[發明專利]一種石墨烯增強銅基電觸頭材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610106147.8
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105695776B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 冷金鳳;時傳霞;張鑫洋;劉陽;周慶波
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C1/10;C22F1/08;C22C9/00;H01H11/04
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所37218
• 代理人: 李桂存

技術領域

本發明涉及一種電觸頭材料的制備方法，尤其涉及一種石墨烯增強銅基電觸頭材料的制備方法。

背景技術

電觸頭材料是儀器儀表的關鍵部件，對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格低廉、導電、導熱性能與銀相近，近年來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，使其在使用過程中容易發熱，導致觸頭材料的可靠性和使用壽命降低。

現有專利文獻（公開號102385938A），公開了一種金屬基石墨烯復合電接觸材料及其制備方法，電接觸材料，包含0.02-10wt%的石墨烯，其余為金屬基體材料。由于石墨烯增強相的加入，使該復合電接觸材料具有比其他增強相復合電接觸材料更好的導電、導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，難以滿足環保要求。

稀土在我國儲量豐富，占世界稀土儲量的80%，開發稀土元素添加的高品質有色合金是我國的獨有優勢。稀土元素比較活潑，添加到金屬銅中，可以脫氣除渣，細化晶粒，提高銅合金的耐腐蝕性能和耐磨損性能。

公開號為105063413A，公開了一種銅基觸頭材料及制備工藝，銅基觸頭材料包含以下重量成份，0.2-0.6％的鎂，0.05-0.3％的銻，0.05-0.4％的鉍，0.05- 0.3％的錫，0.05-0.3％的鉻，0.005-0.05％硼，0.02-0.1％鑭，0.2-0.5％石墨和余量的銅，通過加入適量的硼、錫、銻粉末，提高電觸頭制成品的強度和耐磨性。

公開號為101145450的中國專利，公布了一種特種粉末銅合金電觸頭材料，其特征在于：所述材料的組合物，按重量百分比的組分為：稀土：0.1％～1％，硼：0.01％～0.1％，鋁：0.1％～1％，銀：0.1％～1％，導電陶瓷：0.2％～2％，金剛石粉：0.2％～2％，余量為銅和不可避免的雜質。

上述兩項專利都通過稀土或者稀土氧化物的添加來提高銅合金的耐蝕性、抗氧化性，但同時由于陶瓷顆粒、鉻等低導電性的材料添加，在一定程度上降低了銅觸頭材料的導電、導熱性能，因此難以獲得綜合性能優異的銅基觸頭材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種導電性能好、接觸電阻低且穩定、抗熔焊性能佳、硬度高及易制備的石墨烯增強銅基電觸頭材料的制備方法。

本發明是通過下面的技術方案來實現的。

一種石墨烯增強銅基電觸頭材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）將重量含量為1.0-5.0%的石墨烯、95.0-99.0%的銅粉裝入球磨機混粉，冷壓成型制成銅-石墨烯中間合金；

（2）純度為99.9%的銅在中頻爐中熔煉，采用玻璃或硼砂覆蓋，防止銅熔體氧化，玻璃或硼砂質量為爐料重量的0.8-1.2%；

（3）在銅熔體中加入銅重量0.03-2.0%的稀土，充分攪拌制成銅-稀土合金熔體，再加入銅-稀土合金重量10-30%的銅-石墨烯中間合金，澆鑄工藝制成復合材料；

（4）步驟（3）的復合材料去應力退火，退火后擠壓或軋制加工成形，制成石墨烯增強銅基電觸頭材料。

優選地，所述步驟（1）中石墨烯的層數為N層，N為1-10，所述銅粉純度為99.9%，粒度為150-300目。

優選地，所述步驟（1）中球磨機的工藝參數為：球磨罐先抽真空再通入氬氣保護，轉速150-350r/min，球磨15-20分鐘，停止5分鐘，順時針、逆時針交替轉動，總計混粉時間2-4h。為防止銅的氧化，球磨前球磨罐需抽真空，并通入氬氣保護。在本發明的球磨參數范圍內，可很好的控制石墨烯與金屬合金混合粉末的分布狀態。

優選地，步驟（1）中所述冷壓成型壓力為200-400MPa，保壓時間3-5分鐘。

優選地，步驟（3）中稀土選自鑭、鈰、釔、鐠和釹中的一種或幾種。添加的稀土金屬為鑭、鈰、鐠和釹的混合時，稱為混合稀土金屬。常見的有：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％。稀土采用銅箔包裹，直接壓入銅熔體液面以下，保持3-5分鐘后進行攪拌。

優選地，步驟（4）中退火溫度為200℃-300℃，退火時間2-6小時。更優選地，退火時間為4小時。