一种MAX@M复合电触头增强相材料、复合电触头材料及制备方法技术

本发明专利技术公开一种MAX@M复合电触头增强相材料、复合电触头材料及制备方法，为表面包覆金属纳米颗粒的MAX@M，其内核为三维材料MAX相，外壳为表面包覆的金属纳米颗粒；采用本发明专利技术通过在MAX相表面敏化生成MXene材料，活化后用化学镀法在其表面包覆金属纳米颗粒制备表面包覆金属纳米颗粒的MAX@M复合电触头增强相材料；增强相材料与低压电触头Ag基复合后，有效解决了Ag‑MAX间存在的界面反应与扩散问题，且化学镀法工艺方便，技术成本低廉，可实用性强；使用表面包覆金属纳米颗粒的MAX@M作为低压电触头电接触材料增强相时，增强相含量占复合材料比例最高可达50wt％，节银效果明显且可以大幅提高复合材料基本性能。

【技术实现步骤摘要】
一种MAX@M复合电触头增强相材料、复合电触头材料及制备方法
本专利技术涉及电触头材料
，具体涉及一种MAX@M复合电触头增强相材料、复合电触头材料及制备方法。
技术介绍
电触头在低压配电设备元件中大量使用，如继电器、断路器、接触器、保护开关等，是低压电器系统进行电接触动作的主要执行器件，达到对电流的控制与保护的功能目的。理想的低压电器用电触头材料除了要具有良好的导电导热性能，稳定承载电流同时，还要能抵抗电接触服役过程中的机械冲击和电弧侵蚀破坏。当前低压开关用电触头材料主要以银基复合材料为代表，其中Ag/CdO电接触性能突出，被誉为“万能触头”，长期占据市场主导地位。但是在工作过程中产生有毒Cd蒸汽，危害较大。因此低压电触头材料领域亟需寻找Ag/CdO的替代品。现有无Cd银基电触头材料中，SnO2目前使用较为广泛，其抗熔焊、抗材料转移等性能优良。但SnO2作为电接触材料增强相时，一方面与Ag基体润湿性和结合性较差，降低了Ag/SnO2导电性，工作时接触电阻与温升较大，另一方面SnO2硬度高，导致Ag/SnO2复合材料脆性增加，加工性能下降。Ag/Ni接触电阻低而稳定，节银效果较好(最高质量分数可大40％)。但是大电流工作状态下，Ag/Ni抗熔焊性能差，材料转移大，应用有限。Ag/C导电导热性能良好、抗电弧侵蚀能力强，但工作时触头表面的C在温度升高时易被氧化形成富碳层，导致服役后期融焊趋势增大降低工作性。鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。r>
技术实现思路
为解决上述技术缺陷，本专利技术采用的技术方案在于，提供一种MAX@M复合电触头增强相材料，为表面包覆金属纳米颗粒的MAX@M，其内核为三维材料MAX相，外壳为表面包覆的金属纳米颗粒。较佳的，所述MAX相材料为Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti2AlC、Ti2PbC、Ti2SnC、Ti2SiC、V2AlC、Cr2AlC、Cr2GaC、Nb2AlC、Ta4AlC3、NbAlC3、TiAlN中的一种，外壳为Cu或Ag的纳米金属颗粒，通过活性MXene位点包覆在所述MAX相材料表面。较佳的，所述活性位点MXene为Ti3C2、Ti2C、V2C、Cr2C、Nb2C、Ti2N、Ta4C3、Nb4C3中的一种。较佳的，一种复合电触头材料，为Ag/MAX@M，以所述的复合电触头增强相材料和Ag粉制备获得。较佳的，一种所述复合电触头增强相材料的制备方法，包括步骤：S1：称量MAX粉末并加入酸液，在保温状态下磁力搅拌进行活化处理获得第一混合物；S2：将所述步骤S1中的所述第一混合物进行离心处理获得第二混合物；S3：将所述步骤S2中离心后的所述第二混合物进行冷冻干燥获得表面带有MXene的MAX粉末；S4：将所述步骤S3中得到的所述粉末浸入活化剂中进行活化处理获得第一粉末；S5：将所述步骤S4中得到的所述第一粉末加入镀液中并搅拌获得第二粉末；S6：将所述步骤S5中的所述第二粉末过滤清洗后，并进行干燥处理。较佳的，在所述步骤S1中，所述酸液为HF酸或者HF+FLi混合酸液，浓度为10～50wt％。所述MAX粉末加入量为10g～120g，所述酸液与所述MAX粉末质量比(10～50)∶1；所述步骤S1中磁力搅拌的加热温度为20℃～80℃，磁力搅拌时间为1～12小时，搅拌速度为30rpm～300rpm。较佳的，所述步骤S2中离心处理的离心速度为600rpm～6000rpm，离心时间为1小时～6小时。较佳的，所述步骤S4中所述活化剂为PbCl2，浓度为10～50wt％，活化处理时间为1小时～5小时。较佳的，所述步骤S5中所述镀液为AgNO3、CH3OH、HCHO、NaOH、EDTA-2Na、C4H4O6KNa·4H2O、K4[Fe(CN6)]·3H2O或CuSO4·5H2O、CH3OH、HCHO、NaOH、EDTA-2Na、C4H4O6KNa·4H2O、K4[Fe(CN6)]·3H2O的混合液，所述镀液中AgNO3或CuSO4·5H2O、CH3OH、HCHO、NaOH、EDTA-2Na、C4H4O6KNa·4H2O、K4[Fe(CN6)]·3H2O的质量比例为7.5∶2∶1.5∶0.5∶0.8∶0.7∶0.3，浓度为20～60wt％，搅拌速度为50rpm～250rpm，搅拌时间为1小时～12小时。较佳的，一种所述的复合电触头材料的制备方法，包括步骤：A1：以乙醇为球磨介质，将复合电触头增强相材料粉和Ag粉按照质量比混合为混合粉料并加入到球磨机中进行球磨，球磨后将混合物取出置于干燥箱中进行干燥，得到混合料；A2：将所述混合料加入到冷压摸具中加压并保压直至成型得到块体材料素坯；A3：在管式炉通入保护气氛，将所述素坯置于管式炉中，在保护气氛下进行高温烧结，再随炉自然冷却得到所述复合电触头材料。与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过在MAX相表面敏化生成MXene材料，活化后用化学镀法在其表面包覆金属纳米颗粒制备表面包覆金属纳米颗粒的MAX@M复合电触头增强相材料。增强相材料与低压电触头Ag基复合后，有效解决了Ag-MAX间存在的界面反应与扩散问题，且化学镀法工艺方便，技术成本低廉，可实用性强。使用表面包覆金属纳米颗粒的MAX@M作为低压电触头电接触材料增强相时，增强相含量占复合材料比例最高可达50wt％，节银效果明显且可以大幅提高复合材料基本性能。生产工序简便，材料在导电、加工和抗电弧侵蚀方面表现良好，具有在低压电器中大规模应用的潜质，用于装配所需的接触器、断路器、继电器等低压开关等设备，可产生巨大的社会和经济效应。其也有望应用于新能源汽车、新电网系统航空航天等对电接触材料结构和性能要求要求较高的产业领域。附图说明图1为实施例一中既未敏化又未包覆的Ti3SiC2粉末SEM图；图2为实施例一中制备的表面包覆金属颗粒的Ti3SiC2@Ag复合电触头增强相粉末SEM图；图3为实施例一中制备的表面包覆金属颗粒的Ti3SiC2@Ag复合电触头增强相粉末XRD图。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。本专利技术所述复合电触头增强相材料为表面包覆金属纳米颗粒的MAX@M，其内核为三维材料MAX相，外壳为表面包覆的金属纳米颗粒。MAX@M具有多元复合结构，内核三维MAX起力学支撑作用，强化整体复合材料。MAX表面经过敏化形成了少量MXene活化位点，MXene的存在一方面增加了复合材料的导电性，另一方面为金属颗粒在MAX表面的附着提供了有效附着点，更利于包覆。更为重要的是，表面包覆的金属纳米颗粒可有效限制银与MAX间的界面扩散，提升材料导电性能。当表面包覆金属纳米颗粒的MAX@M作为低压用Ag基电触头增强相材料时，材料在导电、导热、抗材料转移以及抗电弧侵蚀性能方面均表现优秀。所述内核MAX相材料为Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MAX@M复合电触头增强相材料，其特征在于，为表面包覆金属纳米颗粒的MAX@M，其内核为三维材料MAX相，外壳为表面包覆的金属纳米颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种MAX@M复合电触头增强相材料，其特征在于，为表面包覆金属纳米颗粒的MAX@M，其内核为三维材料MAX相，外壳为表面包覆的金属纳米颗粒。


2.如权利要求1所述的复合电触头增强相材料，其特征在于，所述MAX相材料为Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti2AlC、Ti2PbC、Ti2SnC、Ti2SiC、V2AlC、Cr2AlC、Cr2GaC、Nb2AlC、Ta4AlC3、NbAlC3、TiAlN中的一种，外壳为Cu或Ag的纳米金属颗粒，通过活性MXene位点包覆在所述MAX相材料表面。


3.如权利要求2所述的复合电触头增强相材料，其特征在于，所述活性位点MXene为Ti3C2、Ti2C、V2C、Cr2C、Nb2C、Ti2N、Ta4C3、Nb4C3中的一种。


4.一种复合电触头材料，其特征在于，为Ag/MAX@M，以如权利要求1-3中任一项所述的复合电触头增强相材料和Ag粉制备获得。


5.一种如权利要求1-3中任一项所述的复合电触头增强相材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1：称量MAX粉末并加入酸液，在保温状态下磁力搅拌进行活化处理获得第一混合物；
S2：将所述步骤S1中的所述第一混合物进行离心处理获得第二混合物；
S3：将所述步骤S2中离心后的所述第二混合物进行冷冻干燥获得表面带有MXene的MAX粉末；
S4：将所述步骤S3中得到的所述粉末浸入活化剂中进行活化处理获得第一粉末；
S5：将所述步骤S4中得到的所述第一粉末加入镀液中并搅拌获得第二粉末；
S6：将所述步骤S5中的所述第二粉末过滤清洗后，并进行干燥处理。


6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述酸液为HF酸或者HF+FLi混合酸液，浓度为10～50wt％。所述MAX粉末加...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁健翔，张骁，陈立明，王东，孙正明，柳东明，张世宏，徐东，杨媛，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34