一種碳刷用二硫化鎢復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】一種碳刷用二硫化鎢復(fù)合材料的制備方法，原料成分的質(zhì)量百分比為：三氧化鎢:硫磺:碳化硅:催化劑=1: (0.28-0.8):(0.006-0.38): (0.0005-0.005)。先分別將碳化硅、三氧化鎢配成懸濁液，加入分散劑，控制pH值，將稀土催化劑和硫加入到尿素和無水乙醇配制的先驅(qū)體溶液，混合并陳化后烘干，得到混合粉末；將混合粉末裝舟，爐內(nèi)在微量氬氣保護(hù)下通入氫氣高溫?zé)Y(jié)，最后通過磨料和振動篩分級得到不同粒級的二硫化鎢復(fù)合材料。本發(fā)明將二硫化鎢的潤滑性能和碳化硅的硬質(zhì)磨削性能有機(jī)結(jié)合，碳化硅在換向器表面工作時，吸附在碳化硅表面和滲透于內(nèi)部的二硫化鎢起到潤滑作用，減少對換向器表面的刮傷和損壞。
【專利說明】一種碳刷用二硫化鎢復(fù)合材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種二硫化鎢復(fù)合材料的制備方法，特別是碳刷用二硫化鎢復(fù)合材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料作為新的技術(shù)具有提高產(chǎn)品性能，降低生產(chǎn)成本，提升工作效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量等特點(diǎn)。二硫化鎢是一種新型鎢精細(xì)產(chǎn)品，是一種重要的摩擦材料，它的一個重要用途就是作為潤滑劑。它的理化性能十分優(yōu)異，被譽(yù)為新“潤滑之王”，它的摩擦系數(shù)僅為0.03，干摩擦性能比其它材料都好，它不僅可以用于通常潤滑條件下，而且可以用于一定的高溫、低溫、高負(fù)荷、高真空、有輻射線以及有腐蝕介質(zhì)等苛刻的工作環(huán)境中，它可以以粉末狀態(tài)被單獨(dú)使用，也可以與潤滑油、潤滑脂以及石墨、金屬粉、塑料等物資混合制成復(fù)合材料。
[0003]碳刷通常用石墨、金屬粉、二硫化鉬、二硫化鎢等作為摩擦材料。碳刷是電機(jī)的固定部分和轉(zhuǎn)動部分之間傳遞能量或信號的機(jī)能部件。它廣泛使用于汽車、微型馬達(dá)、電動工具及一些電氣設(shè)備中。碳刷在隨著轉(zhuǎn)子長期滑動過程中，會在換向器表面形成厚的保護(hù)皮膜，這種皮膜久而久之如果發(fā)生部分脫落等局部缺陷，就會在脫落部分產(chǎn)生電流集中，造成整流特性惡化，甚至導(dǎo)致碳刷表面產(chǎn)生凹凸不平，如果電流過大也會造成換向器表面的損壞。為了解決這個問題，通常會向碳刷中加入磨削劑如碳化硅等，這樣就可以使碳刷工作時在換向器表面形成的皮膜被碳化硅削除，但是，由于碳化硅的硬度極大，經(jīng)常因其有部分大顆?；蛐跄龑?dǎo)致分散不均勻，隨著碳刷長期滑動就會將換向器表面劃傷，從而導(dǎo)致碳刷工作效率下降，進(jìn)而降低電機(jī)工作效率，同時還會產(chǎn)生噪聲。在碳刷生產(chǎn)過程中，現(xiàn)在的做法是將作為潤滑劑的二硫化鎢與作為磨削劑的碳化硅與其它碳刷原料直接進(jìn)行混合，潤滑劑二硫化鎢與磨削劑碳化硅常常因混合不均勻，制成碳刷后，潤滑劑在換向器表面形成的皮膜不能均勻穩(wěn)定的被磨削劑消除，使換向器表面不平整或損傷，表面局部電流過大，影響碳刷和換向器壽命，造成電機(jī)工作效率下降和不穩(wěn)定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制備碳刷用的二硫化鎢復(fù)合材料的制備方法。
[0005]本發(fā)明二硫化鶴復(fù)合材料的質(zhì)量百分比為:三氧化鶴:硫磺:碳化娃:催化劑質(zhì)量百分比為 1: (0.28-0.8): (0.006-0.38):: (0.0005-0.005)。
[0006]碳化硅與三氧化鎢質(zhì)量比的優(yōu)選范圍是0.8%?12%。
[0007]氫氣的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在2.6%?35%之間，優(yōu)選為2.7%?10%。
[0008]催化劑為:鈀(Pd)、鉭(Ta)、釷(Th)、銠(Rh)、Re (錸)、Pt (鉑或Co (鈷)稀土材料或他們的硫化物中一種及以上。催化劑的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在0.05%?0.5%之間，優(yōu)選0.1%?0.3%之間，
本發(fā)明的具體制備工藝如下: A配料
按所述的材料質(zhì)量百分比進(jìn)行配料，三氧化鎢、碳化硅、硫磺、催化劑分別按工藝計(jì)算稱重，硫的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在28?80%之間，碳化硅的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在0.6%?38%，催化劑的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在0.05%?0.5% ；
B前處理
(1)將碳化硅配成4-8g/L的碳化物懸濁液，三氧化鎢配為15-30g/L的懸濁液，加入懸濁液總量0.5-1.5%的尿素或OP乳化劑做分散劑，控制pH值彡5，在溫度為25?65°C、常壓條件下將二者混合攪拌處理0.5?2小時，使鎢包覆在碳化硅表面；
(2)將尿素和無水乙醇按1:(3?5)配制先驅(qū)體溶液，再加入稀土催化劑和硫，常溫攪拌10-20分鐘；
(3)將(I)和(2)混合并陳化I?2小時后進(jìn)行真空抽濾，將抽濾后的混合物放入充滿氬氣的烘箱中進(jìn)行烘干，溫度控制在70?110°C，烘干時間為10?100分鐘，得到分布均勻的混合粉末；
C:反應(yīng)爐反應(yīng)
將混合粉末裝舟，進(jìn)爐，爐內(nèi)在微量氬氣保護(hù)下通入氫氣，氫氣流速為5mL/min- 50mL/min，氫氣的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在2.6%?35%。在溫度為180 °C?980 °C之間進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，反應(yīng)時間在6?18小時。
[0009]D 磨料
將冷卻后的反應(yīng)物進(jìn)行粉碎磨料，直到粒徑小于100微米。
[0010]F振動篩分級
將磨料好的產(chǎn)品按粒徑大小進(jìn)行振動篩分得到不同粒級的二硫化鶴-碳化娃復(fù)合材料。
[0011]整個反應(yīng)過程在微量氬氣保護(hù)下通入氫氣，氫氣流速為5mL/min- 50mL/min，在溫度為180°C?980 °C之間進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)。三氧化鎢和硫磺充分反應(yīng)生成二硫化鎢，在化學(xué)反應(yīng)過程中，催化劑促進(jìn)納米晶和微晶二硫化鎢在高溫下滲透于碳化硅的晶格中，生成的部分納米晶和微晶二硫化鎢在高溫下滲進(jìn)碳化硅的晶格縫隙中，同時也有許多微晶二硫化鎢吸附在碳化硅顆粒表面，形成二硫化鎢對碳化硅的滲透和包覆，生成二硫化鎢-碳化硅復(fù)合材料，該復(fù)合材料將二硫化鎢的潤滑性能和碳化硅的硬質(zhì)磨削性能進(jìn)行能有機(jī)結(jié)合。當(dāng)碳化硅在換向器表面工作時，吸附在碳化硅表面和滲透于內(nèi)部的二硫化鎢可以起到潤滑作用，減少對換向器表面的刮傷和損壞。
[0012]用本發(fā)明復(fù)合材料制備的碳刷，把二硫化鎢的潤滑性和碳化硅的膜層調(diào)節(jié)功能有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢，換向器表面不會因碳化硅的質(zhì)硬及分布不均勻而損壞，同時，換向性能更穩(wěn)定，換向電流會也不會產(chǎn)生大的波動，電機(jī)工作穩(wěn)定性和整流特性會更好，效率更高，碳刷摩擦損耗率更小?？纱蟠筇岣咛妓⑦\(yùn)行質(zhì)量，增加碳刷與換向器的使用壽命，并且可以抑制噪聲的產(chǎn)生。同時生產(chǎn)原料簡單易得，成本大幅降低，并可簡化后續(xù)碳刷制備工藝，大幅提尚碳刷制備效率。
[0013]本發(fā)明使生產(chǎn)制備碳刷用二硫化鎢復(fù)合材料更簡單，原材料容易獲得。在碳刷中二硫化鎢復(fù)合材料的含量占碳刷總質(zhì)量的0.5?10%。用該復(fù)合材料制備的碳刷，耐磨性能提高，摩擦損耗率降低，電機(jī)和碳刷運(yùn)行質(zhì)量大幅提升，碳刷與換向器的使用壽命大大延長?？梢砸种茻o線電噪聲的產(chǎn)生，同時可簡化后續(xù)碳刷制備工藝，大幅提高碳刷制備效率。含有二硫化鎢復(fù)合材料的碳刷耐磨性能好，摩擦損耗率低，并且可以抑制噪聲的產(chǎn)生，可提高電機(jī)和碳刷運(yùn)行質(zhì)量，增加碳刷與換向器的使用壽命，而且本發(fā)明將使該復(fù)合材料制備工藝簡單，流程簡化，原材料豐富，產(chǎn)品成本大幅降低。

【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1
A配料
按所述的材料質(zhì)量百分比進(jìn)行配料，三氧化鎢、碳化硅、硫磺、催化劑分別按工藝計(jì)算稱重，硫的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例為28%，碳化硅的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例為
0.8%，催化劑鈀的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在0.1% ；
B前處理
(1)將碳化娃配成4g/L的碳化物懸池液，三氧化鶴配為15g/L的懸池液，加入懸池液總量0.5-1.5%的尿素或OP乳化劑做分散劑，控制pH值< 5，在溫度為25?65°C、常壓條件下將二者混合攪拌處理0.5?2小時，使鎢包覆在碳化硅表面；
(2)將尿素和無水乙醇按1:3配制先驅(qū)體溶液，再加入稀土催化劑和硫，常溫攪拌10-20分鐘；
(3)將(I)和(2)混合并陳化I?2小時后進(jìn)行真空抽濾，將抽濾后的混合物放入充滿氬氣的烘箱中進(jìn)行烘干，溫度控制在70?110°C，烘干時間為10?100分鐘，得到分布均勻的混合粉末；
C反應(yīng)爐反應(yīng)
將混合粉末裝舟，進(jìn)爐，爐內(nèi)在微量氬氣保護(hù)下通入氫氣，氫氣流速為5mL/min- 50mL/min，氫氣的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在3%，在溫度為240 0C進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，反應(yīng)時間在18小時。
[0015]E 磨料
將冷卻后的反應(yīng)物進(jìn)行粉碎磨料，直到粒徑小于100微米。
[0016]F振動篩分級
將磨料好的產(chǎn)品按粒徑大小進(jìn)行振動篩分得到不同粒級的二硫化鶴-碳化娃復(fù)合材料。
[0017]實(shí)施例2
A配料
按所述的材料質(zhì)量百分比進(jìn)行配料，三氧化鎢、碳化硅、硫磺、催化劑分別按工藝計(jì)算稱重，硫的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例為50%，碳化硅的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例為22%，催化劑釷的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例為0.30% ；
B前處理
(1)將碳化娃配成6g/L的碳化物懸池液，三氧化鶴配為25g/L的懸池液，加入懸池液總量1.5%的OP乳化劑做分散劑，控制pH值< 5，在溫度為25?55°C、常壓條件下將二者混合攪拌處理I?2小時，使鎢包覆在碳化硅表面；
(2)將尿素和無水乙醇按1:4配制先驅(qū)體溶液，再加入稀土催化劑和硫，常溫攪拌15-20分鐘；
(3)將(I)和(2)混合并陳化I?2小時后進(jìn)行真空抽濾，將抽濾后的混合物放入充滿氬氣的烘箱中進(jìn)行烘干，溫度控制在70?100°C，烘干時間為60?100分鐘，得到分布均勻的混合粉末；
C:反應(yīng)爐反應(yīng)
將混合粉末裝舟，進(jìn)爐，爐內(nèi)在微量氬氣保護(hù)下通入氫氣，氫氣流速為30mL/min，氫氣的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在15%。在溫度為880 °(:之間進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，反應(yīng)時間在12小時。
[0018]D 磨料
將冷卻后的反應(yīng)物進(jìn)行粉碎磨料，直到粒徑小于100微米。
[0019]E振動篩分級
將磨料好的產(chǎn)品按粒徑大小進(jìn)行振動篩分得到不同粒級的二硫化鶴-碳化娃復(fù)合材料。
[0020]實(shí)施例3
A配料
按三氧化鎢、碳化硅、硫磺、催化劑分別按工藝計(jì)算稱重，硫的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例為79%，碳化硅的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在38%，催化劑硫化鈷(CoS)和Pt的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例為0.48% ；
B前處理
(1)將碳化硅配成8g/L的碳化物懸濁液，三氧化鎢配為30g/L的懸濁液，加入懸濁液總量1.5% OP乳化劑做分散劑，控制pH值< 5，在溫度為45?65°C、常壓條件下將二者混合攪拌處理2小時，使鎢包覆在碳化硅表面；
(2)將尿素和無水乙醇按1:5配制先驅(qū)體溶液，再加入稀土催化劑和硫，常溫攪拌20分鐘；
(3)將(I)和(2)混合并陳化2小時后進(jìn)行真空抽濾，將抽濾后的混合物放入充滿氬氣的烘箱中進(jìn)行烘干，溫度控制在110°C，烘干時間為100分鐘，得到分布均勻的混合粉末；
C反應(yīng)爐反應(yīng)
將混合粉末裝舟，進(jìn)爐，爐內(nèi)在微量氬氣保護(hù)下通入氫氣，氫氣流速為48mL/min，氫氣的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在34%。在溫度為960 0C之間進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，反應(yīng)時間在6小時。
[0021]D 磨料
將冷卻后的反應(yīng)物進(jìn)行粉碎磨料，直到粒徑小于100微米。
[0022]E振動篩分級
將磨料好的產(chǎn)品按粒徑大小進(jìn)行振動篩分得到不同粒級的二硫化鶴-碳化娃復(fù)合材料。
【權(quán)利要求】
1.一種碳刷用二硫化鎢復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: A配料 按所述的材料質(zhì)量百分比進(jìn)行配料，三氧化鎢、碳化硅、硫磺、催化劑分別按工藝計(jì)算稱重，硫的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在28?80%，碳化硅的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在0.6%?38%，催化劑的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在0.05%?0.5% ； B前處理 (1)將碳化硅配成4-8g/L的碳化物懸濁液，三氧化鎢配為15-30g/L的懸濁液，加入懸濁液總量0.5-1.5%的尿素或OP乳化劑做分散劑，控制pH值彡5，在溫度為25?65°C、常壓條件下將二者混合攪拌處理0.5?2小時，使三氧化鎢包覆在碳化硅表面； (2)將尿素和無水乙醇按1:(3?5)配制先驅(qū)體溶液，再加入稀土催化劑和硫，常溫攪拌10-20分鐘； (3)將(I)和(2)混合并陳化I?2小時后進(jìn)行真空抽濾，將抽濾后的混合物放入充滿氬氣的烘箱中進(jìn)行烘干，溫度控制在70?110°C，烘干時間為10?100分鐘，得到分布均勻的混合粉末； C:反應(yīng)爐反應(yīng) 將混合粉末裝舟，進(jìn)爐，爐內(nèi)在微量氬氣保護(hù)下通入氫氣，氫氣流速為5mL/min- 50mL/min，氫氣的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例在2.6%?35%，在溫度為180 0C?980 °(:之間進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，反應(yīng)時間在6?18小時； D磨料 將冷卻后的反應(yīng)物進(jìn)行粉碎磨料，直到粒徑小于100微米； E振動篩分級 將磨料好的產(chǎn)品按粒徑大小進(jìn)行振動篩分得到不同粒級的二硫化鶴-碳化娃復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求4所述的碳刷用二硫化鎢復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟C中通入氫氣的質(zhì)量與三氧化鎢質(zhì)量的比例2.7%?10%。
【文檔編號】C01G41/00GK104445419SQ201410716948
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】沈季芳, 李春芳, 戴長欣, 吳爾京, 任改梅, 李虹云 申請人:湖南省華京粉體材料有限公司