一种绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法与流程

本发明涉及电工材料研发，具体而言，涉及一种绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法。

背景技术：

1、高压隔离开关动静触头材料以铜基材料为主，如镀银纯铜的触头材料、铜钨系触头材料以及铜铍触头材料等。铜具有良好的导电和导热性能，且具有较大的强度和硬度，熔点较高，可加工性能好，但容易氧化，使表面接触电阻在使用过程中迅速增大，降低导电性能。为解决这一问题，通常通过在纯铜材料表面镀银以提高材料的抗氧化性。因为银在空气中不易氧化，且银的导电和导热性能均优于铜，镀银层能够提升高压隔离开关触头材料的物理性能。但是由于户外高压隔离开关长期暴露于自然环境中，且国内沿海城市多处于高温高湿环境，大气中含有二氧化硫、氯气等强腐蚀性物质，镀银层会与含硫气体（h2s、so2）发生反应生成黑色的硫化银，同时，镀银层长时暴露于潮湿空气中，会缓慢发生氧化反应，增大导电部位的接触电阻，影响高压隔离开关的导电性。综上所述，镀银层存在易硫化、耐磨性差、抗大气腐蚀性能弱的缺点，因此亟需研发制备具有良好耐摩擦耐腐蚀性能的新型触头材料。

2、资料表明，添加非金属元素碳可以减缓镀银层的硫化速度。石墨烯是典型的二维纳米材料，力学性能突出，表现为高强度、高模量，抗拉强度高达125gpa，弹性模量达1.1tpa，硬度比莫氏硬度10级的金刚石还高，且具有很好的韧性及优异的延展性，可以弯曲．石墨烯的热导率可达5000 w/（mk），与金属材料复合不仅能够获得良好的导热性能，而且能够大大减小增强体尺度，获得强韧化效果。石墨烯的比表面积理论值为 2630m2/g，高比表面积使其在基体中具有更强的稳定性和分散性，因而具有更高的增强效率。氟化石墨烯，即氟原子连接到石墨烯片层的碳原子上，使石墨烯部分氟化或全部氟化的产物，是一种重要的新型石墨烯衍生物。它不但保留了石墨烯独特的二维结构，又由于氟原子的引入，使其具有一些不同于石墨烯的优异性能。因此，如何利用氟化石墨烯的突出特性进行镀银层复合材料改性，以弥补镀银层的各项不足，为沿海变电站内户外高压隔离开关电接触部位的缺陷失效问题的进一步改进提供新的研究思路，变得尤为急需。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法，包括如下操作步骤：

2、步骤一、氟化石墨烯水溶液配制，称取预设量的氟化石墨烯，添加石墨烯水性分散剂，进行分散处理；

3、步骤二、银石墨复合镀槽液制备，在石墨烯镀银镀液中加入氟化石墨烯水溶液，超声处理即得；

4、步骤三、镀层基体材料预镀纳米银处理，高压开关触头作为镀层基体材料，对基体材料进行预处理后，将基体试片带电放入预镀银槽中进行预镀纳米银处理；

5、步骤四、银/银石墨复合镀层制备，采用复合电沉积法将预镀银处理后基体试片带电放入银石墨复合镀槽液中进行银石墨烯复合镀，制得纯银/银石墨烯复合镀层。

6、本发明利用石墨烯的高导电性、导热性、比表面积以及优越的润滑特性，提高了纳米银～氟化石墨烯镀层的导电性和力学性能；利用复合电沉积工艺（hip），使制备的镀层材料具有致密的微观组织，同时石墨烯游离在材料内部缺陷处并构建连续导电网络，大大减少了内部微缺陷对导电性能的影响。

7、进一步地，步骤二中，所述石墨烯镀银镀液包括如下组分：agno3，石墨烯， ki，k2co3。具体而言，碘化钾与银配位离子不稳定常数较为接近，该镀液稳定且管理维护简单，可用来替代无氰镀银体系配位剂，减少实验毒性。

8、进一步地，步骤一中，所述氟化石墨烯的粒径为2～16μm。

9、进一步地，所述步骤一中，配制的氟化石墨烯水溶液中氟化石墨烯含量为0.5～2g/l。

10、进一步地，步骤一中，所述分散处理方法为，利用超声的空化作用进行超声处理，以高能高振荡降低石墨烯的表面能，从而改善分散效果。

11、进一步地，步骤三中，对所述基体材料预处理的方法为，对铜基体进行包括打磨、除油、去氧化皮以及活化的预处理工序。

12、进一步地，步骤四中，所述复合电沉积过程中，电流密度为0.2～0.6a/dm2，温度为20～30℃，电镀时间为1.5～3h。

13、进一步地，步骤四中，所述复合电沉积过程中，连续磁力搅拌镀液，磁力搅拌器转速设定为900～1000r/min，能够使石墨烯的均匀分散。

14、进一步地，步骤三中，所述预镀纳米银处理过程中，电流密度为0.2～0.6a/dm2，温度为20～30℃，电镀时间1.5～3h。

15、进一步地，步骤三中，采用质量分数为99.99%的电镀专用银板作为电镀阳极板。

16、本发明提供的纳米银、氟化石墨烯复合镀层的制备方法绿色清洁、工艺简单、生产制造成本较低，可适用于批量化生产；该制备方法获得的纳米银、氟化石墨烯复合镀层具有优良的综合性能，结合力强，可180°折弯10次无裂痕、不脱落，耐腐蚀性能好，通过240h周浸试验，接触电阻≤50μω，动摩擦系数＜0.2，能够解决以往镀银层磨损、腐蚀发热带来的发热、卡涩等问题。

技术特征：

1.一种绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，步骤二中，所述石墨烯镀银镀液包括如下组分：agno3，石墨烯，ki，k2co3。

3.根据权利要求1所述的绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，步骤一中，所述氟化石墨烯的粒径为2～16μm。

4.根据权利要求1所述的绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，所述步骤一中，配制的氟化石墨烯水溶液中氟化石墨烯含量为0.5～2g/l。

5.根据权利要求1所述的绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，步骤一中，所述分散处理方法为，利用超声的空化作用进行超声处理，以高能高振荡降低石墨烯的表面能，从而改善分散效果。

6.根据权利要求1所述的绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，步骤三中，对所述基体材料预处理的方法为，对铜基体进行包括打磨、除油、去氧化皮以及活化的预处理工序。

7.根据权利要求1所述的绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，步骤四中，所述复合电沉积过程中，电流密度为0.2～0.6a/dm2，温度为20～30℃，电镀时间为1.5～3h。

8.根据权利要求1所述的绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，步骤四中，所述复合电沉积过程中，连续磁力搅拌镀液，磁力搅拌器转速设定为900～1000r/min，能够使石墨烯的均匀分散。

9.根据权利要求1所述的绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，步骤三中，所述预镀纳米银处理过程中，电流密度为0.2～0.6a/dm2，温度为20～30℃，电镀时间1.5～3h。

10.根据权利要求1所述的绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，步骤三中，采用质量分数为99.99%的电镀专用银板作为电镀阳极板。

技术总结
本发明提供了一种绿色清洁的纳米银、氟化石墨烯复合镀层制备方法，包括：氟化石墨烯水溶液配制，称取预设量的氟化石墨烯，添加石墨烯水性分散剂，进行分散处理；银石墨复合镀槽液制备，在石墨烯镀银镀液中加入氟化石墨烯水溶液，超声处理即得；镀层基体材料预镀纳米银处理，高压开关触头作为镀层基体材料，对基体材料进行预处理后，将基体试片带电放入预镀银槽中进行预镀纳米银处理；银/银石墨复合镀层制备，采用复合电沉积法将预镀银处理后基体试片带电放入银石墨复合镀槽液中进行银石墨烯复合镀，制得纯银/银石墨烯复合镀层。该方法绿色清洁、工艺简单、生产制造成本较低，该方法获得的纳米银、氟化石墨烯复合镀层具有优良的综合性能。

技术研发人员：黄河,丁一,庞震,刘北阳,刘辉,杨丙坤,韩钰,李志兵,丁然,李玉杰
受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21