[发明专利]一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法，属于电机技术领域。本发明通过电镀工艺，在超细石墨粉表面电镀一层金属铜，制备一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料，铜具有良好的热导率和电导率，化学稳定性强，抗蚀性好，将金属铜电镀至超细石墨粉表面，使其表面具有润滑功能，表面硬度适中，石墨具有独特的导电性，能这有利于反应中的电子转移，并且石墨晶体中碳原子的上下电子密度大，使石墨晶体中碳原子具有特别的化学活性，在石墨表面能催化生成大量均匀分布的镀铜微晶，这有利于电镀法镀铜效率的提高，从而明显改善石墨铜界面结合和碳刷材料的组织结构，使碳刷材料的导电性能显著提高，从而有效提高碳刷材料的耐电弧性能。

技术领域

本发明涉及一种耐电弧烧蚀石墨基碳刷材料的制备方法，属于电机技术领域。

背景技术

随着轿车在现代社会的普及，人们对轿车的各种要求也越来越高。在轿车内部有各种各样的电机方便用户对轿车各个系统的操作。以座椅系统为例，座椅的升降、前后移动、调角度都由电机带动。此类电机一般采用低压(一般为12V左右)直流有刷电机。由于座椅电机贴近用户，因此对其噪音的要求非常高。在噪音系统里面，碳刷与换向器的磨合占有大部分比例，因此也对此类碳刷材料、结构本身提出了更高的要求。

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。

碳刷用摩擦材料通常由石墨、金属粉、二硫化钼和二硫化钨组成。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，是使用在马达上的机能部件。碳刷使用范围很广泛，汽车、电动工具、家电、微型马达及大型电气设备等都大量使用。石墨粉中通常都含有粒度为1-500微米的灰份，包括二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化锰、氧化镁等，这些灰分具有不同的粒度，甚至有大粒度灰份，含有的灰份的粒度大于50微米的电机碳刷往往会降低整流性能，在电机运转期间，如果灰份进入碳刷和整流器之间，很有可能会毁坏电机。

目前使用的座椅电机用碳刷普遍采用铜粉、石墨粉以及粘结剂模压纯铜软绞线成型、烧结、加工而成，一般来说碳刷刷体为一种均匀的组分。此类碳刷在目前的应用基本能满足电机动力性能的要求，但是其噪音性能越来越不能满足用户的要求。

目前提高碳刷材料的综合性能主要通过基体合金化、对石墨进行表面处理和加入适量添加物这三种方式进行的。

CN106384924A中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。

韩绍昌等通过添加Cr来改变铜与石墨的润湿性，虽然复合材料的电阻率有一定的降低，但是对材料耐磨性能提高的程度却是有限的(参见“铬对改善铜与炭石墨材料润湿性的作用”，韩绍昌，李学谦，湖南大学学报,1998(5):30-33)。

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。

因此，制备出一种兼具良好导电性和耐磨性碳刷现有尤为重要。

发明内容