一种镀铜石墨烯增强铜基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，尤其涉及一种镀铜石墨烯增强铜基电触头材料，以 及上述材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 电触头材料是仪器仪表的关键部件，对仪器仪表的寿命和工作可靠性起着重要的 作用。铜基触头材料由于价格低廉、导电、导热性能与银相近，近年来已部分代替银基触头， 减少贵金属银的损耗。但是，由于铜触头材料极易氧化，生成具有低电阻率的氧化铜和氧化 亚铜，增大了触头元件的接触电阻，使其在使用过程中容易发热，导致触头材料的可靠性和 使用寿命降低。
[0003] 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，包含〇. 02-1 Owt%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。但因使用有毒有害的水合肼为还原剂，难以满足环保要求。
[0004] 稀土在我国储量丰富，占世界稀土储量的80%，开发稀土元素添加的高品质有色合 金是我国的独有优势。稀土元素比较活泼，添加到金属铜中，可以脱气除渣，细化晶粒，提高 铜合金的耐腐蚀性能和耐磨损性能。
[0005][0006][0007] 上述两项专利都通过稀土或者稀土氧化物的添加来提高铜合金的耐蚀性、抗氧化 性，但同时由于陶瓷颗粒、铬等低导电性的材料添加，在一定程度上降低了铜触头材料的导 电、导热性能，因此难以获得综合性能优异的铜基触头材料。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种导电性能好、接触电阻低且稳定、抗熔焊性能佳、硬度 尚及易制备的链铜石墨稀增强铜基电触头材料。
[0009] 本发明的另一目的在于提供上述材料的制备方法。
[0010] 本发明是通过下面的技术方案来实现的。
[0011] -种镀铜石墨烯增强铜基电触头材料，其特征在于，包括重量含量为0.1-5.0%的 镀铜石墨烯和95.0-99.9%的铜-稀土合金，稀土占铜-稀土合金的重量比为0.03-2.0%。
[0012] 优选地，所述镀铜石墨烯是采用直流磁控溅射法在石墨烯表面沉积金属铜制成。
[0013] 优选地，所述稀土选自镧、铈、钇、镨和钕中的一种或几种。稀土金属为镧、铈、镨和 钕的混合时，称为混合稀土金属。常见的有：富镧混合稀土金属和富铈混合稀土金属。富镧 混合稀土金属中，镧占稀土总量的40 %~45 %，含铈、镨、钕分别低于5%、11%~13%和 33 %~37 %。富铈混合稀土金属中，铈占稀土总量的50%~60%，含镧18 %~28%、镨4%~ 6%和钕12%~20%。
[0014] 上述电触头材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 采用直流磁控溅射法在石墨烯表面沉积金属铜制成镀铜石墨烯； (2) 将铜-稀土合金采用雾化法制成200-300目铜合金粉末； (3) 将镀铜石墨烯与铜合金粉末装入球磨机混粉，制成均匀混合的粉末； (4) 将步骤(3)混合的粉末放入模具中冷压成型，烧结； (5) 二次成型，烧结，制成石墨烯增强铜-稀土基电触头材料。
[0015] 优选地，所述步骤(1)中石墨烯为N层，N为1-10。
[0016] 所述步骤(1)中，纯度为99.99%的铜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，采用挡板将靶材与石墨烯 隔开，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铜膜的纯度。直流 磁控溅射的工艺参数为:靶材是纯度为99.99%的铜靶，在真空度达到0.1*1(T 3-1.0*10_3Pa 时，通入纯度99.99%的氩气，工作气压0.5-1.2Pa，溅射功率100-1501，沉积时间为5-3011^11。
[0017] 优选地，所述步骤（2)中雾化法选自气体雾化法、离心雾化法和超声雾化法的一 种。
[0018] 优选地，所述步骤(3)中球磨机的工艺参数为:球磨罐先抽真空再通入氩气保护， 转速100-250r/min，球磨15-20分钟，停止5分钟，顺时针、逆时针交替转动，总计混粉时间2-6h。为防止铜的氧化，球磨前球磨罐需抽真空，并通入氩气保护。在本发明的球磨参数范围 内，可很好的控制石墨烯与金属合金混合粉末的分布状态。
[0019] 优选地，步骤(4)中所述冷压成型压力为400-600MPa，保压时间3-5分钟，冷压成型 件在氩气或氢气保护下烧结，真空度1. 〇*10-3-5.0*10、&，烧结温度700-900°C，保温时间 2-4小时。
[0020] 优选地，其特征在于，所述步骤(5 )中二次成型压力为200-500MPa，保压时间3-5分 钟，二次成型件在氩气或氢气保护下烧结，真空度1. 〇*10-3-5. (^HT1Pa，烧结温度700-900 °C，保温时间2-4小时。
[0021] 本发明的有益成果是： (1)本发明在铜合金中添加石墨烯增强体作为骨架，使材料具有高硬度、高耐磨性、抗 机械冲击性能、抗电弧烧蚀性能。
[0022] (2)通过直流磁控溅射法在石墨烯表面沉积铜，可避免了石墨烯作为纳米颗粒在 混粉过程中团聚。
[0023] (3)镀铜石墨烯改善了石墨烯与金属间的界面润湿性，有利于获得良好界面结合， 使复合材料导电性、导热性能、抗电弧侵蚀性进一步提高，更好地满足电触头的性能需求。 [0024] (4)稀土的加入，提高铜合金电触头材料的抗氧化性和耐电弧烧损能力。
[0025] (5)采用雾化法制备铜-稀土合金粉，可以使稀土合金在铜基体中均匀分布，同时 雾化过程中冷速较快，可以细化晶粒组织。
[0026] (6)复压复烧制备的铜-稀土基复合材料致密度高，有利于获得高的综合性能。
[0027] (7)冷压成型烧结制备工艺简单，生产成本低，适合大规模批量生产。
【具体实施方式】 [0028] 实施例1 (1)采用直流磁控溅射法在石墨烯(层数1-10)表面沉积金属铜制备成镀铜石墨烯。纯 度为99.99%的铜靶材安装前先用细砂纸进行研磨去除表面氧化膜，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，采用挡板将靶材与石墨烯隔开，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铜膜的纯度。直流磁控溅射的工艺参数为:在 真空度达到0.1*10- 3 Pa时，通入纯度99.99%的氩气，工作气压0.5Pa，溅射功率100W，沉积时 间为30min。
[0029] (2)将铜-稀土合金采用离心雾化法制成200目合金粉末，铜-稀土中的稀土为富铈 混合稀土金属，重量含量为铜-稀土合金的0.03%。
[0030] (3)将镀铜石墨烯与合金粉末按重量比0.1:99.9装入球磨机混粉，制成混合均匀 的粉末。球磨机的工艺参数为:球磨罐先抽真空再通入氩气保护，转速l〇〇r/min，球磨15分 钟，停止5分钟，顺时针、逆时针交替转动，总计混粉时间6h。
[0031] (4)将步骤(3)混合的粉末放入模具中冷压成型，压力为400MPa，保压时间5分钟， 冷压成型件在氩气保护下烧结，真空度I. 〇*l(T3Pa，烧结温度900°C，保温时间2小时。
[0032] (5)坯料二次成型，压力为200MPa，保压时间5分钟，二次成型件在氩气保护下烧 结，真空度I. 〇*l(T3Pa，烧结温度900°C，保温时间2小时，制成镀铜石墨烯增强铜基电触头材 料。
[0033] 实施例2 (1)采用直流磁控溅射法在石墨烯(层数1-10)表面沉积金属铜制备成镀铜石墨烯。纯 度为9