專利名稱：石墨粉化學鍍銅工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種石墨粉鍍銅工藝，具體涉及一種在石墨粉上用化學方法鍍銅的工藝，經(jīng)該工藝生產(chǎn)的鍍銅石墨粉可用于制造高性能電刷、高速列車受電弓滑板、小型精密自潤滑滑動軸承以及其他滑動電接觸部件的銅/石墨復合材料。
背景技術：
銅/石墨復合材料具有許多特殊的性能和用途，它既具有銅的高電導率、高強度和良好的延展性，又具有石墨的良好潤滑性、耐蝕性、低膨脹系數(shù)及比重小的特點，廣泛應用于噴涂材料、液態(tài)冶金材料、自潤滑軸承、電刷等電工部件。制造銅/石墨復合材料，一般采用粉末冶金法和液態(tài)冶金法。目前粉末冶金法已經(jīng)工業(yè)上得到應用，但由于銅粉和石墨粉截然不同的物理化學性質，主要是密度差別太大(前者8.8g/cm3，后者2.2g/cm3)，且石墨粉末凝聚性強，分散性差，故混合不容易均勻，易產(chǎn)生偏析。若用液態(tài)冶金法，由于石墨與銅既便在1100℃的高溫下其潤濕角也高達140°，石墨很難分散于銅中，也易產(chǎn)生偏析。隨著石墨含量的增加，會嚴重損壞復合材料的綜合機械性能。
在石墨粉鍍銅工藝上，新近研究的方向還有電鍍法和化學鍍法(即置換法)，電鍍或先化學鍍后再電鍍的石墨粉在鍍層連續(xù)性和厚度等指標上較優(yōu)，但由于電鍍過程中改變粉末鍍層厚度會導致系統(tǒng)電阻的激烈波動，無法保證固定的工藝條件，其工藝控制較麻煩，因此目前化學鍍法研究較為活躍。
如公開號為US4240830、發(fā)明名稱為《Method for making sintered metal-coatedgraphite for high-current collector brushes》(金屬包覆石墨粉以及其高電流電刷制作方法)的美國發(fā)明專利就公開了這樣一種石墨粉化學鍍銅或銀工藝。該鍍銅或銀工藝首先采用高溫清潔石墨粉表面，隨后再對石墨粉進行光敏化處理，再用化學鍍的方法在石墨表面鍍上一層均勻的銅，最后在氫氣氛和450℃～500℃環(huán)境下干燥，最后用所得粉末試用做高電流電刷材料。采用此方法可以使銅形成連續(xù)的三維網(wǎng)絡，有效的利用了銅的導電性和石墨的潤滑性，因而能獲得允許電流密度大、線速度高、低電阻及低摩擦的新型材料。
由于石墨粉獨特的層片狀結構，層片間易滑移，包括上述專利公開的工藝在內(nèi)的現(xiàn)有工藝所得的鍍銅石墨粉在后續(xù)加工工藝中，難免會出現(xiàn)部分石墨和銅產(chǎn)生分離，從而影響鍍銅石墨粉的性能。同時，如先前所述，由于石墨與銅性質的差異，經(jīng)燒結后，石墨與銅的結合力仍然不高，從而影響其耐磨性能。為提高石墨與鍍銅層的結合強度，公開號為JP3146602、發(fā)明名稱為《METAL COATING POWDER AND MANUFACTURE THEREOF》(金屬包覆粉及其制造方法)的日本發(fā)明專利就公開了這樣一種石墨粉化學鍍銅工藝。該工藝采用熱滾鍍的方式，把低熔點金屬(如錫焊粉)加熱形成金屬液，包覆在石墨粉的表面，然后再用甲醛還原銅鹽在此包覆粉表面鍍銅，所得的雙金屬層包覆石墨粉末就具有極好的粘結強度。但是，上述鍍銅方法工藝復雜，生產(chǎn)周期長，工人作業(yè)量大。
另外，在已有的文獻中，都是在銅鹽的水溶液中進行鍍銅，而水在石墨、碳黑等表面的潤濕角較大，水不會很好的浸潤粉末，使得粉末團聚并夾雜大量的氣泡，漂浮在溶液的表面，在這樣的環(huán)境下進行化學鍍銅不利于提高石墨粉的表面鍍覆率以及鍍銅層與石墨粉表面的結合強度。為提高石墨粉的表面鍍覆率以及鍍銅層與石墨粉表面的結合強度，在期刊《機械工程材料》2002年第11期第33-35頁披露了一篇文章——《石墨粉表面化學鍍銅工藝研究》，文章所述的鍍銅工藝采用SnCl2.PdCl2敏化和活化處理石墨粉的表面，但SnCl2.PdCl2的市場價格昂貴，如果使用量較少，鍍覆效果很差；而如果為了提高鍍覆效果加大使用量，又會大大增加工藝成本，不利于產(chǎn)業(yè)上推廣。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有石墨粉鍍銅工藝存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種新型的石墨粉化學鍍銅工藝，本工藝不但流程短、操作方便、可靠、易控制、成本低，而且可以大大提高鍍銅石墨粉中鍍銅層與石墨粉的結合力，從而提高其成型燒結后的強度和耐磨性能。
本發(fā)明的解決方案是這樣實現(xiàn)的石墨粉化學鍍銅工藝，它包括如下步驟A、加入有機溶劑將石墨粉、鐵粉混合均勻鐵粉的粒度在250目以上，其加入量由石墨粉上需要鍍銅的量確定，鐵粉的加入量為通過計算理論上能將銅置換出來的量乘以1.02～1.05的系數(shù)，石墨粉與有機溶劑的質量比為1∶0.8～1.2；B、石墨粉表面一次鍍銅在上述混合物中加入銅鹽溶液，銅鹽溶液總的加入量根據(jù)石墨粉上需要鍍銅的量確定，第一次銅鹽溶液加入量為總加入量的20～40％，加入的銅鹽溶液為PH值在1～4之間的酸溶液，銅鹽酸溶液邊加入邊攪拌，攪拌速率控制在20～60轉/分鐘，直到加入的銅鹽完全反應為止；C、加入添加劑和粘結劑將B步驟所得物進行洗滌過濾，然后依次加入適量添加劑和粘結劑，攪拌混合，以保證其充分填隙在未鍍上銅的石墨粉表面和鍍銅形成的空隙中；D、鍍銅石墨粉表面二次鍍銅將剩余的60～80％的銅鹽溶液配制成PH值在5～6之間的酸溶液緩慢加入C步驟所得物中，讓剩余的所有鐵粉得以充分反應以在上述粉末的表面形成一層連續(xù)的銅層，銅鹽酸溶液邊加入攪拌，攪拌速率控制在20～60轉/分鐘；E、鍍銅石墨粉洗滌處理將上述鍍銅石墨粉水洗滌至中性；F、鍍銅石墨粉干燥處理洗滌后的鍍銅石墨粉經(jīng)離心機濾去其中水分，加入鈍化劑，然后在氫氣氛中干燥，干燥溫度在250℃～400℃之間，干燥后再加入鈍化劑，即得鍍銅石墨粉。
所述有機溶劑為酒精。
所述添加劑為氫氧化鋁，也可以是SiC纖維、石墨纖維、有機纖維或者它們的混合物。進一步地，添加劑中可以加入金屬硫化物潤滑劑(如二硫化鉬)。
所述粘結劑為水不溶性膠粘劑，如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或硅膠等，粘結劑的作用是增強鍍銅層、添加劑以及石墨之間的結合力。
在D步二次鍍銅時，反應溫度控制在10℃～20℃，可以更好地提高鍍覆效果。
本發(fā)明通過控制第一次銅鹽酸溶液的加入量使鐵粉相對銅鹽過量，同時控制銅鹽酸溶液的PH值和溫度，來提高第一次化學鍍銅速率，此時在石墨粉表面形成一層不連續(xù)的銅顆粒。在此基礎上，通過加入添加劑和粘結劑，攪拌混合，讓其充分填隙在未鍍上銅的石墨粉表面和鍍銅形成的空隙中。添加劑為硬度較大的納米顆粒，該微粒均勻分散在石墨與銅形成的界面上，阻礙銅與石墨間的相互運動，這樣就在石墨粉表面和生成的銅顆粒表面形成牢固的結合層，同時該結合層有利于二次鍍銅，然后再進行二次鍍銅，最終在石墨粉的表面形成一層連續(xù)、均勻的銅層。這樣既保持了鍍銅石墨粉成型燒結后銅能形成連續(xù)的三維網(wǎng)絡，又大大增強了銅與石墨的結合強度，從而有效地降低鍍銅石墨粉成型燒結體的電阻率和提高其耐磨性能。
另外，本發(fā)明使用有機溶劑對石墨粉進行充分的浸潤，為后續(xù)的鍍銅工藝提供了一個良好的基礎，在這樣的環(huán)境下進行化學鍍銅十分有利于提高石墨粉的表面鍍覆率以及鍍銅層與石墨粉表面的結合強度，由此進一步提高了制品的綜合性能。
本工藝流程短，操作簡單、方便、可靠、易控制，而且選用廉價的有機溶劑酒精，避開了敏化處理需采用的昂貴的SnCl2.PdCl2等原料，成本低，非常適合工業(yè)化運用。
具體實施例方式
本發(fā)明采用石墨粉末、鐵粉、銅鹽為主要原料，同時還需要一定量的有機溶劑，有機溶劑的加入量為石墨粉質量的0.8～1.2倍。首先明確鍍覆比(即鍍銅質量/石墨粉質量)，由此可以計算出在確定重量的石墨粉上需要鍍銅的量，在此基礎上再確定銅鹽和鐵粉的加入量。鐵粉的加入量為通過計算理論上能將銅置換出來的量乘以1.02～1.05的系數(shù)，計算公式見公式(1)鐵粉加入量＝56×(鍍銅質量/64)×1.02～1.05………(1)銅鹽的量可根據(jù)公式(2)確定銅鹽質量＝鍍銅質量/(64/銅鹽的分子量)………(2)當銅鹽的量確定后取其中的20～40％配制成PH值在1～4之間的酸溶液，簡稱銅鹽酸溶液A，再把剩余的60～80％的銅鹽配制成PH值在5～6之間的酸溶液，簡稱銅鹽酸溶液B。比如，要在1000g的石墨粉表面鍍銅，鍍覆比為1.0，算出鍍銅量為1000g，根據(jù)上述公式(1)計算出需要的鐵粉為892.5～918.75g，如果銅鹽是五水硫酸銅，其分子量為250，則需要五水硫酸銅3906.25g，再根據(jù)上述要求配制出銅鹽酸溶液A和銅鹽酸溶液B，而有機溶劑可在800～1200g之間選擇。
首先加入有機溶劑將上述石墨粉、鐵粉混合均勻，在較慢的攪拌速度(20～60轉/分鐘)下，逐漸加入銅鹽酸溶液A與鐵粉進行置換反應進行一次鍍銅，酸的加入，有利于提高鐵粉與銅鹽反應速率(在一次鍍銅中，不需采取冷卻措施，其反應放出的熱量，有利于進一步提高反應速率)，在較快的反應速率下，石墨粉表面鍍覆上一層不連續(xù)銅鍍層；繼而進行洗滌過濾；過濾結束后再依次加入添加劑和粘結劑，攪拌混合，讓其充分填隙在未鍍上銅的石墨粉表面和鍍銅形成的空隙中；然后加入銅鹽酸溶液B進行二次鍍覆，直到所有的鐵粉完全參與反應，反應溫度控制在10℃～20℃，使得在上述粉末表面形成一層均勻連續(xù)的鍍銅層，最后洗滌、干燥即得成型燒結后具有高強度和高耐磨性的鍍銅石墨粉。
本發(fā)明使用的有機溶劑不但價格便宜，而且可以對石墨粉進行充分的浸潤，為后續(xù)的鍍銅工藝提供了一個良好的基礎，在這樣的環(huán)境下進行化學鍍銅十分有利于提高石墨粉的表面鍍覆比以及鍍銅層與石墨粉表面的結合強度，由此可以大大提高制品的綜合性能。有機溶劑選用廉價易得的酒精。
本發(fā)明用來鍍銅的石墨粉可以是天然石墨粉，也可以是人造石墨粉或者其他碳素粉末，還可以是它們之間兩種或多種形成的混合粉體。
本發(fā)明的添加劑是氫氧化鋁，也可以是SiC纖維、石墨纖維、其他有機纖維或者它們的混合物。為了進一步提高鍍覆效果，添加劑中可以加入金屬硫化物潤滑劑(如二硫化鉬)。下面以氫氧化鋁為例，來闡述添加劑的作用采用化學沉積的方法，利用一次鍍銅后的鍍銅石墨粉末大量的表面積，可以方便地獲得分散均勻而十分微小的氫氧化鋁沉淀(或以氫氧化鋁膠體的形式填隙在未鍍上銅的石墨粉表面和鍍銅形成的空隙中)，在干燥過程中，氫氧化鋁分解，形成三氧化二鋁微粒。經(jīng)壓制成型燒結后，這種微粒均勻地分散在銅與石墨的界面上以及銅基中，阻止石墨層片間以及銅的位錯滑移，從而增加其強度和耐磨性能，且工藝簡單，成本低。
粘結劑的目的是讓添加劑牢固地結合在石墨粉表面和銅表面上，它為水不溶性膠粘劑，如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或硅膠等。添加劑在粘結劑的幫助下可以在石墨粉表面和生成的銅顆粒表面之間形成牢固的結合層，顯著增強鍍銅層與石墨的結合力，以及石墨粉表面形成的銅顆粒之間的作用力。
為了進一步充分公開本發(fā)明石墨粉化學鍍銅工藝，列舉以下具體實施例進行說明(假設需要鍍銅的石墨粉均為5g，銅鹽選用五水硫酸銅)實施例1準備原料天然石墨粉5g，假設要求銅的鍍覆比為1.0，由此計算出需要鍍銅的量為5g，根據(jù)上述鐵粉計算公式(1)可以計算出理論上需要鐵粉4.375g，乘以1.02～1.05的系數(shù)后則實際需要的鐵粉在4.46～4.59g之間，本實施例取4.5g，粒度為300目；根據(jù)公式(2)計算出需要五水硫酸銅19.53 g，先取30％即5.86g的五水硫酸銅制成五水硫酸銅溶液，再在五水硫酸銅溶液中加入硫酸配制成PH值為1的五水硫酸銅酸溶液A，再把剩余的70％即13.67g的五水硫酸銅配制成PH值為5的五水硫酸銅酸溶液B；有機溶劑為酒精，按石墨粉一倍量稱量即5g，也就是6.25ml。其鍍覆步驟為A、將稱量好的天然石墨粉5g、鐵粉4.5g和酒精6.25ml三種原料混合均勻B、在上述粉體中逐漸加入備好的銅鹽酸溶液A，邊加入邊攪拌，攪拌速率控制在25轉/分鐘，直到加入的硫酸銅溶液與鐵粉完全反應為止，此時在石墨粉的表面形成一層不連續(xù)的銅鍍層；C、將上述所得粉末進行洗滌過濾以除去生成的硫酸鐵，在攪拌中，依次加入氯化鋁0.3g、氨水2ml、酚醛樹脂1g(其中氯化鋁和氨水反應生成添加劑氫氧化鋁，而不是直接加氫氧化鋁)，攪拌混合，讓其充分填隙在未鍍上銅的石墨粉表面和鍍銅表面形成的空隙中；D、在上述所得的粉末中逐漸加入備好的銅鹽酸溶液B，邊加入邊攪拌，攪拌速率控制在25轉/分鐘，讓剩余的所有鐵粉得以充分反應，反應溫度控制在10℃，此時在上述粉末的表面形成一層連續(xù)的銅層；E、將上述鍍銅石墨粉水洗至中性；F、將上述鍍銅石墨粉經(jīng)離心機濾去其中水份，加入苯駢三氮唑進行鈍化，最后在氫氣氛中干燥，干燥溫度為350℃。干燥后再加入苯駢三氮唑鈍化劑，即得鍍銅石墨粉。
測試表明，所得鍍銅石墨粉成型燒結后電刷的電阻率為0.4μΩ·m；磨損量為0.4mm/100hr。而在配方和成型燒結工藝相同的條件下，采用粉末冶金所得電刷的電阻率為0.6μΩ·m；磨損量為0.9mm/100hr。
實施例2準備原料人造石墨粉5g，假設要求銅的鍍覆比為0.5，由此計算出需要鍍銅的量為2.5g，根據(jù)上述鐵粉計算公式(1)可以計算出理論上需要鐵粉2.1875g，乘以1.02～1.05的系數(shù)后則實際需要的鐵粉在2.23～2.30g之間，本實施例取2.30g，粒度為250目；根據(jù)公式(2)計算得出需要五水硫酸銅9.77g，先取1.95g的五水硫酸銅，再加入冰乙酸配制成PH值為2的五水硫酸銅酸溶液A，再把剩余的7.82g的五水硫酸銅配制成PH值為6的五水硫酸銅酸溶液B；有機溶劑為酒精，稱量4g，即5ml。其鍍覆步驟為A、將稱量好的人造石墨粉5g、鐵粉2.30g和酒精5ml三種原料混合均勻；B、在上述混合物中逐漸加入備好的五水硫酸銅酸溶液A，邊加入邊攪拌，攪拌速率控制在30轉/分鐘，直到加入的五水硫酸銅溶液與鐵粉完全反應為止，此時在石墨粉的表面形成一層不連續(xù)的銅鍍層；C、將上述所得粉末進行水洗、過濾以除去生成的硫酸鐵，在攪拌中，依次加入氯化鋁0.4g、氨水2.6ml、酚醛樹脂1.2g和二硫化鉬0.1g，攪拌混合，讓其充分填隙在未鍍上銅的石墨粉表面和鍍銅表面形成的空隙中；D、在上述所得的粉末中逐漸加入備好的五水硫酸銅酸溶液B，邊加入邊攪拌，攪拌速率控制在35轉/分鐘，讓剩余的所有鐵粉得以充分反應，反應溫度控制在18℃，此時在上述粉末的表面形成一層連續(xù)的銅層；E、將上述鍍銅石墨粉水洗至中性；F、將上述鍍銅石墨粉經(jīng)離心機濾去其中水份，加入苯駢三氮唑進行鈍化，最后在氫氣氛中干燥，干燥溫度為400℃。干燥后再加入苯駢三氮唑鈍化劑，即得鍍銅石墨粉。
測試表明，所得鍍銅石墨粉成型燒結后電刷的電阻率為2.1μΩ·m；磨損量為0.12mm/100hr。而在配方和成型燒結工藝相同的條件下，采用粉末冶金所得電刷的電阻率為3.3μΩ·m；磨損量為0.3mm/100hr。
實施例3準備原料天然石墨粉2.5g、人造石墨粉2.0g、碳粉0.5g形成混合石墨粉5g，假設要求銅的鍍覆比為1.5，由此計算出需要鍍銅的量為7.5g，根據(jù)上述鐵粉計算公式(1)可以計算出理論上需要鐵粉6.56g，乘以1.02～1.05的系數(shù)后則實際需要的鐵粉在6.69～6.89g之間，本實施例取6.8g，粒度為350目；根據(jù)公式(2)計算出需要五水硫酸銅29.30g，先取8.79g的五水硫酸銅配制成PH值為3的五水硫酸銅酸溶液A，再把剩余的20.51g的五水硫酸銅配制成PH值為5的五水硫酸銅酸溶液B；有機溶劑為酒精，稱量6g，即7.5ml。其鍍覆步驟為A、將稱量好的石墨粉混合物5g、鐵粉6.8g和酒精7.5ml三種原料混合均勻；B、在上述混合物中逐漸加入備好的五水硫酸銅酸溶液A，邊加入邊攪拌，攪拌速率控制在40轉/分鐘，直到加入的五水硫酸銅溶液與鐵粉完全反應為止，此時在石墨粉的表面形成一層不連續(xù)的銅鍍層；C、將上述所得粉末進行水洗、過濾以除去生成的硫酸鐵，在攪拌中，依次加入氯化鋁0.3g、氨水2ml、酚醛樹脂1g、二硫化鉬0.1g，攪拌混合，讓其充分填隙在未鍍上銅的石墨粉表面和鍍銅表面形成的空隙中；D、在上述所得的粉末中逐漸加入備好的五水硫酸銅酸溶液B，邊加入邊攪拌，攪拌速率控制在50轉/分鐘，讓剩余的所有鐵粉得以充分反應，反應溫度控制在20℃，此時在上述粉末的表面形成一層連續(xù)的銅層；E、將上述鍍銅石墨粉水洗至中性；F、將上述鍍銅石墨粉經(jīng)離心機濾去其中水份，加入苯駢三氮唑進行鈍化，最后在氫氣氛中干燥，干燥溫度為350℃。干燥后再加入苯駢三氮唑鈍化劑，即得鍍銅石墨粉。
測試表明，所得鍍銅石墨粉成型燒結后電刷的電阻率為0.2μΩ·m；磨損量為1.2mm/100hr。而在配方和成型燒結工藝相同的條件下，采用粉末冶金所得電刷的電阻率為0.3μΩ·m；磨損量為2.3mm/100hr。
實施例4準備原料天然石墨粉5g，假設要求銅的鍍覆比為2.0，由此計算出需要鍍銅的量為10g，根據(jù)上述鐵粉計算公式(1)可以計算出理論上需要鐵粉8.75g，乘以1.02～1.05的系數(shù)后則實際需要的鐵粉在8.92～9.18g之間，本實施例取8.92g，粒度為300目；根據(jù)公式(2)計算得出需要五水硫酸銅39.06g，先取15.63g的五水硫酸銅配制成PH值為4的硫酸銅酸溶液A，再把剩余的23.43g的五水硫酸銅配制成PH值為6的硫酸銅酸溶液B；有機溶劑為酒精，稱量5g，即6.25ml。其鍍覆步驟為A、將稱量好的天然石墨粉5g、鐵粉8.92g和酒精6.25ml三種原料混合均勻；B、在上述混合物中逐漸加入備好的五水硫酸銅酸溶液A，邊加入邊攪拌，攪拌速率控制在60轉/分鐘，直到加入的五水硫酸銅溶液與鐵粉完全反應為止，此時在石墨粉的表面形成一層不連續(xù)的銅鍍層；c、將上述所得粉末進行水洗、過濾以除去生成的硫酸鐵，在攪拌中，依次加入SiC晶須0.2g、石墨纖維0.2g、環(huán)氧樹脂0.8g和二硫化鉬0.15g，攪拌混合，讓其充分填隙在未鍍上銅的石墨粉表面和鍍銅表面形成的空隙中；D、在上述所得的粉末中逐漸加入備好的五水硫酸銅酸溶液B，邊加入邊攪拌，攪拌速率控制在60轉/分鐘，讓剩余的所有鐵粉得以充分反應，反應溫度控制在15℃，此時在上述粉末的表面形成一層連續(xù)的銅層；E、將上述鍍銅石墨粉水洗至中性；F、將上述鍍銅石墨粉經(jīng)離心機濾去其中水份，加入苯駢三氮唑進行鈍化，最后在氫氣氛中干燥，干燥溫度為250℃。干燥后再加入苯駢三氮唑鈍化劑，即得鍍銅石墨粉。
測試表明，所得鍍銅石墨粉成型燒結后電刷的電阻率為0.2μΩ·m；磨損量為1.4mm/100hr。而在配方和成型燒結工藝相同的條件下，采用粉末冶金所得電刷的電阻率為0.3μΩ·m；磨損量為3.2mm/100hr。
實施例5準備原料天然石墨粉3.5g、人造石墨粉1.0g、碳粉0.5g形成混合石墨粉5g，假設要求銅的鍍覆比為0.8，由此計算出需要鍍銅的量為4.0g，根據(jù)上述鐵粉計算公式(1)可以計算出理論上需要鐵粉3.5g，乘以1.02～1.05的系數(shù)后則實際需要的鐵粉在3.57～3.69g之間，本實施例取3.6g，粒度為400目；根據(jù)公式(2)計算得出需要五水硫酸銅15.63g，先取5.47g的五水硫酸銅配制成PH值為2的硫酸銅酸溶液A，再把剩余的10.16g的五水硫酸銅配制成PH值為5的硫酸銅酸溶液B；有機溶劑為酒精，稱量5.5g，即6.875ml。其鍍覆步驟為A、將稱量好的石墨粉混合物5g、鐵粉3.6g和酒精6.875ml三種原料混合均勻；B、在上述混合物中逐漸加入備好的五水硫酸銅酸溶液A，邊加入邊攪拌，攪拌速率控制在20轉/分鐘，直到加入的五水硫酸銅溶液與鐵粉完全反應為止，此時在石墨粉的表面形成一層不連續(xù)的銅鍍層；
C、將上述所得粉末進行水洗、過濾以除去生成的硫酸鐵，在攪拌中，依次加入SiC晶須0.2g、石墨纖維0.2g、硅膠1.0g和二硫化鉬0.1g，攪拌混合，讓其充分填隙在未鍍上銅的石墨粉表面和鍍銅表面形成的空隙中；D、在上述所得的粉末中逐漸加入備好的五水硫酸銅酸溶液B，邊加入邊攪拌，攪拌速率控制在20轉/分鐘，讓剩余的所有鐵粉得以充分反應，反應溫度控制在10℃，此時在上述粉末的表面形成一層連續(xù)的銅層；E、將上述鍍銅石墨粉水洗至中性；F、將上述鍍銅石墨粉經(jīng)離心機濾去其中水份，加入肥皂泡進行鈍化，最后在氫氣氛中干燥，干燥溫度為300℃。干燥后再加入肥皂泡，即得鍍銅石墨粉。
測試表明，所得鍍銅石墨粉成型燒結后電刷的電阻率為1.2μΩ·m；磨損量為0.31mm/100hr。而在配方和成型燒結工藝相同的條件下，采用粉末冶金所得電刷的電阻率為1.8μΩ·m；磨損量為0.45mm/100hr。
上述實施例表明，按本工藝獲得的銅/石墨復合材料其電阻率下降高達33％，磨損量減少高達50～60％。
雖然本發(fā)明的目的是提供一種石墨粉表面的化學鍍銅工藝，但除了在石墨粉表面鍍銅外，按本發(fā)明給出的鍍覆工藝，可以成功地在石墨粉表面進行其它金屬的化學鍍覆，如鍍銀等。而且除了在石墨粉上鍍覆外，按本發(fā)明給出的鍍覆工藝，可以成功地在鋁粉、鎳粉等金屬粉末表面進行鍍銅和鍍銀。
權利要求
1.石墨粉化學鍍銅工藝，其特征在于它包括如下步驟A、加入有機溶劑將石墨粉、鐵粉混合均勻鐵粉的粒度在250目以上，其加入量由石墨粉上需要鍍銅的量確定，鐵粉的加入量為通過計算理論上能將銅置換出來的量乘以1.02～1.05的系數(shù)，石墨粉與有機溶劑的質量比為1∶0.8～1.2；B、石墨粉表面一次鍍銅在上述混合物中加入銅鹽溶液，銅鹽溶液總的加入量根據(jù)石墨粉上需要鍍銅的量確定，第一次銅鹽溶液加入量為總加入量的20～40％，加入的銅鹽溶液為PH值在1～4之間的酸溶液，銅鹽酸溶液邊加入邊攪拌，攪拌速率控制在20～60轉/分鐘，直到加入的銅鹽與鐵粉完全反應為止；C、加入添加劑和粘結劑將B步驟所得物進行洗滌過濾，然后依次加入適量添加劑和粘結劑，攪拌混合，添加劑和粘結劑的加入量以保證其充分填隙在未鍍上銅的石墨粉表面和鍍銅形成的空隙中；D、鍍銅石墨粉表面二次鍍銅將剩余的60～80％的銅鹽溶液配制成PH值在5～6之間的酸溶液緩慢加入C步驟所得物中，讓剩余的所有鐵粉得以充分反應以在上述粉末的表面形成一層連續(xù)的銅層，銅鹽酸溶液邊加入攪拌，攪拌速率控制在20～60轉/分鐘；E、鍍銅石墨粉洗滌處理將上述鍍銅石墨粉水洗滌至中性；F、鍍銅石墨粉干燥處理洗滌后的鍍銅石墨粉經(jīng)離心機濾去其中水分，加入鈍化劑，然后在氫氣氛中干燥，干燥溫度在250℃～400℃之間，干燥后再加入鈍化劑，即得鍍銅石墨粉。
2.根據(jù)權利要求1所述的石墨粉化學鍍銅工藝，其特征在于在D步鍍銅石墨粉表面二次鍍銅時，反應溫度控制在10℃～20℃。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的石墨粉化學鍍銅工藝，其特征在于所述添加劑為氫氧化鋁，也可以是SiC纖維、石墨纖維、其他有機纖維或者它們的混合物。
4.根據(jù)權利要求1所述的石墨粉化學鍍銅工藝，其特征在于所述添加劑中加有適量金屬硫化物潤滑劑。
5.根據(jù)權利要求4所述的石墨粉化學鍍銅工藝，其特征在于所述金屬硫化物潤滑劑為二硫化鉬。
6.根據(jù)權利要求1所述的石墨粉化學鍍銅工藝，其特征在于所述粘結劑為水不溶性膠粘劑。
7.根據(jù)權利要求6所述的石墨粉化學鍍銅工藝，其特征在于所述水不溶性膠粘劑為酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或硅膠。
8.根據(jù)權利要求1所述的石墨粉化學鍍銅工藝，其特征在于所述有機溶劑為酒精。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石墨粉化學鍍銅工藝，通過前期加入過量的鐵粉和控制銅鹽水溶液的pH值以及溫度，提高化學鍍銅速率，從而在石墨粉表面形成一層不連續(xù)的銅鍍層，洗滌過濾后，再加入添加劑和粘結劑，攪拌混合，讓其充分填隙在未鍍上銅的石墨粉表面和鍍銅表面之間形成的空隙中，在石墨粉表面和生成的銅顆粒表面之間形成牢固的結合層，然后再進行二次鍍銅，在上述粉末的表面形成一層連續(xù)的鍍銅層。這樣既保持了鍍銅石墨粉成型燒結后銅能形成連續(xù)的三維網(wǎng)絡，又大大增強了銅與石墨的結合強度，從而有效地提高了鍍銅石墨粉成型燒結體的強度和耐磨性能。本發(fā)明工藝簡單，易控制，且成本不高。
文檔編號C23C18/38GK1936081SQ20061005451
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月19日 優(yōu)先權日2006年10月19日
發(fā)明者李春林, 陳建, 陳宣發(fā), 李新躍, 羅宏, 龔敏, 李靜雯 申請人:四川理工學院