专利名称：一种电机用铜石墨复合材料电刷的制作方法
技术领域：
本发明属于电接触材料领域，具体涉及一种电机用铜石墨复合材料电刷。
背景技术：
铜石墨复合材料电刷，主要应用于汽车、航空、电气行业用低压直流电机、交流异步电动机集电环和换向器、汽车、摩托车起动机和同步电机的集电环和换向器。铜石墨复合材料电刷中基体铜和石墨相分别起着导电及提高耐磨性和使用寿命的要求，但是用传统的粉末冶金工艺，两者间存在矛盾，即通过提高电刷中铜含量，可提高导电性的要求，但使耐磨性和使用寿命却降低，反之亦然。为获得好的电性能和耐磨性，专利CN1213876A(吴渝英，张国定，洪駸，肖学明，高强，电机用电刷及其制造方法，1999，CN1213876A)公开了一种高性能铜/银石墨电刷，但其采用的镀铜/银石墨粉做原料，成本很高。专利CN101379680A 公开了一种电动机用铜石墨电刷(小林博，电动机用金属石墨电刷材料的制造方法， 2009，CN101379680A)，在铜粉为45wt%，其电阻率和磨损量可分别达到0. 012μ Ω .m和 0. 2mm/500h，但其铜粉质量数高，且额定电流、转速偏低，仅为IOA和3. 6m/s，而且其制造工艺复杂，采用氢气做还原气体，不仅成本很高，而且危险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机用铜石墨复合材料电刷，本发明以硅作为合金组元，采用传统粉末冶金制造铜石墨电刷工艺，来同时改善含高体积石墨分数的铜石墨复合材料电刷的导电性和耐磨性。为达到上述目的，本发明铜石墨复合材料电刷，按质量份数含50 80份石墨粉、 20 50电解铜粉、0. 4 1. 7份硅粉和5 20份浙青粉。将以上原料按传统的粉末冶金制造铜石墨电刷工艺均勻混合，压制、烧结即可制成。所述的石墨粉的纯度为99. 9%，粒度小于300目。所述的电解铜粉的纯度为99. 5%，粒度小于400目。所述的硅粉的纯度为95%，粒度小于300目。所述的浙青粉的粒度小于400目。本发明采用硅对铜、石墨复合材料进行合金化，使其完全固溶在铜、石墨材料中， 尤其使它在铜、石墨界面处产生偏聚。由于硅具有的特有的半导体电子结构，其不仅可增强石墨和铜间的润湿能力，而且可以改变界面处铜与石墨的外层电子能带结构，使电子可以从铜更易到达石墨处，从而增强两者间的导电能力。因此，通过合金化措施，在不降低电刷电性能的情况，可提高石墨的质量分数，同时，铜经硅合金化后，还可提高基体铜的硬度。由于石墨质量分数的提高和铜硬度的增加，所以铜石墨电刷的耐磨性和寿命也就得到了相应提尚。
图1是本发明铜石墨复合材料电刷的扫描电镜图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1 按质量份数将50份的纯度为99.9%，粒度小于300目的石墨粉、25份的纯度为99. 5%，粒度小于400目的电解铜粉、0. 4份的纯度为95%，粒度小于300目的硅粉和7份粒度小于400目的浙青粉混合均勻，然后按传统的粉末冶金制造铜石墨电刷工艺均勻混合，压制、烧结即可制成。经测试其其电阻率为0.41 μ Ω ·πι，洛氏硬度为96. 8，在圆周速度在15m/s，磨损率为0. 06mm/50h,摩擦系数为0. 20，一对电刷总压降为1. 92V，额定电流密度为15A/cm2。实施例2 按质量份数将80份的纯度为99. 9%，粒度小于300目的石墨粉、50份的纯度为99. 5%，粒度小于400目的电解铜粉、1. 5份的纯度为95%，粒度小于300目的硅粉和18份粒度小于400目的浙青粉混合均勻，然后按传统的粉末冶金制造铜石墨电刷工艺均勻混合，压制、烧结即可制成。经测试其其电阻率为0.09 μ Ω ·πι，洛氏硬度为90，在圆周速度在15m/s，磨损率为0. 06mm/50h，摩擦系数为0. 21，一对电刷总压降为0. 5V，额定电流密度为20A/cm2。实施例3 按质量份数将60份的纯度为99. 9%，粒度小于300目的石墨粉、35份的纯度为99. 5%，粒度小于400目的电解铜粉、1. 0份的纯度为95%，粒度小于300目的硅粉和13份粒度小于400目的浙青粉混合均勻，然后按传统的粉末冶金制造铜石墨电刷工艺均勻混合，压制、烧结即可制成。经测试其其电阻率为8. 9μ Ω ·πι，洛氏硬度为69. 2，在圆周速度在15m/s，磨损率为0. 03mm/50h，摩擦系数为0. 20，一对电刷总压降为2. 8V，额定电流密度为15A/cm2。实施例4 按质量份数将70份的纯度为99. 9%，粒度小于300目的石墨粉、40份的纯度为99. 5%，粒度小于400目的电解铜粉、1. 7份的纯度为95%，粒度小于300目的硅粉和20份粒度小于400目的浙青粉混合均勻，然后按传统的粉末冶金制造铜石墨电刷工艺均勻混合，压制、烧结即可制成。实施例5 按质量份数将55份的纯度为99. 9%，粒度小于300目的石墨粉、20份的纯度为99. 5%，粒度小于400目的电解铜粉、0. 7份的纯度为95%，粒度小于300目的硅粉和5份粒度小于400目的浙青粉混合均勻，然后按传统的粉末冶金制造铜石墨电刷工艺均勻混合，压制、烧结即可制成。实施例6 按质量份数将65份的纯度为99. 9%，粒度小于300目的石墨粉、30份的纯度为99. 5%，粒度小于400目的电解铜粉、1. 2份的纯度为95%，粒度小于300目的硅粉和10份粒度小于400目的浙青粉混合均勻，然后按传统的粉末冶金制造铜石墨电刷工艺均勻混合，压制、烧结即可制成。由图1可以看出，铜石墨电刷致密，未见缺陷。本发明由于不用改变传统的粉末冶金制造铜石墨电刷工艺，仅在混合工序中添入市售分析纯级的硅粉，因此电刷具有材料和工艺成本低廉，而且物理机械性能和运行性能提高显著，其圆周速度在15111/8，其电阻率为0.08 9.(^ Ω · m，洛氏硬度为67 105，磨损率为0. 02mm 0. 15mm/50h，摩擦系数为0. 2 0. 25，一对电刷总压降为0. 3 3. 0V，额定电流密度根据电刷中的铜质量可在12 25A/cm2区间变化。
权利要求
1.铜石墨复合材料电刷，其特征在于按质量份数含50 80份石墨粉、20 50电解铜粉、0. 4 1. 7份硅粉和5 20份浙青粉。
2.根据权利要求1所述的铜石墨复合材料电刷，其特征在于所述的石墨粉的纯度为 99. 9%，粒度小于300目。
3.根据权利要求1所述的铜石墨复合材料电刷，其特征在于所述的电解铜粉的纯度为99. 5%，粒度小于400目。
4.根据权利要求1所述的铜石墨复合材料电刷，其特征在于所述的硅粉的纯度为 95%，粒度小于300目。
5.根据权利要求1所述的铜石墨复合材料电刷，其特征在于所述的浙青粉的粒度小于400目。
全文摘要
本发明公开了一种低成本高性能的铜石墨复合材料电刷，该电刷由石墨粉、铜粉、硅粉和沥青粘结剂原料经传统的粉末冶金铜石墨电刷工艺先搅拌混合、后压制、再烧结工艺制作而成，本发明工艺和材料成本低廉，电刷性能提高显著，可满足换向器、集电环电机用电刷的使用要求。
文档编号H01R39/20GK102263349SQ20111015617
公开日2011年11月30日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者曹丽云, 曾燮榕, 熊信柏, 王勇, 谢盛辉, 邹继兆, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学