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      一種鍍銅石墨烯/銅基電觸頭材料及其制備方法

      文檔序號(hào):9788960閱讀:978來(lái)源:國(guó)知局
      一種鍍銅石墨烯/銅基電觸頭材料及其制備方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明涉及一種電觸頭材料,尤其涉及一種鍍銅石墨稀/銅基電觸頭材料,以及上 述材料的制備方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 電觸頭材料是儀器儀表的關(guān)鍵部件,對(duì)儀器儀表的壽命和工作可靠性起著重要的 作用。銅基觸頭材料由于價(jià)格低廉、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能與銀相近,近年來(lái)已部分代替銀基觸頭, 減少貴金屬銀的損耗。但是,由于銅觸頭材料極易氧化,生成具有低電阻率的氧化銅和氧化 亞銅,增大了觸頭元件的接觸電阻,使其在使用過(guò)程中容易發(fā)熱,導(dǎo)致觸頭材料的可靠性和 使用壽命降低。
      [0003] 現(xiàn)有專利文獻(xiàn)(公開(kāi)號(hào)102385938A),公開(kāi)了一種金屬基石墨烯復(fù)合電接觸材料及 其制備方法,電接觸材料,包含〇. 02-1 Owt%的石墨稀,其余為金屬基體材料。由于石墨稀增 強(qiáng)相的加入,使該復(fù)合電接觸材料具有比其他增強(qiáng)相復(fù)合電接觸材料更好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性 能和更高的硬度和耐磨性。但因使用有毒有害的水合肼為還原劑,難以滿足環(huán)保要求。
      [0004] 稀土在我國(guó)儲(chǔ)量豐富,占世界稀土儲(chǔ)量的80%,開(kāi)發(fā)稀土元素添加的高品質(zhì)有色合 金是我國(guó)的獨(dú)有優(yōu)勢(shì)。稀土元素比較活潑,添加到金屬銅中,可以脫氣除渣,細(xì)化晶粒,提高 銅合金的耐腐蝕性能和耐磨損性能。
      [0005][0006][0007] 上述兩項(xiàng)專利都通過(guò)稀土或者稀土氧化物的添加來(lái)提高銅合金的耐蝕性、抗氧化 性,但同時(shí)由于陶瓷顆粒、鉻等低導(dǎo)電性的材料添加,在一定程度上降低了銅觸頭材料的導(dǎo) 電、導(dǎo)熱性能,因此難以獲得綜合性能優(yōu)異的銅基觸頭材料。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)電性能好、接觸電阻低且穩(wěn)定、抗熔焊性能佳、硬度 尚及易制備的鏈銅石墨稀/銅基電觸頭材料。
      [0009] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述材料的制備方法。
      [0010] 本發(fā)明是通過(guò)下面的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
      [0011] -種鍍銅石墨烯/銅基電觸頭材料,其特征在于,包括重量含量為0.1-2.0%的鍍銅 石墨烯和98.0-99.9%的銅-稀土合金,稀土占銅-稀土合金的重量比為0.03-3.0%。
      [0012] 進(jìn)一步地,所述鍍銅石墨烯是采用直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積金屬銅制 成。
      [0013] 進(jìn)一步地,所述稀土為鑭、鈰、釔、鐠和釹中的一種或幾種。稀土金屬為鑭、鈰、鐠和 釹的混合時(shí),稱為混合稀土金屬。常見(jiàn)的有:富鑭混合稀土金屬和富鈰混合稀土金屬。富鑭 混合稀土金屬中,鑭占稀土總量的40 %~45 %,含鈰、鐠、釹分別低于5%、11%~13%和 33 %~37 %。富鈰混合稀土金屬中,鈰占稀土總量的50%~60%,含鑭18 %~28%、鐠4%~ 6%和釹12%~20%。
      [0014] 上述的電觸頭材料的制備方法,其特征在于包括以下步驟: (1) 采用直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積金屬銅制成鍍銅石墨烯; (2) 將銅-稀土合金采用霧化法制成200-300目銅合金粉末; (3) 將鍍銅石墨烯與銅合金粉末裝入球磨機(jī)混粉,制成混合均勻的粉末; (4) 將步驟(3)混合的粉末放入模具中冷壓成型; (5) 成型坯料進(jìn)行真空電弧熔煉,制成鍍銅石墨烯/銅基電觸頭材料。
      [0015] 進(jìn)一步地,所述步驟(1)中石墨稀為N層,N為1-10。
      [0016]進(jìn)一步地,所述步驟(1)中純度為99.99%的銅靶安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨,去除 表面氧化膜,再用丙酮清洗,烘干,直流磁控濺射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)濺射,采用擋板將靶材 與石墨烯隔開(kāi),去除靶材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì),保證后續(xù)石墨烯表面沉積銅膜的 純度。直流磁控濺射的工藝參數(shù)為:靶材是純度為99.99%的銅靶,在真空度達(dá)到0.1*10- 3-1.0*10-3Pa時(shí),通入純度99.99%的氬氣,工作氣壓0.5-1.2Pa,濺射功率100-150W,沉積時(shí)間 為5_30min。
      [0017] 進(jìn)一步地,所述步驟(2 )中霧化法選自氣體霧化法、離心霧化法和超聲霧化法的一 種。
      [0018] 進(jìn)一步地,所述步驟(3)中球磨機(jī)的工藝參數(shù)為:球磨罐先抽真空再通入氬氣保 護(hù),轉(zhuǎn)速100-250r/min,球磨15-20分鐘,停止5分鐘,順時(shí)針、逆時(shí)針交替轉(zhuǎn)動(dòng),總計(jì)混粉時(shí) 間2-6h。為防止銅的氧化,球磨前球磨罐需抽真空,并通入氬氣保護(hù)。在本發(fā)明的球磨參數(shù) 范圍內(nèi),可很好的控制石墨烯與金屬合金混合粉末的分布狀態(tài)。
      [0019] 進(jìn)一步地,步驟(4)中所述冷壓成型壓力為400-600MPa,保壓時(shí)間3-5分鐘。
      [0020] 進(jìn)一步地,所述步驟(5)中真空電弧熔煉的熔煉爐真空度1.0*10_3_3.0*10_3Pa,工 作氣體為氬氣,工作氣壓為〇. 〇2Pa_0.1 Pa,熔煉時(shí)間1-2分鐘。
      [0021] 本發(fā)明的有益成果是: (1)本發(fā)明在銅合金中添加鍍銅石墨烯增強(qiáng)體作為骨架,使材料具有高硬度、高耐磨 性、抗機(jī)械沖擊性能、抗電弧燒蝕性能。
      [0022] (2)通過(guò)直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積銅,可避免了石墨烯作為納米顆粒在 混粉過(guò)程中團(tuán)聚。
      [0023] (3)鍍銅石墨烯改善了石墨烯與金屬間的界面潤(rùn)濕性,有利于獲得良好界面結(jié)合, 使復(fù)合材料導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性能、抗電弧侵蝕性進(jìn)一步提高,更好地滿足電觸頭的性能需求。 [0024] (4)稀土的加入,提高銅合金電觸頭材料的抗氧化性和耐電弧燒損能力。
      [0025] (5)采用霧化法制備銅-稀土合金粉,可以使稀土合金在銅基體中均勻分布,同時(shí) 霧化過(guò)程中冷速較快,可以細(xì)化晶粒組織。
      [0026] (6)真空電弧熔煉可減少銅合金熔煉過(guò)程中的氧化,同時(shí)冷卻速度快,可獲得耐磨 性更好的觸頭材料。
      【具體實(shí)施方式】 [0027] 實(shí)施例1 (1)采用直流磁控濺射法在石墨烯(層數(shù)1-10)表面沉積金屬銅制備成鍍銅石墨烯。純 度為99.99%的銅靶材安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行研磨去除表面氧化膜,再用丙酮清洗,烘干,直 流磁控濺射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)濺射,去除靶材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì),保證后續(xù)石 墨烯表面沉積銅膜的純度。直流磁控濺射的工藝參數(shù)為:在真空度達(dá)到0.1*1(T 3 Pa時(shí),通入 純度99.99%的氬氣,工作氣壓0.5Pa,濺射功率100W,沉積時(shí)間為30min。
      [0028] (2)將銅-稀土合金采用離心霧化法制成200目合金粉末,銅-稀土中的稀土為富鑭 混合稀土金屬,重量含量為銅-稀土合金的0.03%。
      [0029] (3)將鍍銅石墨烯與合金粉末按重量比0.1:99.9裝入球磨機(jī)混粉,制成混合均勻 的粉末。球磨機(jī)的工藝參數(shù)為:球磨罐先抽真空再通入氬氣保護(hù),轉(zhuǎn)速l〇〇r/min,球磨15分 鐘,停止5分鐘,順時(shí)針、逆時(shí)針交替轉(zhuǎn)動(dòng),總計(jì)混粉時(shí)間6h。
      [0030] (4)將步驟(3)混合的粉末放入模具中冷壓成型,壓力為400MPa,保壓時(shí)間5分鐘。
      [0031] (5)成型的坯料進(jìn)行真空電弧熔煉,真空度1.0*l(T3Pa,工作氣體為氬氣,工作氣壓 為0.02Pa,熔煉時(shí)間2分鐘,制成鍍銅石墨烯/銅基電觸頭材料。
      [0032] 實(shí)施例2 (1)采用直流磁控濺射法在石墨烯(層數(shù)1-10)表面沉積金屬銅制成鍍銅石墨烯。純度
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