【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳刷材料，具体涉及一种高耐磨电机碳刷复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、碳刷是一类导电滑动接触件，在许多电气设备中得到广泛的应用，它是电动机、发动机或者其他旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量和信号的装置。在电机中，碳刷是用于换向器或滑环上，作为导出导入电流的滑动接触体，其导电、导热以及润滑性能良好，并具有一定的机械强度和换向性火花的本能。几乎所有的电机都使用碳刷，是电机的重要组成部件。
2、由于碳刷的主要成分为碳，这也决定了碳刷的耐磨性较差，因此人们普遍通过加入复合材料提高来提高其耐磨性。目前大部分碳刷一般由石墨、金属材料、树脂胶黏剂以及其他助剂，经过烧结成型制成。尽管石墨具有良好的耐磨性，但在实际使用中，存在易磨损的问题，难以克服。中国专利申请号为201010502703.6公开了一种汽车发动机启动电机碳刷及其生产方法，由下列组成物组成：混合石墨粉、铜粉、二硒化铌，所述的混合石墨粉由下列组成物组成：石墨粉、沥青、酚醛树脂，先制备混合石墨粉，石墨粉加沥青在220度下混合，缓慢降温到100度以下时加入酚醛树脂，然后在90度条件下混合，待干燥后磨粉成混合石墨粉待用；将铜粉、二硒化铌以干粉形式加入到混合石墨粉，在干式混合机中混合，压制汽车发动机启动电机碳刷。该树脂改性沥青作为粘结剂，兼具了树脂和沥青两种粘结剂的优点，既提高了碳刷的强度又不使碳刷过硬，使用了二硒化铌为润滑剂，有效解决了碳刷润滑问题。虽然该专利通过体积密度、洛氏硬度、接触压降、摩擦系数体现了对碳刷的耐磨性以及其他性能的改善，但其未考虑不同
3、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。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。
4、为获得兼具良好导电性和耐磨性的低成本长寿命电机用碳刷材料，需要综合考虑材料制造成本、工艺性、导热性能、导电性能、力学性能和摩擦磨损性能之间合理匹配，合理地设计材料组成。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高耐磨电机碳刷复合材料及其制备方法，该高耐磨电机碳刷复合材料具有良好的耐磨性和较好的导电性、润滑性以及较高的硬度，提高了碳刷复合材料的使用寿命。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种高耐磨电机碳刷复合材料，按重量份计，包括以下原料：
4、铜粉50-70份、改性鳞片石墨粉30-50份、改性碳化硅10-20份、酚醛树脂粉10-20份、硫粉3-5份。
5、优选的，一种高耐磨电机碳刷复合材料，按重量份计，包括以下原料：
6、铜粉55-65份、改性鳞片石墨粉35-45份、改性碳化硅15-20份、酚醛树脂粉15-18份、硫粉4-5份。
7、优选的，所述改性鳞片石墨粉的制备方法，包括以下步骤：
8、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；
9、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；
10、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。
11、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。
12、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。
13、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。
14、优选的，改性碳化硅的制备方法，包括以下步骤：
15、(a)将碳化硅加入硝酸溶液中，加热处理，经过滤、洗涤、干燥，得到预处理碳化硅；
16、(b)将步骤(a)中的预处理碳化硅加入去离子水中，搅拌分散均匀后加入氯氧化锆、氨水，控制ph为9-10，进行搅拌反应，反应完成后静置过滤、洗涤、干燥，得到固体产物，随后将固体产物加入去离子水中，继续加入钼酸钠、硫脲，进行水热反应，反应完成后过滤、洗涤、干燥，得到改性碳化硅。
17、优选的，步骤(a)中所述硝酸溶液的浓度为10-15wt％；所述加热处理的温度为80-90℃，加热处理时间为3-5h；。
18、优选的，步骤(b)中所述预处理碳化硅、氯氧化锆的质量比为10:40-50；所述氨水的质量浓度为5-10％；所述搅拌反应的温度为50-60℃，时间为1-2h；所述固体产物、钼酸钠、硫脲的质量比为20:30-40:45-60；所述水热反应的温度为200-220℃，时间为8-10h。
19、本专利技术还保护一种如所述高耐磨电机碳刷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
20、按配方将铜粉、改性鳞片石墨粉、改性碳化硅、酚醛树脂粉、硫粉投入混合机中搅拌1-2h，得到混合粉末，将得到的混合粉末在模具中压制，脱模后得到毛胚，然后在氨气气氛下烧结，烧结工艺为：在10-14h内将高温烧结炉内温升至750-900℃，即得所述高耐磨电机碳刷复合材料。
21、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
22、(1)本专利技术提供的高耐磨电机碳刷复合材料，先将鳞片石墨粉进行处理，通过硫酸和过氧化氢与石墨反应，在石墨片层中插入本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高耐磨电机碳刷复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：
2.根据权利要求1所述的高耐磨电机碳刷复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：
3.根据权利要求1所述的高耐磨电机碳刷复合材料，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：
4.根据权利要求3所述的高耐磨电机碳刷复合材料，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所述的高耐磨电机碳刷复合材料，其特征在于，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。
6.根据权利要求3所述的高耐磨电机碳刷复合材料，其特征在于
7.根据权利要求1所述的高耐磨电机碳刷复合材料，其特征在于，所述改性碳化硅的制备方法，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的高耐磨电机碳刷复合材料，其特征在于，步骤(a)中所述硝酸溶液的浓度为10-15wt％；所述加热处理的温度为80-90℃，加热处理时间为3-5h；。
9.根据权利要求7所述的高耐磨电机碳刷复合材料，其特征在于，步骤(b)中所述预处理碳化硅、氯氧化锆的质量比为10:40-50；所述氨水的质量浓度为5-10％；所述搅拌反应的温度为50-60℃，时间为1-2h；所述固体产物、钼酸钠、硫脲的质量比为20:30-40:45-60；所述水热反应的温度为200-220℃，时间为8-10h。
10.一种如权利要求1-9任一项所述高耐磨电机碳刷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种高耐磨电机碳刷复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：
2.根据权利要求1所述的高耐磨电机碳刷复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：
3.根据权利要求1所述的高耐磨电机碳刷复合材料，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：
4.根据权利要求3所述的高耐磨电机碳刷复合材料，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所述的高耐磨电机碳刷复合材料，其特征在于，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。...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾兵，朱约辉，王建新，夏南，于江美，何柳妹，汪锁，何上方，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：
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