CN107794486B - 一种高性能长寿命空间装备精密导电滑环及其制备方法 - Google Patents

一种高性能长寿命空间装备精密导电滑环及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107794486B
CN107794486B CN201711027249.1A CN201711027249A CN107794486B CN 107794486 B CN107794486 B CN 107794486B CN 201711027249 A CN201711027249 A CN 201711027249A CN 107794486 B CN107794486 B CN 107794486B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tio
powder
slip ring
composite
conductive slip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711027249.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107794486A (zh
Inventor
马国政
王海斗
王译文
何鹏飞
陈书赢
刘明
邢志国
王海军
徐滨士
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Academy of Armored Forces of PLA
Original Assignee
Academy of Armored Forces of PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Academy of Armored Forces of PLA filed Critical Academy of Armored Forces of PLA
Priority to CN201711027249.1A priority Critical patent/CN107794486B/zh
Publication of CN107794486A publication Critical patent/CN107794486A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107794486B publication Critical patent/CN107794486B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/08—Slip-rings

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高性能长寿命空间装备精密导电滑环及其制备方法，所述导电滑环由单金属基体和导电耐磨防腐自润滑一体化涂层构成，表面涂层由核壳结构的Cu‑TiO2复合粉体直接在滑环基体上等离子喷涂成形；按质量百分含量计，涂层组分为：Ti4O7 62‑75％；Cu 12‑20％；TixO2x‑1 10‑15％；TiO2 3‑10％；其中5≤x≤10。本发明的导电滑环以表面多功能复合涂层作为工作层，利用复合涂层良好的耐磨性，对导电滑环金属基体进行保护，从而大幅延长导电滑环的使用寿命，提高了长时间稳定工作的可靠性。同时，复合涂层中Ti4O7的比重较小，有利于导电滑环的轻量化，提高了比能，具有良好的应用前景。

Description

一种高性能长寿命空间装备精密导电滑环及其制备方法
技术领域
本发明涉及空间用精密仪器制备领域，具体涉及一种高性能长寿命空间装备精密导电滑环及其制备方法。
背景技术
精密导电滑环是实现两个相对旋转的机构间功率、控制信号、电流传输的精密机电装置，是现代航天、航空以及多种精密仪器中不可或缺的重要零部件。由于其空间应用环境的特殊性，要求导电滑环必须能长时间稳定连续可靠地工作，导电滑环一旦出现故障，将直接影响姿态控制系统的工作，严重时有可能导致整个航天器的正常运行中断，因此对空间用精密导电滑环的工作寿命和可靠性提出了极高的要求。随着各类卫星、载人航天器以及空间站等空间应用需求的快速发展，对导电滑环性能的要求越来越高。
精密导电滑环主要作用是用来实现两个相对转动的部件之间的电功率、电信号、电流的接触式传递。导电滑环组件由导电滑环、电刷、精密轴承、组合支架、导线等元器件构成。其技术原理为：导电滑环安装在精密轴承上的组合支架上，导电滑环之间通过隔离圈分开，形成多个相互绝缘、相互屏蔽的多路电流、信号通道，丝状电刷则安装在刷架上，分别压在对应的导电滑环上，以一定的压力始终保持与导电滑环的接触。从旋转机构传输来的电流和信号，将经过转子端导线→导电滑环→丝状电刷→定子端导线这条通道传输至电控系统或信号处理单元，从而实现旋转机构间的多路电流、信号的同时精密传输。
为了达到使用目的，导电滑环一般需要满足以下几个性能要求：(1)优良的导电性，接触电阻小，使能量损失及由焦耳热引起的温升保持在最低水平；(2)良好的耐磨性能，保证较长的使用寿命，同时磨损产生的碎屑要少，降低发生短路的可能性；(3)导电滑环转动时的摩擦力矩要小，减少能量损耗；(4)储存稳定性好，长时间放置后依旧能正常使用。为了满足以上性能要求，导电滑环一般采用贵金属材料，目前使用的材料可分为两类：一是贵金属及其合金，其中有银、银-铜、银-铜-钒、金-银-铜、铂-铱等；二是电镀贵金属及其合金的复合材料，基体多为铜合金，其中有铜环镀银、铜环镀硬金等。由于以贵金属为基体的合金材料降格昂贵，实际工程中一般选用电镀贵金属的复合材料来生产导电滑环。
目前使用的导电滑环主要存在以下缺点：1、在工作一段时间后，由于导电滑环使用金银铜等贵金属，质地较软，与电刷之间的接触面相对运动会引起导电滑环环面的擦伤与表面材料脱落，产生磨粒磨损，导电滑环外圆会出现较深的划槽。由于航天器工作环境的特殊性，导电滑环一旦发生故障或损坏，无法对导电滑环进行修理或换件，严重时有可能导致整个航天器的正常运行中断，因此导电滑环必须具备较长的工作寿命和长时间稳定工作的高可靠性。2、现有导电滑环采用贵金属材料进行加工，材料的相对密度较大，在具有优良导电性能的同时，增加了导电滑环的质量，加重了航天器能耗的负担，会增大航天器的能量损失。3、目前制造导电滑环的原料为金银铜等贵金属，且大多为整体均质复合材料或单一贵金属材料，材料成本高，制造工艺复杂，空间用导电滑环对精密度要求更为严格，生产精密导电滑环的价格昂贵。
现有技术中为了改进导电滑环的性能，主要从其结构上进行设计和改动，目前国内外尚未见到有喷涂涂层的导电滑环结构。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高性能长寿命空间装备精密导电滑环及其制备方法，使用等离子喷涂技术在导电环基体表面喷涂Cu-TiO2复合粉体，利用TiO2在等离子喷涂射流中的脱氧反应，在单金属导电滑环基体上原位制备Cu-TinO2n-1复合涂层(4≤n≤10)，并将制得的导电环基体与绝缘片进行胶合装配，生产出高性能的空间用精密导电滑环。其中，陶瓷相Ti4O7兼具高机械强度和耐磨性，延长了导电滑环的使用寿命，且Ti4O7的比重较小，有利于提高比能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种导电滑环，所述导电滑环包括：Cu-TinO2n-1复合涂层(1)、导电环基体(2)和绝缘片(3)；所述Cu-TinO2n-1复合涂层(1)覆盖在导电环基体(2)的表面上，所述导电环基体(2)与绝缘片(3)交替胶合装配，其中4≤n≤10。
根据本发明，所述Cu-TinO2n-1复合涂层(1)中4≤n≤10，例如可以是4、5、6、7、8、9或10，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量百分含量计，所述Cu-TinO2n-1复合涂层由以下组分组成：Ti4O762-75％；Cu 12-20％；TixO2x-1 10-15％；TiO2 3-10％；其中5≤x≤10。
根据本发明，按质量百分含量计，所述复合涂层中Ti4O7的含量为62-75％，例如可以是62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％或75％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量百分含量计，所述复合涂层中Cu的含量为12-20％，例如可以是12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量百分含量计，所述复合涂层中TixO2x-1的含量为10-15％，例如可以是10％、11％、12％、13％、14％或15％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，上述TixO2x-1中，x的范围为5≤x≤10，例如可以是5、6、7、8、9或10，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量百分含量计，所述复合涂层中TiO2的含量为3-10％，例如可以是3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述导电环基体的材料为单金属基体，例如可以是单质金、银、铜或铝中的任意一种，但非仅限于此。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的导电滑环的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)制备核壳结构的Cu-TiO2复合粉体；
(2)利用等离子喷涂法将步骤(1)得到的复合粉体喷涂在导电环基体表面得到复合涂层；
(3)将步骤(2)喷涂后得到复合涂层的导电环基体与绝缘片胶合装配。
在上述等离子喷涂过程中，等离子焰流中氢的等离子体和氢气会与TiO2中的氧发生化学反应(见式1,2)，夺走Ti-O键中的氧，产生氧空位，使TiO2发生脱氧，生成具有缺氧相的亚氧化钛Ti4O7，从而获得高含量的Ti4O7，进而在导电环基体表面得到复合涂层。
TiO2+H2→Ti4O7+H2O (1)
TiO2+H+→Ti4O7+H2O (2)
本发明采用核壳结构的Cu-TiO2复合粉体作为原料，能够将Cu包覆在粉体内部，可有效减少Cu与空气的接触面积，抑制Cu的氧化；此外，TiO2作为壳体，可与等离子体射流中的H2充分接触并发生脱氧反应，从而提高亚氧化钛的转化效率。如图2所示，所述Cu-TiO2复合粉体中Cu为核，TiO2包裹在Cu周围，形成壳体。
本发明在步骤(1)中采用超声分散和喷雾干燥法制备所述核壳结构的Cu-TiO2复合粉体，但非仅限于此，具体操作为：
(a)按质量百分含量计，将10-20％的Cu粉和80-90％的TiO2粉混合，将所得混合粉末与去离子水和粘结剂混合搅拌，得到混合浆料；
(b)将步骤(a)所得混合浆料进行超声分散，将所得浆料进行喷雾造粒，得到核壳结构的Cu-TiO2复合粉体。
根据本发明，按质量百分含量计，步骤(a)所述混合浆料中含有：20-40％混合粉末；60-78％去离子水；1-3％聚乙烯醇。
根据本发明，步骤(b)所述超声分散的时间为2.5-4h，频率为40-60Hz，温度为45-60℃。
本发明选择在步骤(b)所述超声分散过程中向混合浆料中加入浆料总重量0.1-1％的阴离子型聚羧酸盐电解质(SND 6800)，以减少纳米TiO2粉末的团聚现象。
等离子喷涂技术为应用较普遍的技术，本发明对于等离子喷涂设备的具体结构，机理等不再赘述，只限制了对本发明影响较大的关键参数。所述步骤(2)的具体操作为：将核壳结构的Cu-TiO2复合粉体通过送粉器输送到等离子喷涂设备的喷嘴前，以Ar和H2为工作气体，控制电压电流，利用等离子焰的温度使等离子焰流中氢的等离子体和氢气与TiO2中的氧发生化学反应生成Ti4O7，喷射到导电环基体表面后形成复合涂层。
根据本发明，所述Cu-TiO2复合粉体的送粉速度为15-30g/min，例如可以是15g/min、17g/min、20g/min、23g/min、25g/min、27g/min或30g/min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述工作气体中H2的含量为Ar的20-30％，例如可以是20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
对于本发明而言，H2的比例必须控制在上述范围内，当H2的比例过大时，会加速喷嘴和阴极的烧蚀，降低喷枪的寿命，同时H2的电离度小，热晗较高，含量过高存在安全隐患。而当H2的比例过小时，则会降低TiO2脱氧反应的效率，降低产物中亚氧化钛的生成。
根据本发明，所述Ar的流量为125-135L/min，例如可以是125L/min、126L/min、127L/min、128L/min、129L/min、130L/min、131L/min、132L/min、133L/min、134L/min或135L/min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
当Ar的流量过高时，不利于粉末的加热，粉末熔化不均匀，喷涂效率降低，涂层组织疏松，孔隙率增加。当Ar的流量过低时，会使喷枪工作电压下降，使焰流软弱无力，容易引起喷嘴烧蚀。
根据本发明，所述H2的流量为30-40L/min，例如可以是30L/min、31L/min、32L/min、33L/min、34L/min、35L/min、36L/min、37L/min、38L/min、39L/min或40L/min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
当H2的流量过高或过低时，其带来的后果与上述H2含量过高或过低类似，均不利于复合涂层的制备，制备过程中应尽力避免。
根据本发明，所述等离子喷涂时电压为135-145V，例如可以是135V、136V、137V、138V、139V、140V、141V、142V、143V、144V或145V，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述等离子喷涂时电流为440-460A，例如可以是440A、443A、445A、448A、450A、453A、455A、458A或460A，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
上述电压和电流也是制备过程中的重要参数，电压与电流的乘积就是喷涂功率。当喷涂功率过大时，可能会使喷涂材料气化并引起涂层成分改变，蒸汽凝聚会引起涂层粘结不良，还会使喷嘴和电极加剧烧蚀。当喷涂功率过小时，则会引起喷涂粒子加热不足，涂层的粘结强度、硬度和沉积效率都降低。
根据本发明，所述等离子喷涂时喷嘴与导电滑环表面的距离为70-90mm，例如可以是70mm、73mm、75mm、78mm、80mm、83mm、85mm、88mm或90mm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
当喷嘴与导电滑环基体表面的距离过远时，会使已经加热到熔融状态的粉末冷却，飞行速度降低，影响涂层与基体的结合，喷涂效率降低，涂层孔隙率增加。当距离过近时，会导致粉末加热不充分，影响结合强度，同时使基体温度过高，造成热变形。
本发明选择在步骤(2)所述等离子喷涂前使用丙酮对导电环基体表面进行超声波清洗，除去导电环表面的污染物，然后对清洗后的表面进行喷砂处理，在外表面上形成清洁的粗糙表面，增强熔融的喷涂粒子与基体表面的机械结合力，提高涂层的结合强度。
本发明在步骤(3)所述装配前，根据规定的导电滑环的截面尺寸，将所得复合涂层表面进行打磨抛光；打磨抛光后复合涂层的厚度降低了80-100μm，为300-320μm。
本发明采用叠片组合结构，在导电环基体之间夹绝缘片，交替进行胶合，将导电环基体与绝缘片用粘结胶胶合在一起，得到导电滑环。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明设计的滑环表面制备有较高机械强度和良好耐磨性能的Cu-TinO2n-1复合涂层(4≤n≤10)，主要组分为Ti4O7陶瓷材料，硬度较高，在运行过程中不易发生破碎，产生磨粒磨损的可能性小，可提高导电滑环的使用寿命和工作可靠性。
(2)本发明设计的复合涂层中Ti4O7的比重较小，实现了导电滑环的轻量化，提高比能，更有利于应用于航天、航空的精密仪器中。
(3)本发明制备的复合涂层的原料为Cu-TiO2粉末，其中的主要组分TiO2资源丰富，材料来源广泛，与金银相比价格很低，既节约了资源也降低了原料成本。生产采用等离子喷涂的方法，工艺成熟，生产成本低。
附图说明
图1是本发明制备得到的导电滑环的剖面结构示意图，其中，1为Cu-TinO2n-1复合涂层，2为导电环基体，3为绝缘片；
图2是核壳结构的Cu-TiO2复合粉体的结构示意图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
(1)采用超声分散和喷雾干燥法制备Cu-TiO2复合粉体
1)按质量百分含量计，取18％平均粒径为15μm的Cu粉与82％平均粒径为60nm的纳米TiO2粉末进行掺杂混合，得到混合粉末；
2)按质量百分含量计，分别取35％混合粉末，63％去离子水和2％的聚乙烯醇混合后进行搅拌，得到混合浆料；
3)将步骤2)所得混合浆料置于超声反应器中，在50Hz的频率、50℃的温度下连续超声分散3小时，超声分散过程中，在浆料中加入占浆料总重的0.8％的分散剂SND 6800；
4)选用LGZ-25型离心式喷雾干燥机将步骤3)超声分散所得浆料进行喷雾造粒，选用的喷雾干燥参数如表1所示，喷雾造粒后得到核壳结构的Cu-TiO2复合粉体。
表1
空气进口温度 230℃ 浆料送给速率 60g/min
腔体空气温度 151℃ 雾化空气流量 12m<sup>3</sup>/h
空气出口温度 130℃ 高压空气压力 0.4Mpa
喷嘴旋转速度 13000r/min
(2)利用等离子喷涂在导电环基体表面制备复合涂层
1)喷涂前用丙酮对导电环基体表面进行超声波清洗，然后对清洗后的基体表面进行喷砂处理；
2)将制备的核壳结构的Cu-TiO2复合粉体通过送粉器输送到等离子喷涂设备的喷嘴前，送粉速度为23g/min；以Ar和H2为工作气体，H2的含量为Ar的25％，控制Ar气体的流量为140L/min，H2气体的流量为35L/min；调节电压为电压为140V，电流为455A，喷涂距离为85mm，利用等离子焰温度使粉体达到熔融状态并以极高的速度(平均速度超过340m/s)喷射到导电环基体表面，在表面上得到复合涂层。
(3)将得到复合涂层的导电环基体与绝缘片装配
根据规定的导电滑环的截面尺寸，将所得复合涂层表面进行打磨抛光，抛光过程中涂层厚度下降了约80-100μm，最终所得的涂层厚度为300-320μm；然后采用叠片组合结构，在导电环基体间夹绝缘片，将导电环基体与绝缘片用粘结胶胶合在一起，交替进行胶合装配，装配后的剖面结构示意图如图1所示。
实施例2
(1)采用超声分散和喷雾干燥法制备Cu-TiO2复合粉体
1)按质量百分含量计，取20％平均粒径为15μm的Cu粉与80％平均粒径为60nm的纳米TiO2粉末进行掺杂混合，得到混合粉末；
2)按质量百分含量计，分别取25％混合粉末，73.5％去离子水和1.5％的聚乙烯醇混合后进行搅拌，得到混合浆料；
3)将步骤2)所得混合浆料置于超声反应器中，在55Hz的频率、52℃的温度下连续超声分散4小时，超声分散过程中，在浆料中加入占浆料总重的0.5％的分散剂SND 6800；
4)选用LGZ-25型离心式喷雾干燥机将步骤3)超声分散所得浆料进行喷雾造粒，选用的喷雾干燥参数如表1所示，喷雾造粒后得到核壳结构的Cu-TiO2复合粉体。
(2)利用等离子喷涂在导电环基体表面制备复合涂层
1)喷涂前用丙酮对导电环基体表面进行超声波清洗，然后对清洗后的基体表面进行喷砂处理；
2)将制备的核壳结构的Cu-TiO2复合粉体通过送粉器输送到等离子喷涂设备的喷嘴前，送粉速度为30g/min；以Ar和H2为工作气体，H2的含量为Ar的30％，控制Ar气体的流量为125L/min，H2气体的流量为37.5L/min；调节电压为电压为135V，电流为440A，喷涂距离为70mm，利用等离子焰温度使粉体达到熔融状态并以极高的速度(平均速度超过340m/s)喷射到导电环基体表面，在表面上得到复合涂层。
(3)将得到复合涂层的导电环基体与绝缘片装配
根据规定的导电滑环的截面尺寸，将所得复合涂层表面进行打磨抛光，抛光过程中涂层厚度下降了约80-100μm，最终所得的涂层厚度为300-320μm；然后采用叠片组合结构，在导电环基体间夹绝缘片，将导电环基体与绝缘片用粘结胶胶合在一起，交替进行胶合装配，得到导电滑环。
对比例1
(1)制备Cu-TiO2复合粉体；
1)按质量百分含量计，取18％平均粒径为15μm的Cu粉与82％平均粒径为60nm的纳米TiO2粉末进行掺杂混合，得到混合粉末；
2)按质量百分含量计，分别取35％混合粉末，63％去离子水和2％的聚乙烯醇混合后进行搅拌，得到混合浆料；
3)选用LGZ-25型离心式喷雾干燥机将步骤2)所得浆料进行喷雾造粒，选用的喷雾干燥参数如表1所示，喷雾造粒后得到非核壳结构的Cu-TiO2复合粉体。
(2)同实施例1步骤(2)；
(3)同实施例1步骤(3)。
经过检测，发现所得涂层中含有较多的CuO，且Ti4O7的含量不足，而TiO2的含量则过多，不能得到本发明所述的复合涂层。
性能测试
以本发明实施例1、2以及对比例1制备得到的导电滑环和市购的导电滑环为样品，采用SRV-
Figure BDA0001448654640000121
微动摩擦磨损试验机(德国OPTIMOL公司生产)，在相同的条件下测试其涂层的摩擦学性能。采用球盘往复式的摩擦形式，在大气环境中，室温条件下进行测试。其中，载荷大小为20N，频率20Hz，往复行程1.5mm，时间60mim。对偶件是镀铬球，直径10mm。
测试结果如表2所示：
表2
实施例1 实施例2 对比例1 市购样品
平均摩擦系数 0.20 0.21 0.34 0.5
磨损深度 17μm 19μm 24μm 30μm
磨损宽度 2100μm 2116μm 2373μm 2600μm
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (18)

1.一种导电滑环，其特征在于，所述导电滑环包括：Cu-TinO2n-1复合涂层(1)、导电环基体(2)和绝缘片(3)；所述Cu-TinO2n-1复合涂层(1)覆盖在导电环基体(2)的表面上，所述导电环基体(2)与绝缘片(3)交替胶合装配，其中4≤n≤10；
按质量百分含量计，所述复合涂层(1)由以下组分组成：Ti4O7 62-75％；Cu 12-20％；TixO2x-1 10-15％；TiO2 3-10％；其中5≤x≤10；
制备过程中以核壳结构Cu-TiO2复合粉体为原料，利用等离子喷涂射流中的氢与复合粉体包覆层的TiO2反应，在导电环基体表面得到Cu-TinO2n-1复合涂层(1)；
所述核壳结构Cu-TiO2复合粉体为采用超声分散和喷雾干燥法制备得到的核壳结构Cu-TiO2复合粉体，具体操作为：
(a)按质量百分含量计，将10-20％的Cu粉和80-90％的TiO2粉混合，将所得混合粉末与去离子水和粘结剂混合搅拌，得到混合浆料；
(b)将步骤(a)所得混合浆料进行超声分散，将所得浆料进行喷雾造粒，得到核壳结构的Cu-TiO2复合粉体。
2.如权利要求1所述的导电滑环，其特征在于，所述导电环基体(2)的材料为单金属基体。
3.如权利要求2所述的导电滑环，其特征在于，所述导电环基体(2)的材料为金、银、铜或铝中的任意一种。
4.如权利要求1-3任一项所述的导电滑环的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)制备核壳结构的Cu-TiO2复合粉体；
(2)利用等离子喷涂射流中的氢与复合粉体包覆层的TiO2反应，在导电环基体表面得到复合涂层；
(3)将步骤(2)喷涂后得到复合涂层的导电环基体与绝缘片胶合装配；
步骤(1)中采用超声分散和喷雾干燥法制备所述核壳结构的Cu-TiO2复合粉体，具体操作为：
(a)按质量百分含量计，将10-20％的Cu粉和80-90％的TiO2粉混合，将所得混合粉末与去离子水和粘结剂混合搅拌，得到混合浆料；
(b)将步骤(a)所得混合浆料进行超声分散，将所得浆料进行喷雾造粒，得到核壳结构的Cu-TiO2复合粉体。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，按质量百分含量计，步骤(a)所述混合浆料中含有：20-40％混合粉末；60-78％去离子水；1-3％聚乙烯醇。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(b)所述超声分散的时间为2.5-4h，频率为40-60Hz，温度为45-60℃。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(b)所述超声分散过程中向混合浆料中加入浆料总重量0.1-1％的阴离子型聚羧酸盐电解质。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)的具体操作为：将核壳结构的Cu-TiO2复合粉体通过送粉器输送到等离子喷涂设备的喷嘴前，以Ar和H2为工作气体，控制电压电流，使粉体达到熔融状态并喷射到导电环基体表面；利用等离子焰的温度使等离子焰流中氢的等离子体和氢气与TiO2发生化学反应生成Ti4O7，喷射到导电环基体表面后形成复合涂层。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述Cu-TiO2复合粉体的送粉速度为15-30g/min。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述工作气体中H2的含量为Ar的20-30％。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述Ar的流量为125-135L/min。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述H2的流量为30-40L/min。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述等离子喷涂时电压为135-145V，电流为440-460A。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述等离子喷涂时喷嘴与导电滑环表面的距离为70-90mm。
15.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述等离子喷涂前使用丙酮对导电环基体表面进行超声波清洗，除去导电环表面的污染物，然后对清洗后的表面进行喷砂处理，增加表面的粗糙度。
16.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述装配前，根据规定的导电滑环的截面尺寸，将所得复合涂层表面进行打磨抛光。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述打磨抛光后复合涂层厚度降低了80-100μm。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述打磨抛光后复合涂层的厚度为300-320μm。
CN201711027249.1A 2017-10-27 2017-10-27 一种高性能长寿命空间装备精密导电滑环及其制备方法 Active CN107794486B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711027249.1A CN107794486B (zh) 2017-10-27 2017-10-27 一种高性能长寿命空间装备精密导电滑环及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711027249.1A CN107794486B (zh) 2017-10-27 2017-10-27 一种高性能长寿命空间装备精密导电滑环及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107794486A CN107794486A (zh) 2018-03-13
CN107794486B true CN107794486B (zh) 2020-03-27

Family

ID=61548182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711027249.1A Active CN107794486B (zh) 2017-10-27 2017-10-27 一种高性能长寿命空间装备精密导电滑环及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107794486B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109396761A (zh) * 2018-11-05 2019-03-01 北京翠铂林有色金属技术开发中心有限公司 一种大直径银铜镍合金导电环的制作方法
CN113948929B (zh) * 2021-07-30 2022-08-26 中南大学 一种1亿转长寿命多点端面接触金合金纤维电刷及其制备方法
CN113991380A (zh) * 2021-10-25 2022-01-28 华北电力大学 一种主动抑制导电滑环深层充放电的方法和装置
CN116180070A (zh) * 2023-02-07 2023-05-30 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种高性能复合涂层及其制备方法和应用

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100492785C (zh) * 2007-04-29 2009-05-27 北京航天控制仪器研究所 一种径向绝缘叠片式导电滑环
CN202651583U (zh) * 2012-05-29 2013-01-02 四川精通电气设备有限公司 一种防止摩擦产生绝缘附着物的导电滑环
CN105714235B (zh) * 2016-03-06 2018-10-19 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种热喷涂用TiO2-CNTs纳米复合粉体及其涂层的制备方法
CN106735176B (zh) * 2017-01-18 2019-11-12 成都锦钛精工科技有限公司 亚氧化钛-金属复合球形或类球形粉末及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107794486A (zh) 2018-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107794486B (zh) 一种高性能长寿命空间装备精密导电滑环及其制备方法
CN107354421B (zh) 一种石墨烯-铜-非晶复合涂层的制备方法
CN101976615B (zh) 银碳化钨石墨触头材料及其制备方法
CN109778105A (zh) 一种非晶复合涂层及其制备方法
CN102181815A (zh) 一种抗海生物腐蚀的陶瓷涂层及其制备方法
CN107839487B (zh) 一种新型高性能可修复的电力机车受电弓滑板及其制备方法
MX2012007066A (es) Metodos para manufacturar una almohadilla de contacto electrico y contacto electrico.
KR20190108693A (ko) 용사 표면의 코팅 방법
CN110257790B (zh) 一种三氧化二铝-TiOx靶材及其制备方法和应用
JPH09289197A (ja) プラズマエッチング電極
US20100000389A1 (en) Cutter wheel with surface modification and method for manufacturing the same
CN102044347B (zh) 银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的制备方法及其产品
CN109440053B (zh) 一种雷达吸波涂层材料及其制备方法
CN109609953B (zh) 一种超极限铜合金及其制备方法
JP2003282084A (ja) 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
CN102059343A (zh) 纳米组构热喷涂用NiCr-Cr3C2复合造粒粉体的制造方法
CN110026564A (zh) 一种低松装密度的片状银粉及其制备方法
CN107815634B (zh) 一种高性能长寿命可再制造延寿的集电环及其制备方法
CN117026179A (zh) 一种用于钙钛矿的氧化镍靶材及钙钛矿电池
CN110205628A (zh) 一种基于非导电陶瓷的自润滑涂层的电火花沉积制备方法
CN113265653A (zh) 一种金属陶瓷制备工艺
CN1805184A (zh) 一种电池用多孔锌或锌合金材料及其制作方法和用途
CN107856540B (zh) 一种长寿命无轨电车集电弓滑板及其制备方法
CN110373625B (zh) 钛合金表面的纳米碳化钛增强的钛基复合涂层的制备方法
CN114210967A (zh) 热喷涂材料、其制备方法、涂层及包括涂层的炊具

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant