[发明专利]一种电触头材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电触头材料及其制备方法，尤其涉及一种石墨烯增强铜基电触头复合材料及其制备方法。

背景技术

真空触头材料是影响真空开关开断性能的重要因素，要求触头材料具有高导电率、高导热系数、高的机械强度及低的接触电阻。真空开关不需检修，触头需要最少耐受8-12次，多则30-50次的开合额定短路电流对触头的烧损，因此触头材料应具有良好的耐弧性、抗熔焊性。目前常用的铜铋合金具有良好的抗熔焊性、较低的载流值，一定的开断能力，但强度较低，电弧侵蚀大，降低了触头材料的寿命。

现有（公开号105063413A），公开了“一种铜基电触头材料及其制备工艺”，铜基触头材料包含以下重量百分比成份：0.2-0.6％的镁、0.05-0.3％的锑、0.05-0.4％的铋、0.05-0.3％的锡、0.05-0.3％的铬、0.005-0.05％的硼、0.02-0.1％的镧以及0.2-0.5％的石墨和余量的铜。通过加入适量的硼、锡、锑粉末，提高电触头制成品的强度和耐磨性，但一定程度上降低了材料导电性。

现有专利文献（公开号102385938A），公开了一种金属基石墨烯复合电接触材料及其制备方法,电接触材料包含0.02-10wt.%的石墨烯,其余为金属基体材料。由于石墨烯增强相的加入,使该复合电接触材料具有比其他增强相复合电接触材料更好的导电、导热性能和更高的硬度和耐磨性。石墨烯与金属基体的润湿性不好，电触头材料性能具有进一步提升的空间。

发明内容

本发明提供了一种电触头材料，通过在铜合金材料中加入镀镍石墨烯增强体，在不降低其导电性、导热性的同时，提高铜合金的硬度、耐磨性和耐电弧侵蚀性。

此外本发明还提供了上述电触头材料的制备方法。

本发明为解决上述问题提出的技术方案：

一种电触头材料，其特征在于，包括重量比为0.1-1.0%镀镍石墨烯和99.0-99.9%铜合金，铜合金的重量成分为0.15-0.5%的铋、0.1-3.0%的金属X、余量为铜，X选自锌、锡、铝、镍和银中一种或几种。优选地，X选自锌和铝中的一种或两种。

上述电触头材料，优选石墨烯为N层，N为1-10。

上述电触头材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）采用直流磁控溅射法将金属镍沉积在石墨烯表面，制成镀镍石墨烯。直流磁控溅射沉积设备的工艺参数为：真空度达到0.1*10^-3-1.0*10^-3Pa时，通入高纯氩气，真空室气压0.5-1.2Pa，溅射功率100-150W，沉积时间为5-30min，优选10-30min。

（2）将铜合金采用雾化法制成200-300目的铜合金粉末。

（3）将镀镍石墨烯与铜合金粉末装入球磨机球磨，制成镀镍石墨烯和铜合金均匀混合的粉末。球磨机工作状态为：转速100-250r/min，球磨15-20分钟，停止5分钟，顺时针、逆时针交替运行，混粉时间为2-6小时。

（4）将步骤（3）混合后的粉末放入模具中进行致密化处理，制成坯件。

（5）块坯真空电弧熔炼，制成石墨烯增强铜基的电触头复合材料。优选地，熔炼炉真空度1.0*10^-3 -3.0*10^-3Pa，工作气体为氩气，工作气压为0.02-0.1Pa，熔炼时间1-2分钟。

本发明的有益成果是：

（1）这种电触头材料，在铜合金中添加石墨烯增强体作为骨架，使材料具有高硬度、高耐磨性、抗机械冲击性能与抗电弧烧蚀性能的同时，避免了铜合金导电性、导热性的降低。此外，镀镍石墨烯改善了石墨烯与金属间的界面结合力，获得良好界面结合，解决了石墨烯与基体间界面润湿的问题，使复合材料致密度、力学性能、导电性、导热性能、抗电弧侵蚀性进一步提高，更好地满足电触头材料的需求。

（2）电触头的制备方法，采用直流磁控溅射法在石墨烯表面沉积镍，形成的结构，减少石墨烯作为纳米颗粒在混粉过程中的团聚。镍可作为铜基体的合金化元素，提高铜合金的耐腐蚀能力和抗熔焊性。使用真空电弧熔炼，熔炼时间短，避免了石墨烯颗粒的偏聚，有效避免铜基体氧化。

具体实施方式

实施例1