一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法，属于电机技术领域。本发明专利技术通过电镀工艺，在超细石墨粉表面电镀一层金属铜，制备一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料，铜具有良好的热导率和电导率，化学稳定性强，抗蚀性好，将金属铜电镀至超细石墨粉表面，使其表面具有润滑功能，表面硬度适中，石墨具有独特的导电性，能这有利于反应中的电子转移，并且石墨晶体中碳原子的上下电子密度大，使石墨晶体中碳原子具有特别的化学活性，在石墨表面能催化生成大量均匀分布的镀铜微晶，这有利于电镀法镀铜效率的提高，从而明显改善石墨铜界面结合和碳刷材料的组织结构，使碳刷材料的导电性能显著提高，从而有效提高碳刷材料的耐电弧性能。

A preparation method of arc erosion resistant graphite based carbon brush material

The invention relates to a preparation method of arc erosion resistant graphite based carbon brush material, which belongs to the technical field of electric motor. The invention electroplates a layer of metal copper on the surface of ultrafine graphite powder to prepare an arc erosion resistant graphite based carbon brush material. The copper has good thermal conductivity and conductivity, strong chemical stability and corrosion resistance. The metal copper is electroplated on the surface of ultrafine graphite powder to make the surface have lubricating function, moderate surface hardness and unique conductivity of graphite It is advantageous to the electron transfer in the reaction and the high density of the upper and lower electrons of the carbon atoms in the graphite crystal, which makes the carbon atoms in the graphite crystal have special chemical activity. It can catalyze the formation of a large number of evenly distributed copper plated microcrystals on the graphite surface, which is conducive to the improvement of the copper plating efficiency of the electroplating method, so as to significantly improve the interface combination of graphite and copper and the organizational structure of the carbon brush material, so as to make the carbon brush material The electric conductivity is improved significantly, so the arc resistance of the carbon brush material is improved effectively.

【技术实现步骤摘要】
一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法
本专利技术涉及一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法，属于电机

技术介绍
随着轿车在现代社会的普及，人们对轿车的各种要求也越来越高。在轿车内部有各种各样的电机方便用户对轿车各个系统的操作。以座椅系统为例，座椅的升降、前后移动、调角度都由电机带动。此类电机一般采用低压(一般为12V左右)直流有刷电机。由于座椅电机贴近用户，因此对其噪音的要求非常高。在噪音系统里面，碳刷与换向器的磨合占有大部分比例，因此也对此类碳刷材料、结构本身提出了更高的要求。碳刷是电机的重要组成部件，它的功能是在电机的固定部件与旋转部件换向器或集电环之间传导电流，其性能好坏直接影响电机的正常运行。与普通机械摩擦磨损相比，碳刷材料在电机运行过程中存在多种机械摩擦磨损机理，同时伴随着电弧烧蚀电磨损。汽车起动电机磨损条件复杂，要求碳刷材料具有大的载流能力、优良的换向性能和滑动接触性能，而常规的碳刷在高密度载流条件下会出现磨损加剧和严重的电弧烧蚀等现象，无法满足使用要求。所以，当前迫切需要研究开发长寿命的高性能碳刷材料以满足汽车起动机的要求。碳刷用摩擦材料通常由石墨、金属粉、二硫化钼和二硫化钨组成。碳刷是电动机或发电机或其他旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，是使用在马达上的机能部件。碳刷使用范围很广泛，汽车、电动工具、家电、微型马达及大型电气设备等都大量使用。石墨粉中通常都含有粒度为1-500微米的灰份，包括二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化锰、氧化镁等，这些灰分具有不同的粒度，甚至有大粒度灰份，含有的灰份的粒度大于50微米的电机碳刷往往会降低整流性能，在电机运转期间，如果灰份进入碳刷和整流器之间，很有可能会毁坏电机。目前使用的座椅电机用碳刷普遍采用铜粉、石墨粉以及粘结剂模压纯铜软绞线成型、烧结、加工而成，一般来说碳刷刷体为一种均匀的组分。此类碳刷在目前的应用基本能满足电机动力性能的要求，但是其噪音性能越来越不能满足用户的要求。目前提高碳刷材料的综合性能主要通过基体合金化、对石墨进行表面处理和加入适量添加物这三种方式进行的。CN106384924A中公开了一种氧化镧掺杂改性的铜基石墨电机碳刷及其制备方法，该碳刷材料以天然鳞片石墨、多孔碳粉以及铜粉、青铜粉复配作为基料，并加入氧化镧进行改性处理，改善烧结性能。但是其制备的碳刷材料的硬度和抗弯强度仍然不足。韩绍昌等通过添加Cr来改变铜与石墨的润湿性，虽然复合材料的电阻率有一定的降低，但是对材料耐磨性能提高的程度却是有限的(参见“铬对改善铜与炭石墨材料润湿性的作用”，韩绍昌，李学谦，湖南大学学报,1998(5):30-33)。此外，对石墨进行镀铜处理在一定程度上弥补了之前的不足，不仅实现了铜与石墨均匀的分布，而且提高了复合材料的导电性、抗弯强度和延展性，但是复合材料的密度降低严重，导致在摩擦磨损过程中没有足够的碳微粒参加润滑膜的形成，不利于换向的稳定性和碳刷材料的寿命。通过加入SiC颗粒可改善铜基体在磨损过程中的变形程度，但是SiC作为陶瓷相粒子，对复合材料的导电性能将造成不利的影响；SiO2的引入虽然改善了复合材料的摩擦磨损性能，但是可引入氧化磨损，对电机的运行和稳定换向也会带来不利影响。因此，制备出一种兼具良好导电性和耐磨性碳刷现有尤为重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对常规的碳刷在高密度载流条件下会出现磨损加剧和严重的电弧烧蚀等现象，无法满足使用要求的问题，提供了一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：（1）将无水硫酸铜加入去离子水中，常温下以200~220r/min转速搅拌10~12min，得硫酸铜溶液；（2）将改性超细石墨粉加入硫酸铜溶液中，调节pH至4~6，置于超声波分散机内，常温下超声分散40~60min，得电镀分散液；（3）将正负电极置于电镀分散液中，通入直流电电镀1~3h，得电镀液；（4）将电镀银置于分散机中，常温下以3500~4000r/min转速离心20~30min，取下层固体去离子水洗涤3~5次，得镀铜超细石墨粉；（5）将镀铜超细石墨粉置于高温高压反应釜中烧结1~2h，常温冷却，得耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料。所述的改性超细石墨粉、无水硫酸铜、去离子水的重量份为20~30份改性超细石墨粉、32~48份无水硫酸铜、120~180份去离子水。步骤（2）所述的pH调节采用的是质量浓度1%的硫酸，超声分散的功率为300~400W。步骤（3）所述的直流电的电流密度为8~10A/dm2。步骤（5）所述的烧结条件为压强120~140MPa、温度540~580℃。步骤（2）所述的改性超细石墨粉的具体制备步骤为：（1）将硬脂酸、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、无水乙醇加入去离子水中，在40~50℃的水浴条件下以180~200r/min转速搅拌30~40min，保温，得混合改性液；（2）将超细石墨粉加入混合改性液中，在40~50℃的水浴条件下以600~800r/min转速搅拌4~6h，得悬浮液；（3）将悬浮液置于超声波分散机中，常温下超声震荡处理40~60min，得分散液；（4）将分散液置于离心机中，常温下以3500~4000r/min转速离心分离10~12min，取下层固体，用去离子水洗涤3~5次，置于80~100℃的烘箱中干燥1~2h，常温冷却，得改性超细石墨粉。所述的超细石墨粉、硬脂酸、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、无水乙醇、去离子水的重量份为40~50份超细石墨粉、8~10份硬脂酸、4~5份乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、40~50份无水乙醇、80~100份去离子水。步骤（3）所述的超声震荡的功率为400~500W。步骤（2）所述的超细石墨粉的具体制备步骤为：（1）将无水乙醇加入去离子水中，常温下以100~120r/min转速搅拌6~8min，得乙醇溶液；（2）将硫酸钠、碳酸钠、十二烷基硫酸钠、三乙醇胺加入乙醇溶液中，常温下以200~240r/min转速搅拌30~40min，得助磨液；（3）将石墨加入助磨液中，常温下以180~200r/min转速研磨20~24h，得悬浮液；（4）将悬浮液置于离心机中，常温下以2500~3000r/min转速离心分离6~8min，取下层固体，去离子水洗涤3~5次，置于60~80℃的烘箱中干燥2~4h，得平均粒径6~8μm的超细石墨粉。所述的石墨、硫酸钠、碳酸钠、十二烷基硫酸钠、三乙醇胺、无水乙醇、去离子水的重量份为30~40份石墨、4~6份硫酸钠、2~3份碳酸钠、0.8~1.2份十二烷基硫酸钠、6~8份三乙醇胺、30~40份无水乙醇、60~80份去离子水。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术以超细石墨粉为原料，通过硅烷偶联剂进行表面改性，制备一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料，石墨色泽银灰、质地柔软本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：/n（1）将无水硫酸铜加入去离子水中，常温下以200~220r/min转速搅拌10~12min，得硫酸铜溶液；/n（2）将改性超细石墨粉加入硫酸铜溶液中，调节pH至4~6，置于超声波分散机内，常温下超声分散40~60min，得电镀分散液；/n（3）将正负电极置于电镀分散液中，通入直流电电镀1~3h，得电镀液；/n（4）将电镀银置于分散机中，常温下以3500~4000r/min转速离心20~30min，取下层固体去离子水洗涤3~5次，得镀铜超细石墨粉；/n（5）将镀铜超细石墨粉置于高温高压反应釜中烧结1~2h，常温冷却，得耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
（1）将无水硫酸铜加入去离子水中，常温下以200~220r/min转速搅拌10~12min，得硫酸铜溶液；
（2）将改性超细石墨粉加入硫酸铜溶液中，调节pH至4~6，置于超声波分散机内，常温下超声分散40~60min，得电镀分散液；
（3）将正负电极置于电镀分散液中，通入直流电电镀1~3h，得电镀液；
（4）将电镀银置于分散机中，常温下以3500~4000r/min转速离心20~30min，取下层固体去离子水洗涤3~5次，得镀铜超细石墨粉；
（5）将镀铜超细石墨粉置于高温高压反应釜中烧结1~2h，常温冷却，得耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料。


2.根据权利要求1所述的一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法，其特征在于，所述的改性超细石墨粉、无水硫酸铜、去离子水的重量份为20~30份改性超细石墨粉、32~48份无水硫酸铜、120~180份去离子水。


3.根据权利要求1所述的一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的pH调节采用的是质量浓度1%的硫酸，超声分散的功率为300~400W。


4.根据权利要求1所述的一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的直流电的电流密度为8~10A/dm2。


5.根据权利要求1所述的一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述的烧结条件为压强120~140MPa、温度540~580℃。


6.根据权利要求1所述的一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的改性超细石墨粉的具体制备步骤为：
（1）将硬脂酸、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、无水乙醇加入去离子水中，在40~50℃的水浴条件下以180~200r/min转速搅拌30~40min，保温，得混合改性液；
（2）将超细石墨粉加入混合改性液中，在40~50℃的水浴条件下以600~800r/mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文旭，
申请(专利权)人：刘文旭，
类型：发明
国别省市：湖南;43