[发明专利]一种石墨烯改性滑动电接触材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电接触材料领域，特别是一种采用石墨烯改性组元材料、生产成本低、综合性能优良的石墨烯改性滑动电接触材料及其制备方法，属于一种改良的新型滑动电接触材料。

背景技术

滑动电接触材料主要是通过与对偶件产生平移运动或旋转运动来实现静止物体到运动物体的电能传输，其性能的优劣直接影响母体设备能否长时间正常运转，滑动传输时的这种强电流-复杂动载荷-电化学腐蚀多因素耦合条件下的工况往往要求滑动电接触材料具备良好的耐磨、耐腐蚀性以及优异的导电导热等特点，由于铜石墨复合材料兼顾铜基体良好的强度、硬度、导电导热性以及石墨良好的自润滑性等特点，因而被广泛地应用于滑动接触部件，如集电环、电枢和电刷等。

石墨烯是由单层碳原子通过共价键结合而成，具有规则六方对称的理想结构，石墨烯极高的电子迁移率(~23000cm²/(V·s))、高热导率(~5000W/(m·K))使其在导电导热材料领域具有广阔的应用前景，同时由于石墨烯的高强度(断裂强度达130GPa)和承载能力，能通过与其他材料复合形成具有自润滑和高结合特性的连续转移膜从而作为耐磨材料的优良选择。

专利文献（公开号为CN 102385938 A）公开了“一种金属基石墨烯复合电接触材料的制备方法”的专利技术，其所述电接触材料采用0.02wt.%~10wt.%的石墨烯，其余为金属基体，通过化学还原结合真空熔炼法制得电接触材料，该专利方案制备的电接触材料具有优越的导电性、导热性、耐磨性以及抗熔焊能力，该专利方案的不足是所用原料水合肼具有剧毒性，加上石墨烯与铜的不互溶性，在熔炼过程中存在分散不均匀的现象，从而对制成的电接触材料的性能产生不利影响。

专利文献（公开号为CN 105385883 A）公开了“一种电触头材料的制备方法”的专利技术，其所述电触头材料由重量组成为0.1-3.0% 镀镍石墨烯和97.0-99.9% 铜合金组成，通过磁控溅射法结合热压法制得电接触材料，该专利方案使石墨烯与金属实现良好界面结合，从而使材料具有优异的力学性能、抗电弧烧蚀性能、耐腐蚀以及抗熔焊性能，该专利方案的不足是采用磁控溅射法将大大地提高电触头材料的制造成本，难以实现性能与成本之间的平衡。

专利文献（公开号为CN103952588A）公开了“高强高导石墨烯铜基复合材料及其制备方法”的专利技术，其所述复合材料采用0.01wt.%的石墨烯，余量为铜，通过化学还原和放电等离子烧结技术制得石墨烯铜基复合材料，该专利方案所制备的石墨烯铜基复合材料具有较高的压缩屈服强度、优良的导电率、及良好的耐磨性能，该专利方案的不足是所用原材料具有剧毒性，另外采用放电等离子烧结提高了制造的成本，因此该专利方案不适用于大量生产。

发明内容

本发明的目的是针对现有石墨烯电接触材料生产成本高、综合性能不理想、生产安全隐患大的不足，提供一种石墨烯改性滑动电接触材料及其制备方法，该电接触材料采用石墨烯改性组元材料、生产成本低、综合性能优良，所采用制备方法简单，生产安全性好。

为了解决上述现有技术问题,本发明的技术方案是:

本发明一种石墨烯改性滑动电接触材料，它由以下重量份的组元制成：

基体组元 68～70，

摩擦组元 0.2～0.4，

润滑组元 29.4～31.8；

所述基体组元由铜或石墨烯改性铜组成，所述基体组元中石墨烯所占的重量份为0～1.5；

所述摩擦组元由二氧化硅或石墨烯改性二氧化硅组成，所述摩擦组元中石墨烯所占的重量份为0～15；

所述润滑组元为石墨；

所述基体组元、摩擦组元中所含的石墨烯为3～7层石墨烯。

如上所述的一种石墨烯改性滑动电接触材料，其制备方法如下：

(1)、采用溶胶凝胶法实现氧化石墨烯与二氧化硅的原位复合，并以氢气作为保护气氛，在管式炉中保温1～10min实现氧化石墨烯的还原，得到石墨烯改性二氧化硅；

(2)、将氧化石墨烯配制成一定浓度的水分散液，喷涂到温度为150℃的铜箔上，并以氢气作为保护气氛，在管式炉中保温1～10min实现氧化石墨烯的还原；

(3)、将步骤(2)中的得到的石墨烯粉末与铜粉放入球磨罐中，进行球磨，得到铜粉与石墨烯均匀混合的粉末混合物；