一种电触头材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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：〇. 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。
[0004] 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. %的石墨稀，其余为金属基体材料。由于石墨稀 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】
[0005] 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。
[0006] 此外本发明还提供了上述电触头材料的制备方法。
[0007] 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，由重量比为〇. 1-3. 0%镀镍石墨烯和97. 0-99. 9%铜合金 组成，铜合金的重量组成成分为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、铝和镍中一种或几种。石墨烯为N层，N为 I-IO0
[0008] 上述电触头材料的制备方法，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。
[0009] (2)将铜合金采用雾化法制成200-300目的铜合金粉末。
[0010] (3)将镀镍石墨烯和铜合金装入球磨机球磨，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l〇〇-250r/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。
[0011] (4)将步骤（3)混合后的粉末放入模具中进行致密化处理。
[0012] (5)热压烧结，塑性加工成型，制成石墨烯增强铜基的电触头复合材料。热压烧结 工艺为：采用惰性气体保护，烧结温度700-900°C，烧结压力30-60MPa，时间2-4h。
[0013] 本发明的有益成果是： (1)这种电触头材料，在铜合金中添加镀镍石墨烯作为骨架，使材料具有高硬度、抗机 械冲击性能与抗电弧烧蚀性能的同时，避免了导电性、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。
[0014] (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。
【具体实施方式】
[0015] 实施例1 (1)采用直流磁控溅射法在石墨烯(层数为1-5)表面沉积金属镍制备成镀镍石墨烯。 纯度为99. 99%的镍靶安装前先用细砂纸进行打磨，去除表面氧化膜，再用丙酮清洗，烘干， 直流磁控溅射沉积前进行5分钟预溅射，去除靶材表面的金属氧化物及其它杂质，保证后 续石墨烯表面沉积镍膜的纯度。溅射参数如下：真空度达到〇. 1*10 3Pa时，通入高纯氩气， 真空室气压0. 5Pa，溅射功率100W，沉积时间为30min。
[0016] (2)将含有0· 15%铋、L 0%锌、98. 85%铜的合金粉采用气体雾化法制成200目铜合 金粉末。
[0017] (3)镀镍石墨烯与铜-0. 15铋-1. 0%锌合金粉按0. 1:99. 9的重量比例装入球磨 机中，球磨罐先抽真空再通入氩气保护，转速l〇〇r/min，球磨混粉过程中，顺时针球磨15分 钟，停止5分钟，逆时针球磨15分钟，停止5分钟，依此交替工作，球磨时间6小时，获得镀 镍石墨烯和铜合金均匀混合的粉末。
[0018] (4)将混合后粉末放入模具中进行致密化处理，压力为250MPa。
[0019] (5)制成的块坯放入热压烧结炉中进行烧结，采用氩气保护，烧结压力30MPa，烧结 温度900°C，时间2h，采用挤压或者乳制等工艺加工成型，制备出石墨烯增强铜基电触头复 合材料。
[0020] 实施例2 (1)采用直流磁控派射法在石墨稀(层数为1-10)表面沉积金属镍制备成镀镍石墨稀。 纯度为99. 99%的镍靶安装前先用细砂纸进行打磨去除表面氧化膜，再用丙酮清洗，烘干， 直流磁控溅射沉积前进行5分钟预溅射，去除靶材表面的金属氧化物及其它杂质，保证后 续石墨烯表面沉积镍膜的纯度。溅射参数如下：真空度达到1. 0*10 3Pa时，通入高纯氩气， 真空室气压I. 2Pa，溅射功率150W，沉积时间为lOmin。
[0021] (2)将含有0· 5%铋、3. 0%锌、96. 5%铜的合金粉采用气体雾化法制成300目铜合金 粉末。
[0022] (3)镀镍石墨烯与铜-0· 5%铋-3· 0%锌合金粉按0· 1:99