CN105297095A - 一种纯银层/银石墨复合层的功能性镀层及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纯银层/银石墨复合层的功能性镀层及制备方法，所述镀层包括以纯银层作为基础电镀层，银石墨复合层作为表面覆盖电镀层。制备方法包括基体材料处理、预镀银溶液配制、镀银溶液配制、银石墨复合镀液配制、镀银层制备、银层活化和银石墨复合层电镀步骤。本发明的技术效果是：制备的镀层具有优异的导电性，接触电阻为18~20μΩ（外加扭矩5~20N·m）；优异的耐磨性，在常温常压载荷为260g时的摩擦系数为0.06~0.15。此外，制备的镀层还具有良好的导热、耐蚀、抗硫性能和较长的机械寿命等特点，因此，发明的镀层具有良好的综合性能，能满足高压隔离开关的户外工作条件，具有较大的应用价值。

Description

一种纯银层/银石墨复合层的功能性镀层及制备方法

技术领域

本发明涉及一种纯银层/银石墨复合层的功能性镀层，特别是镀层的功能性设计及其制备方法，属于电触头防护材料技术领域。

背景技术

目前，户外高压隔离开关的动、静触头防护部位多采用普通镀银、镀硬银设计，这种电接触材料可以提供良好的导电性、导热性以及低而稳定的接触电阻，但存在磨损量大、抗熔焊性差、耐蚀性差等缺点，最终都导致了隔离开关的发热故障。石墨是良好的自润滑材料，通过电镀法和粉末冶金法等制备的银石墨复合电接触材料可以大幅提高电接触材料的耐磨性和使用寿命，并且使用过程中易在电接触材料表面形成一层石墨层保护膜，起到降低电接触材料表面接触电阻的作用。石墨复合银镀层虽然可提高银镀层的耐磨性、抗氧化、抗侵蚀能力、抗熔焊性等性能，但石墨的导电性较纯银差，使得纯银镀层整体的导电性下降，实际工况下易引发发热故障，同时在复合镀层制备过程中，石墨在溶液中易产生团聚，很难均匀分散，易造成镀层的均匀性较差，引发故障。因此，急需设计发明一种既有纯银一样的导电导热能力，同时其耐磨性、耐蚀性、抗氧化硫化能力大幅提高的新型功能性复合电接触材料。

发明内容

本发明目的在于制备一种高压隔离开关用电触头材料的功能性复合镀层，采用电镀法在铜基体材料上制备一种纯银层/银石墨的功能性复合镀层。实际工况中，铜基体材料与银石墨镀层之间的纯银层可保证电接触具有优异的导电性能，而电接触材料最外层的银石墨复合镀层则可保证电接触材料具有优异的耐磨性、抗氧化性、抗硫化能力等性能。

本发明为一种纯银层/银石墨复合层的功能性镀层及制备方法，所述的功能性镀层设计为：纯银层作为基体材料的基础电镀层，银石墨复合层作为纯银层的表面电镀层。

所述的制备方法包括电镀液的配置和电镀：

（1）电镀液的配置：

银石墨复合镀液的主要成分为：Ag⁺10~45g/L，KCN10~80g/L，K₂CO₃10~50g/L，分散剂10~50ml/L，辅助剂10~50ml/L，石墨粉40~80g/L，pH值8~13。

（2）电镀：

纯银层活化：镀银后的基体材料经去离子水冲洗后，直接放在活化溶液中，活化处理5~40s，并上下摇动，待镀银后的基体材料表面有气泡冒出后从活化溶液中取出，并去离子水冲洗。

镀银石墨复合层：将纯银层活化的基体材料直接放入银石墨复合电镀溶液中，在0.1~0.5A/dm²的电流密度，磁力搅拌速度300~1200r/min的条件下，电镀处理20~120min后从银石墨复合电镀溶液中取出，再经去离子水冲洗和干燥处理，得到纯银层/银石墨复合层的功能性镀层。

所述的分散剂成分为：十二烷基硫酸钠1~10wt%、N-乙酰-L-脯氨酸0.3~3wt%、磷酸三丁酯0.3~3wt%。

所述的辅助剂成分为：十二烷基苯磺酸钠2~20wt%、醋酸乙酯0.3~3wt%、乙二醇2~20wt%。

所述的活化溶液为10~30wt%的硝酸溶液。

本发明的技术效果是：

（1）生产工艺高效，成本廉价；（2）制备的镀层具有良好的结合力，达到国标GB/T5270-2005的要求；（3）镀层在盐雾试验中达到中性盐雾试验国家标准10级；（4）镀层的抗硫性达到航标QJ485-1988要求；（5）镀层在常温常压载荷为260g时的摩擦系数为0.06~0.15，实际工况下的机械寿命实验中（夹紧力400~600N）达到隔离开关机械寿命最高等级的M2级标准（分合试验5000~10000次，镀层损失2~8μm）；（6）镀层的接触电阻为18~20μΩ（外加扭矩5~20N·m）；（7）热导率360~380W·m^-1·k^-1。综上，发明的银石墨复合镀层具有优异的综合性能，完全满足高压隔离开关的户外工作条件，具有较大的应用价值。

附图说明

图1本发明实施例1的银层/银石墨复合镀层截面的扫描电子显微镜图；

图中标号：1、铜基体材料；2、纯银层；3、银石墨复合层；

图2本发明实施例2的银层/银石墨复合镀层表面的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实例做进一步详述：

实施例1

（1）电镀液的配置：

预镀银溶液主要成分为：Ag⁺0.5g/L，KCN60g/L，K₂CO₃12g/L，pH值10；镀银液成主要成分为：Ag⁺20g/L，KCN40g/L，K₂CO₃20g/L，pH值10；银石墨复合镀液主要成分为：Ag⁺20g/L，KCN20g/L，K₂CO₃20g/L，分散剂15ml/L，辅助剂15ml/L，石墨粉50g/L，pH值10。

（2）电镀：

基体材料表面处理：将砂纸打磨处理的基体材料放入除油溶液中，通电后，采用先阴极后阳极的联合除油法，阴极除油时间30s，阳极除油时间10s，并重复一次先阴极后阳极的联合除油；除油后的基体材料放入60℃的去离子水中浸泡并上下摇动处理5s，然后再将基体材料放入常温去离子水中浸泡并上下摇动处理5s；将除油后的基体材料在腐蚀剂中浸泡并上下摇动处理5s，然后在常温去离子水中浸泡5s。

镀纯银层：电路接通后，将表面处理后的基体材料直接放入预镀银溶液中，在0.1A/dm²的电流密度下处理30s；预镀银后的基体材料直接放入镀银溶液中，电流密度为0.2A/dm²，磁力搅拌速度300r/min，电镀处理90min。

纯银层活化：镀银后的基体材料经去离子水冲洗后，直接放在活化溶液中，活化处理40s，活化后经去离子水冲洗。

镀银石墨复合镀层：将银层活化的基体材料直接放入银石墨复合电镀溶液中，在0.2A/dm²的电流密度，磁力搅拌速度700r/min的条件下，电镀处理120min后从银石墨复合电镀溶液中取出，再经去离子水冲洗和干燥处理，得到纯银层/银石墨复合的功能性镀层。

所述的活化溶液为20wt%的硝酸溶液。

所述的腐蚀剂由HNO₃和H₂SO₄组成，HNO₃：H₂SO₄的体积比为1:2。

所述的除油溶液为氢氧化钠、碳酸钠和磷酸钠的混合溶液，其中NaOH浓度10g/L、Na₂CO₃·10H₂O浓度20g/L、Na₃PO₄·12H₂O浓度30g/L。

所述的其中分散剂的成分为：十二烷基硫酸钠2wt%、N-乙酰-L-脯氨酸0.5wt%、磷酸三丁酯0.5wt%。

所述的辅助剂成分为：十二烷基苯磺酸钠5wt%、醋酸乙酯0.5wt%、乙二醇5wt%。

制备出厚度45μm（银层15μm+银石墨复合镀层30μm）镀层，石墨含量19.88%，接触电阻19.9μΩ（外加扭矩10N·m），热导率365.662W·m^-1·k^-1，在常温常压载荷为260g时的摩擦系数为0.09，机械寿命试验（夹紧力500N）5000次后镀层损失2μm。

实施例2

（1）电镀液的配置：

预镀银溶液主要成分为：Ag⁺1g/L，KCN50g/L，K₂CO₃12g/L，pH值11；镀银液成主要成分为：Ag⁺25g/L，KCN60g/L，K₂CO₃25g/L，pH值11；银石墨复合镀液主要成分为：Ag⁺25g/L，KCN75g/L，K₂CO₃25g/L，分散剂20ml/L，辅助剂20ml/L，石墨粉70g/L，pH值11。

（2）电镀：

基体材料表面处理：将砂纸打磨处理的基体材料放入除油溶液中，通电后，采用先阴极后阳极的联合除油法，阴极除油时间40s，阳极除油时间40s，并重复一次先阴极后阳极的联合除油；除油后的基体材料放入70℃的去离子水中浸泡并上下摇动处理15s，然后再将基体材料放入常温去离子水中浸泡并上下摇动处理15s；将除油后的基体材料在腐蚀剂中浸泡并上下摇动处理15s，然后在常温去离子水中浸泡15s。

镀纯银层：电路接通后，将表面处理后的基体材料直接放入预镀银溶液中，在0.4A/dm²的电流密度下处理60s；预镀银后的基体材料直接放入镀银溶液中，电流密度为0.3A/dm²，磁力搅拌速度1200r/min，电镀处理45min。

纯银层活化：镀银后的基体材料经去离子水冲洗后，直接放在活化溶液中，活化处理20s，并上下摇动，活化后经去离子水冲洗。

镀银石墨复合镀层：将银层活化的基体材料直接放入银石墨复合电镀溶液中，在0.5A/dm²的电流密度，磁力搅拌速度800r/min的条件下，电镀处理70min后从银石墨复合电镀溶液中取出，再经去离子水冲洗和干燥处理，得到纯银层/银石墨复合的功能性镀层。

所述的活化溶液为30wt%的硝酸溶液。

所述的腐蚀剂由HNO₃和H₂SO₄组成，HNO₃：H₂SO₄的体积比为1:5。

所述的除油溶液为氢氧化钠、碳酸钠和磷酸钠的混合溶液，其中NaOH浓度20g/L、Na₂CO₃·10H₂O浓度20g/L、Na₃PO₄·12H₂O浓度30g/L。

所述的其中分散剂的成分为：十二烷基硫酸钠2.5wt%、N-乙酰-L-脯氨酸1.5wt%、磷酸三丁酯1.5wt%。

所述的辅助剂成分为：十二烷基苯磺酸钠10wt%、醋酸乙酯1wt%、乙二醇10wt%。

制备出厚度30μm（银层8μm+银石墨复合镀层22μm）镀层，石墨含量18.58%，接触电阻20.3μΩ（外加扭矩10N·m），热导率372.577W·m^-1·k^-1，在常温常压载荷为260g时的摩擦系数为0.11，机械寿命试验（夹紧力500N）8000次后镀层损失5μm。

Claims (4)

1.一种纯银层/银石墨复合层的功能性镀层及制备方法，其特征在于所述的功能性镀层设计为：纯银层作为基体材料的基础电镀层，银石墨复合层作为纯银层的表面电镀层；

所述的制备方法包括电镀液的配置和电镀：

（1）电镀液的配置：

银石墨复合镀液的主要成分为：Ag⁺10~45g/L，KCN10~80g/L，K₂CO₃10~50g/L，分散剂10~50ml/L，辅助剂10~50ml/L，石墨粉40~80g/L，pH值8~13；

（2）电镀：

纯银层活化：镀银后的基体材料经去离子水冲洗后，直接放在活化溶液中，活化处理5~40s，并上下摇动，待镀银后的基体材料表面有气泡冒出后从活化溶液中取出，并去离子水冲洗；

镀银石墨复合层：将纯银层活化的基体材料直接放入银石墨复合电镀溶液中，在0.1~0.5A/dm²的电流密度，磁力搅拌速度300~1200r/min的条件下，电镀处理20~120min后从银石墨复合电镀溶液中取出，再经去离子水冲洗和干燥处理，得到纯银层/银石墨复合层的功能性镀层。

2.根据权利要求1所述的一种纯银层/银石墨复合的功能性镀层及制备方法，其特征在于所述的分散剂成分为：十二烷基硫酸钠1~10wt%、N-乙酰-L-脯氨酸0.3~3wt%、磷酸三丁酯0.3~3wt%。

3.根据权利要求1所述的一种纯银层/银石墨复合的功能性镀层及制备方法，其特征在于所述的辅助剂成分为：十二烷基苯磺酸钠2~20wt%、醋酸乙酯0.3~3wt%、乙二醇2~20wt%。

4.根据权利要求1所述的一种纯银层/银石墨复合的功能性镀层及制备方法，其特征在于所述的活化溶液为10~30wt%的硝酸溶液。