分散镍颗粒调控三维镍网络增强银基触点材料在热挤压过程中的微观结构与性能演变机制

针对AgNi复合材料在电弧侵蚀中Ni颗粒易迁移导致性能下降的问题，中国科学院福建物质结构研究所团队通过构建3D Ni网络与分散Ni颗粒协同增强体系，采用800℃热挤压工艺制备出含{110}<111>织构Ni带（长1200-1800μm）的Ag基触点材料。该材料在24V/10A直流条件下10万次接触后仅失重2.02mg，揭示了Ni颗粒通过混合法则(mixing rule)强化Ag基体、促进载荷传递的机制，为高性能电接触材料设计提供新思路。

　　

随着新能源汽车、智能电网等领域的快速发展，低压电器对AgNi电接触材料提出了更高要求。这类材料需要兼具银的优异导电性（electrical conductivity）和镍的机械强度，但在实际应用中面临严峻挑战：电弧作用下，传统分散Ni颗粒易在Ag熔池中漂浮迁移，导致成分偏析；而单一纤维增强虽能改善性能，却难以兼顾长程导电网络与局部抗电弧能力。如何通过微观结构设计实现性能协同提升，成为该领域亟待解决的关键科学问题。

中国科学院福建物质结构研究所（Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences）的Zheng Tianjie团队创新性地提出"三维连续镍网络+分散镍颗粒"的复合增强策略。研究人员通过化学共沉淀法制备Ni含量0-3wt%的AgNi@Ni复合颗粒，经烧结和800℃热挤压获得新型AgNi复合材料。借助EBSD、XRD等表征手段，系统研究了热变形过程中3D Ni网络向长条状Ni带的演变规律，以及分散Ni颗粒对Ag基体强韧化的作用机制。相关成果发表在材料科学领域权威期刊《Materials Science and Engineering: A》上。

研究采用化学共沉淀制备AgNi@Ni前驱体，通过调控Ni包覆量（0.5-3wt%）构建梯度样品；采用SEM/EBSD分析微观结构演变，XRD测定织构取向；通过显微硬度仪和四探针法测试力学/电学性能；最后在24V/10A直流条件下进行10万次接触实验评估抗电弧性能。

【Microstructure of AgNi sintered ingots】部分显示：AgNi@Ni颗粒尺寸为550-830μm，表面均匀包覆Ni粉。XRD证实所有烧结锭中Ag/Ni两相共存，分散Ni颗粒主要分布于Ag基体晶界处。

【结论】部分揭示：热挤压过程中3D Ni网络先轴向延伸后径向破碎，形成具有{110}<111>织构的Ni带；当真实应变较高时，Ni带再结晶为纺锤体/蝌蚪形。0.5wt%分散Ni颗粒的添加通过三重机制强化Ag基体：（1）混合法则提升弹性模量；（2）抑制晶粒长大实现细晶强化；（3）位错堆积产生加工硬化。这种协同作用促进Ag基体与Ni网络间的载荷传递，使材料获得长达1200-1800μm的Ni带（厚度~20μm）。

特别值得注意的是，【Abstract】中报道的优化样品在严苛测试条件下（24V/10A DC，10万次接触）质量损失仅2.02mg，显著优于传统颗粒增强材料。Tsuji等学者曾报道混合增强（颗粒+纤维）AgNi材料在100V/40A条件下质量损耗比单一纤维增强降低50%，本研究进一步从微观机制上阐释了这种协同效应的物理本质：分散Ni颗粒通过钉扎Ag晶界抑制高温变形过程中的晶界滑移，而连续Ni网络则构建贯穿材料的强韧化骨架。

该研究首次阐明热挤压过程中Ni带织构形成与再结晶行为的关联规律，建立"分散颗粒含量-基体强化程度-网络破碎形态"的定量关系模型。福建省级科技计划项目（2021H0022）和云南省贵金属实验室科技项目（YPML02-240502026）的支持下，这项工作为开发新一代高性能电接触材料提供了理论依据和工艺指导，对推动我国智能电网装备升级具有重要意义。未来研究可进一步探索Ni带长径比与电弧能量耗散机制的构效关系，以及多元合金化对材料高温稳定性的影响规律。