CN109137011A - 一种高压隔离开关电接触材料的制备方法 - Google Patents

一种高压隔离开关电接触材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高压隔离开关电接触材料的制备方法，属于电力材料技术领域。本发明以甲醛为还原剂，利用电镀液中少量的铜离子在还原剂的作用下均匀形核包覆在铜基体表面，填补电镀银过程中产生的孔隙，致密化表面镀层，同时在分散剂的作用下，生成的铜晶核将分散剂分子中的疏水基吸附在晶核表面，使晶核表面的表面能趋于一致，最终形成了均一致密的膜层，且由于银是疏水性的，覆盖于铜表面的分散剂分子会吸附溶液中的银离子，使其与已经形成的金属铜发生置换反应，得到的银粒子附着在铜晶核表面不断生长，加速镀银层的产生。

Description

一种高压隔离开关电接触材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高压隔离开关电接触材料的制备方法，属于电力材料技术领域。
背景技术
电接触元件亦称接触或接点，在高、低压电器中起着接通、分断、导流和隔离电流的作用，是高低压电器的关键元件之一。电接触元件主要由电接触材料制成，电接触材料是电流传输与转换过程中重要材料之一，是电器开关的核心组件和关键材料，负担接通、断开电路及负载电流的任务，材料性能决定了电器开关的开断能力和接触可靠性，银基电接触材料是广泛应用的电接触材料。
电接触材料即在电接触元件间起导电作用的导体材料，其质量、性能和服役寿命对电接触设备运行的可靠性有很大的影响。在电力系统中电接触材料主要应用在户外高压隔离开关中，是户外高压隔离开关的重要组成元件。近年来，电网进入了跨越式的发展，户外高压隔离开关的使用数量呈现出不断上升的趋势，与此同时在电网故障中户外高压隔离开关故障占比也在不断上升。户外高压隔离开关在使用过程中主要存在四大问题，分别是导电回路发热或过热、锈蚀、操作失灵、瓷瓶断裂，其中，由导电回路发热或过热而引起的隔离开关故障约占隔离开关总故障的43%。
高压隔离开关在电力系统中起着至关重要的作用，其性能的好坏直接决定了电力系统输电的稳定性。工业制备高压隔离开关触头镀层主要采用氰化电镀工艺。但氰化物有剧毒，对环境以及操作者的身体有巨大威害，早已被列入淘汰类名单，无氰镀代替有氰镀是一种必然趋势，且对户外高压隔离开关对电接触材料的导电性、耐磨性、抗熔焊性和耐蚀性提出了更加苛刻的要求，因此传统的电接触材料越来越难满足户外高压隔离开关的要求，开发和制备新的电接触材料迫在眉睫。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统的电接触材料越来越难满足户外高压隔离开关要求的问题，提供了一种高压隔离开关电接触材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）取氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠加入去离子水中搅拌至固体完全溶解，再加入烷基酚聚氧乙烯醚搅拌均匀，得除油液；
（2）将铜基体表面用砂纸进行打磨后浸泡在除油液中以300W超声波超声清洗8～10min，再转入去离子水中以400W超声波超声清洗10～12min，取出后用氮气吹干，得预处理铜基体；
（3）取硝酸银加入质量分数为5%聚乙二醇溶液中搅拌，再加入硫酸铜、石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、椰子油脂肪酰二乙醇胺，装入球磨机中球磨4～5h后调节pH为6～7，得电镀液；
（4）向电镀液中加入甲醛，并将银板与预处理铜基体接通电源后平行放置在电镀液中电镀1～2h，电镀完毕后取出铜基体干燥10～20min，得高压隔离开关电接触材料。
步骤（1）所述物料重量份为20～25份氢氧化钠，18～20份碳酸钠，36～40份磷酸钠，800～1000份去离子水，1～2份烷基酚聚氧乙烯醚。
步骤（2）所述铜基体为纯度99.95wt%的紫铜片。
步骤（2）所述打磨过程为抛光处理至铜基体表面的粗糙度Ra为0.01～0.10μm。
步骤（3）所述电镀液组成重量份为10～12份硝酸银，100～120份质量分数为5%聚乙二醇溶液，0.20～0.25份硫酸铜，2～5份石墨烯，0.10～0.12份聚乙烯吡咯烷酮，0.02～0.03份椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠，0.02～0.03份椰子油脂肪酰二乙醇胺。
步骤（4）所述甲醛用量为石墨烯质量的1～5倍。
步骤（4）所述电镀过程为控制电流密度0.3～0.5A/dm2，在25～30℃下电镀1～2h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以甲醛为还原剂，利用电镀液中少量的铜离子在还原剂的作用下均匀形核包覆在铜基体表面，填补电镀银过程中产生的孔隙，致密化表面镀层，同时在分散剂的作用下，生成的铜晶核将分散剂分子中的疏水基吸附在晶核表面，使晶核表面的表面能趋于一致，最终形成了均一致密的膜层，且由于银是疏水性的，覆盖于铜表面的分散剂分子会吸附溶液中的银离子，使其与已经形成的金属铜发生置换反应，得到的银粒子附着在铜晶核表面不断生长，加速镀银层的产生；
（2）本发明利用石墨烯的高硬度和优秀的润滑性能，将其掺杂到镀层中有效的提高了镀层的耐磨性，且石墨烯优异的热学、电学、力学性能，弥散分布在镀层中，导致更高的相对密度，提高了镀层的力学性能，同时石墨烯作为铜基体与镀银层的桥接填充材料，可有效提高导电性能，从而提高镀层性能，节约不必要的损失。
具体实施方式
取20～25g氢氧化钠，18～20g碳酸钠，36～40g磷酸钠，加入800～1000mL去离子水中，以300～400r/min搅拌至固体完全溶解，加入1～2g烷基酚聚氧乙烯醚，继续搅拌10～15min，得除油液，将铜基体表面用砂纸进行打磨，抛光处理至铜基体表面的粗糙度Ra为0.01～0.10μm，将铜基体浸泡在除油液中以300W超声波超声清洗8～10min，再转入去离子水中以400W超声波超声清洗10～12min，取出后用氮气吹干，得预处理铜基体，取10～12g硝酸银，加入100～120g质量分数为5%聚乙二醇溶液中，以300～400r/min搅拌20～30min，再加入0.20～0.25g硫酸铜，2～5g石墨烯，0.10～0.12g聚乙烯吡咯烷酮，0.02～0.03g椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠，0.02～0.03g椰子油脂肪酰二乙醇胺，混合均匀后装入球磨机中，以200～300r/min球磨4～5h后调节pH为6～7，得电镀液，向电镀液中加入5～10g甲醛，并将银板与预处理铜基体接通电源后平行放置在电镀液中，控制电流密度为0.3～0.5A/dm2，在25～30℃下电镀1～2h，电镀完毕后取出铜基体置于鼓风干燥箱中，在100～120℃下干燥10～20min，得高压隔离开关电接触材料。
实例1
取20g氢氧化钠，18g碳酸钠，36g磷酸钠，加入800mL去离子水中，以300r/min搅拌至固体完全溶解，加入1g烷基酚聚氧乙烯醚，继续搅拌10min，得除油液，将铜基体表面用砂纸进行打磨，抛光处理至铜基体表面的粗糙度Ra为0.01μm，将铜基体浸泡在除油液中以300W超声波超声清洗8min，再转入去离子水中以400W超声波超声清洗10min，取出后用氮气吹干，得预处理铜基体，取10g硝酸银，加入100g质量分数为5%聚乙二醇溶液中，以300r/min搅拌20min，再加入0.20g硫酸铜，2g石墨烯，0.10g聚乙烯吡咯烷酮，0.02g椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠，0.02g椰子油脂肪酰二乙醇胺，混合均匀后装入球磨机中，以200r/min球磨4h后调节pH为6，得电镀液，向电镀液中加入5g甲醛，并将银板与预处理铜基体接通电源后平行放置在电镀液中，控制电流密度为0.3A/dm2，在25℃下电镀1h，电镀完毕后取出铜基体置于鼓风干燥箱中，在100℃下干燥10min，得高压隔离开关电接触材料。
实例2
取24g氢氧化钠，18g碳酸钠，36g磷酸钠，加入900mL去离子水中，以300r/min搅拌至固体完全溶解，加入1g烷基酚聚氧乙烯醚，继续搅拌12min，得除油液，将铜基体表面用砂纸进行打磨，抛光处理至铜基体表面的粗糙度Ra为0.05μm，将铜基体浸泡在除油液中以300W超声波超声清洗9min，再转入去离子水中以400W超声波超声清洗10min，取出后用氮气吹干，得预处理铜基体，取10g硝酸银，加入100g质量分数为5%聚乙二醇溶液中，以300r/min搅拌25min，再加入0.24g硫酸铜，3g石墨烯，0.10g聚乙烯吡咯烷酮，0.02g椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠，0.02g椰子油脂肪酰二乙醇胺，混合均匀后装入球磨机中，以240r/min球磨4h后调节pH为6，得电镀液，向电镀液中加入8g甲醛，并将银板与预处理铜基体接通电源后平行放置在电镀液中，控制电流密度为0.4A/dm2，在25℃下电镀1h，电镀完毕后取出铜基体置于鼓风干燥箱中，在110℃下干燥15min，得高压隔离开关电接触材料。
实例3
取25g氢氧化钠，20g碳酸钠，40g磷酸钠，加入1000mL去离子水中，以400r/min搅拌至固体完全溶解，加入2g烷基酚聚氧乙烯醚，继续搅拌15min，得除油液，将铜基体表面用砂纸进行打磨，抛光处理至铜基体表面的粗糙度Ra为0.10μm，将铜基体浸泡在除油液中以300W超声波超声清洗10min，再转入去离子水中以400W超声波超声清洗12min，取出后用氮气吹干，得预处理铜基体，取12g硝酸银，加入120g质量分数为5%聚乙二醇溶液中，以400r/min搅拌30min，再加入0.25g硫酸铜，5g石墨烯，0.12g聚乙烯吡咯烷酮，0.03g椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠，0.03g椰子油脂肪酰二乙醇胺，混合均匀后装入球磨机中，以300r/min球磨5h后调节pH为7，得电镀液，向电镀液中加入10g甲醛，并将银板与预处理铜基体接通电源后平行放置在电镀液中，控制电流密度为0.5A/dm2，在30℃下电镀2h，电镀完毕后取出铜基体置于鼓风干燥箱中，在120℃下干燥20min，得高压隔离开关电接触材料。
对照例：山东某公司生产的隔离开关电接触材料。
将实例及对照例的隔离开关电接触材料进行检测，具体检测结果如表1。
表1性能表征对比表
本发明制备的高压隔离开关电接触材料，具有良好的具有较好的耐磨损性能，导热效率高，且值得推广使用。

Claims (7)

1.一种高压隔离开关电接触材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）取氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠加入去离子水中搅拌至固体完全溶解，再加入烷基酚聚氧乙烯醚搅拌均匀，得除油液；
（2）将铜基体表面用砂纸进行打磨后浸泡在除油液中以300W超声波超声清洗8～10min，再转入去离子水中以400W超声波超声清洗10～12min，取出后用氮气吹干，得预处理铜基体；
（3）取硝酸银加入质量分数为5%聚乙二醇溶液中搅拌，再加入硫酸铜、石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、椰子油脂肪酰二乙醇胺，装入球磨机中球磨4～5h后调节pH为6～7，得电镀液；
（4）向电镀液中加入甲醛，并将银板与预处理铜基体接通电源后平行放置在电镀液中电镀1～2h，电镀完毕后取出铜基体干燥10～20min，得高压隔离开关电接触材料。
2.如权利要求1所述的一种高压隔离开关电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述物料重量份为20～25份氢氧化钠，18～20份碳酸钠，36～40份磷酸钠，800～1000份去离子水，1～2份烷基酚聚氧乙烯醚。
3.如权利要求1所述的一种高压隔离开关电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述铜基体为纯度99.95wt%的紫铜片。
4.如权利要求1所述的一种高压隔离开关电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述打磨过程为抛光处理至铜基体表面的粗糙度Ra为0.01～0.10μm。
5.如权利要求1所述的一种高压隔离开关电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述电镀液组成重量份为10～12份硝酸银，100～120份质量分数为5%聚乙二醇溶液，0.20～0.25份硫酸铜，2～5份石墨烯，0.10～0.12份聚乙烯吡咯烷酮，0.02～0.03份椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠，0.02～0.03份椰子油脂肪酰二乙醇胺。
6.如权利要求1所述的一种高压隔离开关电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述甲醛用量为石墨烯质量的1～5倍。
7.如权利要求1所述的一种高压隔离开关电接触材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述电镀过程为控制电流密度0.3～0.5A/dm2，在25～30℃下电镀1～2h。
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