一種鍍銅石墨烯增強(qiáng)銅基電觸頭材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電觸頭材料，尤其涉及一種鍍銅石墨烯增強(qiáng)銅基電觸頭材料，以 及上述材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電觸頭材料是儀器儀表的關(guān)鍵部件，對儀器儀表的壽命和工作可靠性起著重要的 作用。銅基觸頭材料由于價格低廉、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能與銀相近，近年來已部分代替銀基觸頭， 減少貴金屬銀的損耗。但是，由于銅觸頭材料極易氧化，生成具有低電阻率的氧化銅和氧化 亞銅，增大了觸頭元件的接觸電阻，使其在使用過程中容易發(fā)熱，導(dǎo)致觸頭材料的可靠性和 使用壽命降低。
[0003] 現(xiàn)有專利文獻(xiàn)(公開號102385938A)，公開了一種金屬基石墨烯復(fù)合電接觸材料及 其制備方法，電接觸材料，包含〇. 02-1 Owt%的石墨稀，其余為金屬基體材料。由于石墨稀增 強(qiáng)相的加入，使該復(fù)合電接觸材料具有比其他增強(qiáng)相復(fù)合電接觸材料更好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性 能和更高的硬度和耐磨性。但因使用有毒有害的水合肼為還原劑，難以滿足環(huán)保要求。
[0004] 稀土在我國儲量豐富，占世界稀土儲量的80%，開發(fā)稀土元素添加的高品質(zhì)有色合 金是我國的獨(dú)有優(yōu)勢。稀土元素比較活潑，添加到金屬銅中，可以脫氣除渣，細(xì)化晶粒，提高 銅合金的耐腐蝕性能和耐磨損性能。
[0005][0006][0007] 上述兩項(xiàng)專利都通過稀土或者稀土氧化物的添加來提高銅合金的耐蝕性、抗氧化 性，但同時由于陶瓷顆粒、鉻等低導(dǎo)電性的材料添加，在一定程度上降低了銅觸頭材料的導(dǎo) 電、導(dǎo)熱性能，因此難以獲得綜合性能優(yōu)異的銅基觸頭材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)電性能好、接觸電阻低且穩(wěn)定、抗熔焊性能佳、硬度 尚及易制備的鏈銅石墨稀增強(qiáng)銅基電觸頭材料。
[0009] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述材料的制備方法。
[0010] 本發(fā)明是通過下面的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0011] -種鍍銅石墨烯增強(qiáng)銅基電觸頭材料，其特征在于，包括重量含量為0.1-5.0%的 鍍銅石墨烯和95.0-99.9%的銅-稀土合金，稀土占銅-稀土合金的重量比為0.03-2.0%。
[0012] 優(yōu)選地，所述鍍銅石墨烯是采用直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積金屬銅制成。
[0013] 優(yōu)選地，所述稀土選自鑭、鈰、釔、鐠和釹中的一種或幾種。稀土金屬為鑭、鈰、鐠和 釹的混合時，稱為混合稀土金屬。常見的有：富鑭混合稀土金屬和富鈰混合稀土金屬。富鑭 混合稀土金屬中，鑭占稀土總量的40 %~45 %，含鈰、鐠、釹分別低于5%、11%~13%和 33 %~37 %。富鈰混合稀土金屬中，鈰占稀土總量的50%~60%，含鑭18 %~28%、鐠4%~ 6%和釹12%~20%。
[0014] 上述電觸頭材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 采用直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積金屬銅制成鍍銅石墨烯； (2) 將銅-稀土合金采用霧化法制成200-300目銅合金粉末； (3) 將鍍銅石墨烯與銅合金粉末裝入球磨機(jī)混粉，制成均勻混合的粉末； (4) 將步驟(3)混合的粉末放入模具中冷壓成型，燒結(jié)； (5) 二次成型，燒結(jié)，制成石墨烯增強(qiáng)銅-稀土基電觸頭材料。
[0015] 優(yōu)選地，所述步驟(1)中石墨烯為N層，N為1-10。
[0016] 所述步驟(1)中，純度為99.99%的銅靶安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨，去除表面氧化 膜，再用丙酮清洗，烘干，直流磁控濺射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)濺射，采用擋板將靶材與石墨烯 隔開，去除靶材表面的金屬氧化物及其它雜質(zhì)，保證后續(xù)石墨烯表面沉積銅膜的純度。直流 磁控濺射的工藝參數(shù)為:靶材是純度為99.99%的銅靶，在真空度達(dá)到0.1*1(T 3-1.0*10_3Pa 時，通入純度99.99%的氬氣，工作氣壓0.5-1.2Pa，濺射功率100-1501，沉積時間為5-3011^11。
[0017] 優(yōu)選地，所述步驟（2)中霧化法選自氣體霧化法、離心霧化法和超聲霧化法的一 種。
[0018] 優(yōu)選地，所述步驟(3)中球磨機(jī)的工藝參數(shù)為:球磨罐先抽真空再通入氬氣保護(hù)， 轉(zhuǎn)速100-250r/min，球磨15-20分鐘，停止5分鐘，順時針、逆時針交替轉(zhuǎn)動，總計(jì)混粉時間2-6h。為防止銅的氧化，球磨前球磨罐需抽真空，并通入氬氣保護(hù)。在本發(fā)明的球磨參數(shù)范圍 內(nèi)，可很好的控制石墨烯與金屬合金混合粉末的分布狀態(tài)。
[0019] 優(yōu)選地，步驟(4)中所述冷壓成型壓力為400-600MPa，保壓時間3-5分鐘，冷壓成型 件在氬氣或氫氣保護(hù)下燒結(jié)，真空度1. 〇*10-3-5.0*10、&，燒結(jié)溫度700-900°C，保溫時間 2-4小時。
[0020] 優(yōu)選地，其特征在于，所述步驟(5 )中二次成型壓力為200-500MPa，保壓時間3-5分 鐘，二次成型件在氬氣或氫氣保護(hù)下燒結(jié)，真空度1. 〇*10-3-5. (^HT1Pa，燒結(jié)溫度700-900 °C，保溫時間2-4小時。
[0021] 本發(fā)明的有益成果是： (1)本發(fā)明在銅合金中添加石墨烯增強(qiáng)體作為骨架，使材料具有高硬度、高耐磨性、抗 機(jī)械沖擊性能、抗電弧燒蝕性能。
[0022] (2)通過直流磁控濺射法在石墨烯表面沉積銅，可避免了石墨烯作為納米顆粒在 混粉過程中團(tuán)聚。
[0023] (3)鍍銅石墨烯改善了石墨烯與金屬間的界面潤濕性，有利于獲得良好界面結(jié)合， 使復(fù)合材料導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性能、抗電弧侵蝕性進(jìn)一步提高，更好地滿足電觸頭的性能需求。 [0024] (4)稀土的加入，提高銅合金電觸頭材料的抗氧化性和耐電弧燒損能力。
[0025] (5)采用霧化法制備銅-稀土合金粉，可以使稀土合金在銅基體中均勻分布，同時 霧化過程中冷速較快，可以細(xì)化晶粒組織。
[0026] (6)復(fù)壓復(fù)燒制備的銅-稀土基復(fù)合材料致密度高，有利于獲得高的綜合性能。
[0027] (7)冷壓成型燒結(jié)制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適合大規(guī)模批量生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】 [0028] 實(shí)施例1 (1)采用直流磁控濺射法在石墨烯(層數(shù)1-10)表面沉積金屬銅制備成鍍銅石墨烯。純 度為99.99%的銅靶材安裝前先用細(xì)砂紙進(jìn)行研磨去除表面氧化膜，再用丙酮清洗，烘干，直 流磁控濺射沉積前進(jìn)行5分鐘預(yù)濺射，采用擋板將靶材與石墨烯隔開，去除靶材表面的金屬 氧化物及其它雜質(zhì)，保證后續(xù)石墨烯表面沉積銅膜的純度。直流磁控濺射的工藝參數(shù)為:在 真空度達(dá)到0.1*10- 3 Pa時，通入純度99.99%的氬氣，工作氣壓0.5Pa，濺射功率100W，沉積時 間為30min。
[0029] (2)將銅-稀土合金采用離心霧化法制成200目合金粉末，銅-稀土中的稀土為富鈰 混合稀土金屬，重量含量為銅-稀土合金的0.03%。
[0030] (3)將鍍銅石墨烯與合金粉末按重量比0.1:99.9裝入球磨機(jī)混粉，制成混合均勻 的粉末。球磨機(jī)的工藝參數(shù)為:球磨罐先抽真空再通入氬氣保護(hù)，轉(zhuǎn)速l〇〇r/min，球磨15分 鐘，停止5分鐘，順時針、逆時針交替轉(zhuǎn)動，總計(jì)混粉時間6h。
[0031] (4)將步驟(3)混合的粉末放入模具中冷壓成型，壓力為400MPa，保壓時間5分鐘， 冷壓成型件在氬氣保護(hù)下燒結(jié)，真空度I. 〇*l(T3Pa，燒結(jié)溫度900°C，保溫時間2小時。
[0032] (5)坯料二次成型，壓力為200MPa，保壓時間5分鐘，二次成型件在氬氣保護(hù)下燒 結(jié)，真空度I. 〇*l(T3Pa，燒結(jié)溫度900°C，保溫時間2小時，制成鍍銅石墨烯增強(qiáng)銅基電觸頭材 料。
[0033] 實(shí)施例2 (1)采用直流磁控濺射法在石墨烯(層數(shù)1-10)表面沉積金屬銅制備成鍍銅石墨烯。純 度為9