一种高硬度耐磨碳刷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高硬度耐磨碳刷材料及其制备方法，铜粉

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度耐磨碳刷材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于碳刷材料
，具体涉及一种高硬度耐磨碳刷材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]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
。
[0003]碳刷的材质主要有石墨
、
浸脂石墨
、
金属
(
含铜
、
银
)
石墨等
。
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，它一般是纯碳加凝固剂制成，外型一般是方块，卡在金属支架上，里面有弹簧把它紧压在转轴上，电机转动的时候，将电能通过换相器输送给线圈
。
耐磨性是碳刷材料性能的一个重要指标，发展耐磨性能优异的碳刷材料是保障整个设备的使用性能和延长使用寿命的必要条件
。
因为尽管碳刷材料的主要制备原料石墨具有良好的耐磨性，但在实际使用过程中，存在易磨损的问题，难以克服，如果不提高碳刷的耐磨损性能，必将严重影响到整个设备的使用性能和使用寿命
。
[0004]中国专利申请号为
201710153401.4
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
。
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
。
[0005]因此，研发具有高硬度
、
高耐磨损性
、
导电性和力学性能好的碳刷材料显得尤为重要
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高硬度耐磨碳刷材料及其制备方法，该高硬度耐磨碳刷材料具有良好的硬度
、
耐磨性和导电性，提高了碳刷材料的使用寿命
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种高硬度耐磨碳刷材料，按重量份计，包括以下原料：
[0009]铜粉
45
‑
65
份
、
改性鳞片石墨粉
35
‑
55
份
、
改性碳化硼
15
‑
25
份
、
沥青粉
10
‑
20
份
、
硫
粉1‑4份
。
[0010]优选的，一种高硬度耐磨碳刷材料，按重量份计，包括以下原料：
[0011]铜粉
50
‑
60
份
、
改性鳞片石墨粉
40
‑
50
份
、
改性碳化硼
15
‑
20
份
、
沥青粉
12
‑
17
份
、
硫粉2‑3份
。
[0012]优选的，所述改性鳞片石墨粉的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1、
将鳞片石墨粉加入
H2O2/H2SO4溶液中，进行搅拌浸渍，浸渍完成后过滤
、
洗涤
、
干燥
、
焙烧，得到固体产物，随后将固体产物加入无水乙醇中，超声处理8‑
12h
，经干燥后得到预处理鳞片石墨；
[0014]S2、
将步骤
S1
中的预处理鳞片石墨加入去离子水中，接着加入硼酸
、
三聚氰胺，进行搅拌反应，反应完成后经抽滤
、
水洗
、
干燥，在惰性气体条件下煅烧，煅烧完成后冷却
、
研磨后，加入含有
NaBH4和
CaCl2的水溶液中，在
20
‑
30℃
下搅拌
30
‑
40min
，反应完成后过滤
、
洗涤
、
干燥，得到氮化硼
/
鳞片石墨复合材料；
[0015]S3、
将步骤
S2
中得到的氮化硼
/
鳞片石墨复合材料加入硅烷偶联剂乙醇溶液中，加热反应，反应完成后过滤
、
干燥，即得所述改性鳞片石墨粉
。
[0016]优选的，步骤
S1
中所述
H2O2/H2SO4溶液由体积比
2:1
的
98
％浓硫酸与
20
％
H2O2溶液组成，所述搅拌浸渍的温度为
20
‑
30℃
，时间为
0.5
‑
1h
，所述焙烧温度为
900
‑
1000℃
，时间为
10
‑
20min。
[0017]优选的，步骤
S2
中所述预处理鳞片石墨
、
硼酸
、
三聚氰胺的质量比为
20:120
‑
140:120
‑
140
，所述搅拌反应的温度为
80
‑
90℃
，反应时间为5‑
8h
，所述煅烧温度为
1200
‑
1300℃
，煅烧时间为3‑
5h
，所述水溶液中
NaBH4的浓度为
15
‑
20g/L
，
CaCl2的浓度为2‑
3g/L。
[0018]优选的，步骤
S3
中所述硅烷偶联剂乙醇溶液中硅烷偶联剂的质量分数为4‑6％，所述硅烷偶联剂为
KH550。
[0019]优选的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高硬度耐磨碳刷材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：铜粉
45
‑
65
份
、
改性鳞片石墨粉
35
‑
55
份
、
改性碳化硼
15
‑
25
份
、
沥青粉
10
‑
20
份
、
硫粉1‑4份
。2.
根据权利要求1所述的高硬度耐磨碳刷材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：铜粉
50
‑
60
份
、
改性鳞片石墨粉
40
‑
50
份
、
改性碳化硼
15
‑
20
份
、
沥青粉
12
‑
17
份
、
硫粉2‑3份
。3.
根据权利要求1所述的高硬度耐磨碳刷材料，其特征在于，所述改性鳞片石墨粉的制备方法，包括以下步骤：
S1、
将鳞片石墨粉加入
H2O2/H2SO4溶液中，进行搅拌浸渍，浸渍完成后过滤
、
洗涤
、
干燥
、
焙烧，得到固体产物，随后将固体产物加入无水乙醇中，超声处理8‑
12h
，经干燥后得到预处理鳞片石墨；
S2、
将步骤
S1
中的预处理鳞片石墨加入去离子水中，接着加入硼酸
、
三聚氰胺，进行搅拌反应，反应完成后经抽滤
、
水洗
、
干燥，在惰性气体条件下煅烧，煅烧完成后冷却
、
研磨后，加入含有
NaBH4和
CaCl2的水溶液中，在
20
‑
30℃
下搅拌
30
‑
40min
，反应完成后过滤
、
洗涤
、
干燥，得到氮化硼
/
鳞片石墨复合材料；
S3、
将步骤
S2
中得到的氮化硼
/
鳞片石墨复合材料加入硅烷偶联剂乙醇溶液中，加热反应，反应完成后过滤
、
干燥，即得所述改性鳞片石墨粉
。4.
根据权利要求3所述的高硬度耐磨碳刷材料，其特征在于，步骤
S1
中所述
H2O2/H2SO4溶液由体积比
2:1
的
98
％浓硫酸与
20
％
H2O2溶液组成，所述搅拌浸渍的温度为
20
‑
30℃
，时间为
0.5
‑
1h
，所述焙烧温度为
900
‑
1000℃
，时间为
10
‑
20min。5.
根据权利要求3所述的高硬度耐磨碳刷材料，其特征在于，步骤
S2
中所述预处理鳞片...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾兵，于江美，夏南，诸容，何上方，汪锁，邹羽涵，
申请(专利权)人：湖北东南佳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：