CN111490424A - 一种耐磨型碳刷及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨型碳刷及其生产工艺，涉及碳刷制作技术领域，旨在解决生产过程中存在一定安全隐患的技术问题，其技术方案要点是包括以下重量份的原料：石墨6‑10份、碳粉40‑48份、铜粉45‑51份及润滑剂6‑10份。在不添加铅粉的情况下，采用上述原料组分及配比可制得肖氏硬度、电阻率及火花状况均符合要求的电刷，且由于不存在铅粉，因此安全隐患较小。

Description

一种耐磨型碳刷及其生产工艺
技术领域
本发明涉及碳刷制作技术领域，更具体地说，它涉及一种耐磨型碳刷及其生产工艺。
背景技术
碳刷是也叫电刷，作为一种滑动接触件，在许多电气设备中得到广泛的应用,碳块作为碳刷的碳体基材。
现有公开号为CN103855571A的中国专利，公开了一种电机碳刷的组成成份，成份如下：石墨粉30％-60％，二硫化钼5％-10％，铅粉30％-60％，硅胶5％-10％，铜粉30％-60％,通过前述比例制得的碳刷导电性能较佳。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：其组分中含有铅粉，铅属于重金属，对人体有毒性，因此生产过程中存在一定安全隐患，故有待改善。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的其一目的在于提供一种耐磨型碳刷，其具有安全隐患较小的优势。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种耐磨型碳刷，包括以下重量份的原料：石墨6-10份、碳粉40-48份、铜粉45-51份及润滑剂6-10份。
通过采用上述技术方案，在不添加铅粉的情况下，采用上述原料组分及配比可制得肖氏硬度、电阻率及火花状况均符合要求的电刷，且由于不存在铅粉，因此安全隐患较小。
进一步地，所述石墨由天然石墨及膨胀石墨组成。
通过采用上述技术方案，加入少量的膨胀石墨可提升碳刷的阻燃性能，此外，膨胀石墨具有一定的自润滑性，其使得碳刷运行过程中的火花状态更优。
进一步地，所述天然石墨与膨胀石墨的质量比为1:1。
通过采用上述技术方案，可使得天然石墨与膨胀石墨处于较佳比例状态，且该比例制得的碳刷的火花状况较优。
进一步地，所述润滑剂为二硫化钨或二硫化钼。
通过采用上述技术方案，可使得最终制得的碳刷的摩擦系数较低，且火花状况较优。其中，二硫化钨相较于二硫化钼所制得的碳刷，摩擦系数较低且抗压强度较大。
进一步地，所述原料的重量份为石墨7-9份、碳粉42-46份、铜粉47-49份及润滑剂7-9份。
通过采用上述技术方案，制得的碳刷在肖氏硬度、电阻率及火花状况方面的性能均更优。
进一步地，所述原料的重量份为石墨8份、碳粉44份、铜粉48份及润滑剂8份。
通过采用上述技术方案，制得的碳刷在肖氏硬度、电阻率及火花状况方面的性能进一步提升。
本发明的另一目的在于提供一种耐磨型碳刷生产工艺，其具有工艺简单，易实施且安全隐患较小的优势。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种权利要求1-6任一所述的耐磨型碳刷生产工艺，包括以下步骤：
S1、将石墨、碳粉、铜粉及润滑剂按比例混合，并加热搅拌；
S2、将步骤S1搅拌所得的混合料进行研磨；
S3、将步骤S2研磨所得的混合料在模具中压制，脱模后得到毛胚；
S4、将步骤S3中所得毛胚进行烧结，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷成品。
通过采用上述技术方案，可便捷的实现碳刷的生产，工艺简单，易实施，且生产过程中安全隐患较小。
进一步地，所述步骤S4中的烧结温度为760-860℃。
通过采用上述技术方案，在该温度范围内对碳刷进行烧结可使得最终制得的碳刷的肖氏硬度先增加后降低，电阻率先降低后增加。。
进一步地，所述步骤S4中的升温速率为6-7℃/min。
通过采用上述技术方案，限制升温速率可使得升温过程中碳刷的反应过程更为稳定，且最终制得的碳刷成品在肖氏硬度、电阻率及火花状况方面的性能较优。
进一步地，所述步骤S4中的烧结时间为2.5-3.5h。
通过采用上述技术方案，控制烧结时间可控制碳刷烧结完毕后的最终状态，且最终制得的碳刷成品在肖氏硬度、电阻率及火花状况方面的性能较优。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益效果：
1、无需添加铅粉依旧可制得肖氏硬度、电阻率及火花状况均符合要求的电刷，且由于不存在铅粉，因此安全隐患较小。
2、原料各组分中，石墨由天然石墨及膨胀石墨组成，且天然石墨与膨胀石墨的质量比为1:1，通过加入少量的膨胀石墨可提升碳刷的阻燃性能，此外，膨胀石墨具有一定的自润滑性，其使得碳刷运行过程中的火花状态更优。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例：
实施例1：
一种耐磨型碳刷生产工艺，包括以下步骤：
S1、将石墨6份、碳粉40份、铜粉45份及润滑剂6份按比例混合，并通过搅拌罐加热搅拌，加热温度为150℃，搅拌速率为70r/min。其中，石墨由天然石墨及膨胀石墨组成，且天然石墨与膨胀石墨的质量比为1:1。润滑剂为二硫化钨。
S2、将步骤S1搅拌所得的混合料通过研磨机进行研磨，研磨机转速为480r/min，研磨时长为5min。并进行过筛处理，过筛标准为400目。
S3、将步骤S2过筛所得的混合料在模具中压制，保压时长为2s,脱模后得到毛胚；
S4、将步骤S3中所得毛胚进行烧结，升温速率为6℃/min，烧结温度为760℃，烧结时间(达到烧结所述温度后持续的时长)为3.5h，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷成品。
实施例2：
一种耐磨型碳刷生产工艺，包括以下步骤：
S1、将石墨7份、碳粉42份、铜粉47份及润滑剂7份按比例混合，并通过搅拌罐加热搅拌，加热温度为150℃，搅拌速率为70r/min。其中，石墨由天然石墨及膨胀石墨组成，且天然石墨与膨胀石墨的质量比为1:1。润滑剂为二硫化钨。
S2、将步骤S1搅拌所得的混合料通过研磨机进行研磨，研磨机转速为480r/min，研磨时长为5min。并进行过筛处理，过筛标准为400目。
S3、将步骤S2过筛所得的混合料在模具中压制，保压时长为2s,脱模后得到毛胚；
S4、将步骤S3中所得毛胚进行烧结，升温速率为6℃/min，烧结温度为760℃，烧结时间(达到烧结所述温度后持续的时长)为3.5h，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷成品。
实施例3：
一种耐磨型碳刷生产工艺，包括以下步骤：
S1、将石墨8份、碳粉44份、铜粉48份及润滑剂8份按比例混合，并通过搅拌罐加热搅拌，加热温度为150℃，搅拌速率为70r/min。其中，石墨由天然石墨及膨胀石墨组成，且天然石墨与膨胀石墨的质量比为1:1。润滑剂为二硫化钨。
S2、将步骤S1搅拌所得的混合料通过研磨机进行研磨，研磨机转速为480r/min，研磨时长为5min。并进行过筛处理，过筛标准为400目。
S3、将步骤S2过筛所得的混合料在模具中压制，保压时长为2s,脱模后得到毛胚；
S4、将步骤S3中所得毛胚进行烧结，升温速率为6℃/min，烧结温度为760℃，烧结时间(达到烧结所述温度后持续的时长)为3.5h，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷成品。
实施例4：
一种耐磨型碳刷生产工艺，包括以下步骤：
S1、将石墨9份、碳粉46份、铜粉49份及润滑剂9份按比例混合，并通过搅拌罐加热搅拌，加热温度为150℃，搅拌速率为70r/min。其中，石墨由天然石墨及膨胀石墨组成，且天然石墨与膨胀石墨的质量比为1:1。润滑剂为二硫化钨。
S2、将步骤S1搅拌所得的混合料通过研磨机进行研磨，研磨机转速为480r/min，研磨时长为5min。并进行过筛处理，过筛标准为400目。
S3、将步骤S2过筛所得的混合料在模具中压制，保压时长为2s,脱模后得到毛胚；
S4、将步骤S3中所得毛胚进行烧结，升温速率为6℃/min，烧结温度为760℃，烧结时间(达到烧结所述温度后持续的时长)为3.5h，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷成品。
实施例5：
一种耐磨型碳刷生产工艺，包括以下步骤：
S1、将石墨10份、碳粉48份、铜粉51份及润滑剂10份按比例混合，并通过搅拌罐加热搅拌，加热温度为150℃，搅拌速率为70r/min。其中，石墨由天然石墨及膨胀石墨组成，且天然石墨与膨胀石墨的质量比为1:1。润滑剂为二硫化钨。
S2、将步骤S1搅拌所得的混合料通过研磨机进行研磨，研磨机转速为480r/min，研磨时长为5min。并进行过筛处理，过筛标准为400目。
S3、将步骤S2过筛所得的混合料在模具中压制，保压时长为2s,脱模后得到毛胚；
S4、将步骤S3中所得毛胚进行烧结，升温速率为6℃/min，烧结温度为760℃，烧结时间(达到烧结所述温度后持续的时长)为3.5h，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷成品。
实施例6：
一种耐磨型碳刷生产工艺，包括以下步骤：
S1、将石墨8份、碳粉44份、铜粉48份及润滑剂8份按比例混合，并通过搅拌罐加热搅拌，加热温度为150℃，搅拌速率为70r/min。其中，石墨由天然石墨及膨胀石墨组成，且天然石墨与膨胀石墨的质量比为1:1。润滑剂为二硫化钨。
S2、将步骤S1搅拌所得的混合料通过研磨机进行研磨，研磨机转速为480r/min，研磨时长为5min。并进行过筛处理，过筛标准为400目。
S3、将步骤S2过筛所得的混合料在模具中压制，保压时长为2s,脱模后得到毛胚；
S4、将步骤S3中所得毛胚进行烧结，升温速率为6.5℃/min，烧结温度为810℃，烧结时间(达到烧结所述温度后持续的时长)为3h，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷成品。
实施例7：
一种耐磨型碳刷生产工艺，包括以下步骤：
S1、将石墨8份、碳粉44份、铜粉48份及润滑剂8份按比例混合，并通过搅拌罐加热搅拌，加热温度为150℃，搅拌速率为70r/min。其中，石墨由天然石墨及膨胀石墨组成，且天然石墨与膨胀石墨的质量比为1:1。润滑剂为二硫化钨。
S2、将步骤S1搅拌所得的混合料通过研磨机进行研磨，研磨机转速为480r/min，研磨时长为5min。并进行过筛处理，过筛标准为400目。
S3、将步骤S2过筛所得的混合料在模具中压制，保压时长为2s,脱模后得到毛胚；
S4、将步骤S3中所得毛胚进行烧结，升温速率为7℃/min，烧结温度为860℃，烧结时间(达到烧结所述温度后持续的时长)为2.5h，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷成品。
实施例8：
一种耐磨型碳刷生产工艺，包括以下步骤：
S1、将石墨8份、碳粉44份、铜粉48份及润滑剂8份按比例混合，并通过搅拌罐加热搅拌，加热温度为150℃，搅拌速率为70r/min。其中，石墨由天然石墨及膨胀石墨组成，且天然石墨与膨胀石墨的质量比为1:1。润滑剂为二硫化钼。
S2、将步骤S1搅拌所得的混合料通过研磨机进行研磨，研磨机转速为480r/min，研磨时长为5min。并进行过筛处理，过筛标准为400目。
S3、将步骤S2过筛所得的混合料在模具中压制，保压时长为2s,脱模后得到毛胚；
S4、将步骤S3中所得毛胚进行烧结，升温速率为6.5℃/min，烧结温度为810℃，烧结时间(达到烧结所述温度后持续的时长)为3h，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷成品。
对比例：
对比例1：本对比例与实施例6的区别在于：将石墨15份、碳粉44份、铜粉48份及润滑剂8份按比例混合。
对比例2：本对比例与实施例6的区别在于：将石墨3份、碳粉44份、铜粉48份及润滑剂8份按比例混合。
对比例3：本对比例与实施例6的区别在于：天然石墨与膨胀石墨的质量比为1:2。
对比例4：本对比例与实施例6的区别在于：天然石墨与膨胀石墨的质量比为2:1。
对比例5：一种碳刷生产工艺，包括以下步骤：
S1、将石墨粉30％、二硫化钼5％、铅粉30％、硅胶5％及铜粉30％按比例混合，并通过搅拌罐加热搅拌，加热温度为150℃，搅拌速率为70r/min。
S2、将步骤S1搅拌所得的混合料通过研磨机进行研磨，研磨机转速为480r/min，研磨时长为5min。并进行过筛处理，过筛标准为400目。
S3、将步骤S2过筛所得的混合料在模具中压制，保压时长为2s,脱模后得到毛胚；
S4、将步骤S3中所得毛胚进行烧结，升温速率为6.5℃/min，烧结温度为810℃，烧结时间(达到烧结所述温度后持续的时长)为3h，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷成品。
性能检测试验：
按照实施例1-8和对比例1-5的制备工艺制备相同规格的碳刷，并按照如下方法对碳刷的物理性能进行检测，检测结果如表1所示。
检测方法：
1、肖氏硬度：在室温下，按照JB/T 8133.4-2013对碳刷进行肖氏硬度测试。
2、电阻率：在室温下，按照JB/T8133.2-2013对碳块进行电阻率试验。
3、火花状况：在室温下，按照GB/T 755-2019对碳刷进行火花状况实验。
表1为实施例1-8和对比例1-5的制备工艺制备相同规格的碳刷的物理性能检测结果。
Figure BDA0002525144300000061
Figure BDA0002525144300000071
表1
从表1可以看出，对比实施例1至实施例5的数据，在未改变工艺步骤及工艺参数的情况下，改变各组分的配比，通过检测碳刷的物理性能，可以得出：随着石墨在整个原料中占比的降低，肖氏硬度呈先增长后降低的趋势，且实施例3制备出的碳刷物理性能较佳。随着石墨在整个原料中占比的降低，电阻率呈先降低后增长的趋势，且实施例3制备出的碳刷物理性能较佳。实施例3制备出的碳刷的火花状况较优。
从表1可以看出，对比实施例3、实施例6及实施例7的数据，在未改变各组分配比的情况下，改变制备工艺中的烧结温度、升温速率及烧结时间，通过检测碳刷的物理性能可以得出：随着烧结温度的提升，肖氏硬度呈先增长后降低的趋势，且实施例6制备出的碳刷物理性能较佳。随着烧结温度的提升，电阻率呈先降低后增长的趋势，且实施例6制备出的碳刷物理性能较佳。实施例3及实施例6制备出的碳刷的火花状况均较优。
从表1可以看出，对比实施例6及实施例8的数据，在未改变工艺步骤的情况下，改变润滑剂的种类，通过检测碳刷的物理性能，可以得出：实施例6制备出的碳刷的火花状况均较优。即二硫化钨对碳刷的火花状况的提升更优。
从表1可以看出，对比实施例6、对比例1及对比例2的数据，在未改变工艺步骤的情况下，改变石墨所占比重，通过检测碳刷的物理性能，可以得出：随石墨比重的提升，电阻率呈下降趋势。随石墨比重的提升，肖氏硬度呈先增长后下降的趋势，且实施例6制备出的碳刷肖氏硬度较优。石墨比重过低或过高均会影响碳刷的火花状况，且实施例6制备出的碳刷的火花状况较优。
从表1可以看出，对比实施例6、对比例3及对比例4的数据，在未改变工艺步骤的情况下，改变天然石墨与膨胀石墨的质量比，通过检测碳刷的物理性能，可以得出：当天然石墨与膨胀石墨的比值过低或过高均会影响碳刷的火花状况，且实施例6制备出的碳刷的火花状况较优。
从表1可以看出，对比实施例6及对比例5，在未改变工艺步骤的情况下，改变原料组分及配比，通过检测碳刷的物理性能，可以得出：在不添加铅粉的情况下依旧可生产出肖氏硬度、电阻率及火花状况均符合要求的电刷，且实施例6制备出的碳刷的肖氏硬度、电阻率及火花状况更优。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种耐磨型碳刷，其特征在于，包括以下重量份的原料：石墨6-10份、碳粉40-48份、铜粉45-51份及润滑剂6-10份。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨型碳刷，其特征在于：所述石墨由天然石墨及膨胀石墨组成。
3.根据权利要求2所述的一种耐磨型碳刷，其特征在于：所述天然石墨与膨胀石墨的质量比为1:1。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨型碳刷，其特征在于：所述润滑剂为二硫化钨或二硫化钼。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨型碳刷，其特征在于：所述原料的重量份为石墨7-9份、碳粉42-46份、铜粉47-49份及润滑剂7-9份。
6.根据权利要求5所述的一种耐磨型碳刷及其生产工艺，其特征在于：所述原料的重量份为石墨8份、碳粉44份、铜粉48份及润滑剂8份。
7.一种权利要求1-6任一所述的耐磨型碳刷生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将石墨、碳粉、铜粉及润滑剂按比例混合，并加热搅拌；
S2、将步骤S1搅拌所得的混合料进行研磨；
S3、将步骤S2研磨所得的混合料在模具中压制，脱模后得到毛胚；
S4、将步骤S3中所得毛胚进行烧结，烧结完成后冷却出炉，得到碳刷成品。
8.根据权利要求7所述的一种耐磨型碳刷生产工艺，其特征在于：所述步骤S4中的烧结温度为760-860℃。
9.根据权利要求7所述的一种耐磨型碳刷生产工艺，其特征在于：所述步骤S4中的升温速率为6-7℃/min。
10.根据权利要求7所述的一种耐磨型碳刷生产工艺，其特征在于：所述步骤S4中的烧结时间为2.5-3.5h。
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