯部性能參數實施例抗拉強度mpa致密度例53885例63082例72884例81578以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明的范圍內。本發明要求的保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。當前第1頁12