[发明专利]石墨烯增强铜铬电触头材料的制备方法

说明书

石墨烯增强铜铬电触头材料的制备方法，包括如下步骤：步骤S1：铜粉和铬粉在保护性气氛中混合均匀，形成第一混合粉体；步骤S2：第一混合粉体通过化学气相沉积使铜粉表面生成石墨烯层，形成铜基石墨烯和铬粉的第二混合粉体；步骤S3：第二混合粉体经冷压成型后烧结，制得预制体；步骤S4：对预制体复压复烧，制得电触头材料。本发明将铜粉和铬粉的混合粉体通过化学气相沉积法制备形成掺杂有石墨烯层的混合粉体，制备过程中铬粉作为防烧剂，石墨烯在铜粉上能快速高质量地生长并最终在铜铬粉体中分散均匀，采用本发明制备形成的材料制备电触头，电触头的界面结合良好，高致密，力学性能和物理性能优异，具有耐腐蚀且耐电弧侵蚀的特点。

技术领域

本发明涉及电触头材料的技术领域，具体涉及石墨烯增强铜铬电触头材料的制备方法。

背景技术

电触头在继电器、接触器、断路器等电器开关领域广泛使用，是电器开关和仪器仪表中十分关键的接触元件，电触头材料包括开闭用电触头材料和在电气接触的同时伴随机械滑动的滑动触点材料，它的性能好坏直接影响到开关电器及关联产品的可靠性和使用寿命。

铜铬合金是一类具有优异综合力学性能和物理性能的功能结构一体化材料。它既具有高的强度和良好的塑性，又具备优良的导热、导电和耐腐蚀性能，是制备电阻焊电机、电缆连接器、金属模具、点焊机端子，以及集成电路引线框架、电力机车架空导线和真空开关触头等器件的优选材料。

铜铬合金作为大功率真空高压开关的首选材料，拥有高的分段能力，较低的截流值和优异的抗熔焊能力。但由于铜铬合金固溶度较低，属于假合金，所以在复合材料中，铜铬保持了各自的优良特性，加工制备中也容易产生偏析的现象。为了进一步提高铜铬触头材料的性能，可以选择添加微量的第三相。相关研究表明石墨烯的加入有利于提高铜铬合金的硬度、导电等物理性能。但现有技术中添加石墨烯的方式为混合或镀铜后混合，在一定程度上增加了第三相石墨烯的偏析，从而造成材料性能的下降。

此外，目前制备铜铬触头材料的传统方法主要有粉末冶金法、熔渗法和熔铸法三种。粉末冶金法工艺比较简单，生产成本相对较低，合金的成分易于控制，但缺点主要是对粉末的质量要求很高，尤其是对铬粉的含氧量，铬粉原料含氧量波动较大时，会严重影响铜铬合金的性能。熔渗法制造的触头材料组织细小、致密性、机械强度好，电导率高，对原材料要求较低，工艺较简单，但缺点是材料存在宏观气孔、夹渣和成分微观偏析等缺陷。混粉熔渗法制造的触头对原材料要求较为严格，需增加多道处理原材料的工序，对金属铬进行真空除氧，并通过球磨混粉工序使原材料变得细小均匀且粉末球化，制备出的Cu-Cr合金材料金相组织均匀，气体含量低，但机械强度比熔铸法低，且成本较高。

综上，在现有技术中，石墨烯和铜铬材料的复合存在分散性不佳、制备工艺复杂且能耗高等缺点，因此，铜铬电触头材料的性能仍然具有一定的提升空间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种分散性好、制备工艺简单且能耗低的石墨烯增强铜铬电触头材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种石墨烯增强铜铬电触头材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：铜粉和铬粉在保护性气氛中混合均匀，形成第一混合粉体；

步骤S2：第一混合粉体通过化学气相沉积使铜粉表面生成石墨烯层，形成铜基石墨烯和铬粉的第二混合粉体；

步骤S3：第二混合粉体经冷压成型后烧结，制得预制体；

步骤S4：对预制体复压复烧，制得电触头材料。

优选地，所述步骤S1中，第一混合粉体中铬粉的质量分数为25％～50％，第一混合粉体的余量为铜粉。

优选地，所述步骤S1中，铬粉的粒度为500nm～3μm，铜粉的粒度为200～800目。