CN114824989A - 一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法。本发明属于金属石墨电刷制备领域。本发明的目的在于解决现有金属石墨电刷使用寿命不长的技术问题。本发明以鳞片石墨粉、轻体铜粉作为主要材料，以树脂、沥青作为粘结剂，以锌粉为辅料制备，采用三阶段生产，大幅度提升电刷的耐磨性能，并采用高温进行焙烧，使材料的微观结构在高温下发生改变，降低电阻率，获得的金属石墨电刷具有低电阻率，低硬度，高抗折强度，高耐磨强度。
Description
技术领域
本发明属于金属石墨电刷制备领域；具体涉及一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法。
背景技术
风力发电机是风力发电机舱内的关键设备，利用风力带动风车叶片旋转，再透过增塑机将旋转的速度提升，来促使发电价发电。而电刷是发电机中最基础部件，电刷作用于电机的换向器或滑环上，作为导入导出电流的滑动接触体，导电、导热以及润滑性能良好，具有一定机械强度和换向性火花的本能。由于电刷在工作中直接与电机换向器接触，强度过大会损伤换向器表面，强度过低会造成使用寿命太短，因此，提供一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法是十分重要的。
发明内容
本发明的目的在于解决现有金属石墨电刷使用寿命不长的技术问题，而提供了一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法。
本发明的一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法按以下步骤进行：
步骤1：制备精炼石墨粉；
步骤2：将步骤1得到的精炼石墨粉加入到酚醛树脂和工业酒精中混合1h，然后加热至85～95℃，并在85～95℃的条件下混捏处理不低于1.5h；
步骤3：混捏处理完成后，用轮碾机磨粉1h，过筛后，得一阶段料粉；
步骤4：另取步骤1得到的精炼石墨粉加水后加热至60～80℃，然后加入蒸馏煤焦油、熔化沥青，在160～180℃条件下混捏处理6h～7h；
步骤5：混捏处理完成后，用轮碾机磨粉1h，过筛后，得二阶段料粉；
步骤6：将一阶段料粉、二阶段料粉、轻体铜粉和锌粉混合均匀，得到混合料粉，向混合料粉中加入洗油，混捏处理2h，金属石墨电刷料粉；
步骤7：将步骤6获得的金属石墨电刷料粉使用油压机模压成型处理，得到坯料；
步骤8：将步骤7获得的坯料进行焙烧处理，获得高耐磨金属石墨电刷。
进一步限定，步骤1中所述制备精炼石墨粉的过程如下：将鳞片石墨粉经50h升温至3000～3200℃，并在3000～3200℃下恒温30h进行石墨化处理，得到精炼石墨粉。
进一步限定，步骤2中所述精炼石墨粉与工业酒精的质量比为5:1，所述精炼石墨粉与酚醛树脂的质量比为10:1；步骤2中所述精炼石墨粉粒径在45μm以下的含量为70％～85％，粒径在75μm以上的含量为≤3wt％，余量为粒径在45μm～75μm之间的。
进一步限定，步骤3中所述一阶段料粉的粒径为380μm以下，灰份为0.8wt％以下，水份为0.5wt％以下。
进一步限定，步骤4中所述精炼石墨粉、水、蒸馏煤焦油、熔化沥青的质量比为100：50：4.25：17；步骤4中所述蒸馏煤焦油粘度为7～11恩氏，真密度为1.15g/cm3～1.25g/cm3，所述熔化沥青软化点为65～85℃，残碳率为33wt％～43wt％。
进一步限定，步骤5中所述二阶段料粉的粒径为160μm以下，灰份为0.8wt％以下，水份为0.5wt％以下。
进一步限定，步骤6中按一阶段料粉含量10wt％～20wt％、二阶段料粉含量20wt％～30wt％、轻体铜粉含量55wt％和锌粉含量5wt％～10wt％的比例混合；所述的轻体铜粉粒径在45μm以下的含量≥90wt％，锌粉粒径在45μm以下的含量≥95wt％；所述金属石墨电刷料粉的粒径为425μm以下；步骤6中所述洗油的加入量为混合料粉质量的0.3％。
进一步限定，步骤7中所述模压的压力为2500MPa。
进一步限定，步骤8中所述焙烧条件为：0-200℃自由升温，200～700℃以8.5℃/h速率升温，700～950℃以15℃/h速率升温，950℃恒温4h。
进一步限定，步骤8中所述高耐磨金属石墨电刷的电阻率≤1.0μΩm，洛氏硬度(10/588)为55-75，抗折强度为25-40MPa。
本发明与现有技术相比具有的显著效果如下：
本发明以鳞片石墨粉、轻体铜粉作为主要材料，以锌粉为辅料制备，采用三阶段生产，大幅度提升电刷的耐磨强度，并采用高温进行焙烧，使材料的微观结构在高温下发生改变，降低电阻率，获得的金属石墨电刷具有低电阻率，低硬度，高抗折强度性能，提升金属石墨电刷的耐磨强度。
附图说明
图1为一阶段、二阶段料粉的制备工艺流程图；
图2为高耐磨金属石墨电刷的制备工艺流程图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
实施例1：一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法按以下步骤进行：
步骤1：将鳞片石墨粉经50h升温至3000℃，并在3000℃下恒温30h进行石墨化处理，得到精炼石墨粉；
步骤2：将步骤1得到的精炼石墨粉加入到酚醛树脂和工业酒精中混合1h，然后加热3h至90℃，并在90℃的条件下混捏处理不低于1.5h；所述精炼石墨粉与工业酒精的质量比为5:1，所述精炼石墨粉与酚醛树脂的质量比为10:1；所述精炼石墨粉粒径在45μm以下的含量为80％，粒径在75μm以上的含量为3wt％，余量为粒径在45μm～75μm之间的；
步骤3：混捏处理完成后，用轮碾机磨粉1h，过筛后，得一阶段料粉；所述一阶段料粉的粒径为380μm以下，灰份为0.8wt％以下，水份为0.5wt％以下；
步骤4：另取步骤1得到的精炼石墨粉加水后加热至70℃，然后加入蒸馏煤焦油、熔化沥青，在170℃条件下混捏处理6.5h；所述精炼石墨粉、水、蒸馏煤焦油、熔化沥青的质量比为100：50：4.25：17，所述蒸馏煤焦油粘度为9恩氏，真密度为1.21g/cm3，所述熔化沥青软化点为82℃，残碳率为38wt％；
步骤5：混捏处理完成后，用轮碾机磨粉1h，过筛后，得二阶段料粉；所述二阶段料粉的粒径为160μm以下，灰份为0.8wt％以下，水份为0.5wt％以下；
步骤6：按一阶段料粉含量10wt％、二阶段料粉含量30wt％、轻体铜粉含量55wt％和锌粉含量5wt％的比例混合，得到混合料粉，向混合料粉中加入0.3wt洗油，混捏处理2h，金属石墨电刷料粉；所述的轻体铜粉粒径在45μm以下的含量≥90wt％，锌粉粒径在45μm以下的含量≥95wt％；所述金属石墨电刷料粉的粒径为425μm以下；
步骤7：将步骤6获得的金属石墨电刷料粉使用油压机2500MPa下模压成型处理，得到坯料；
步骤8：将步骤7获得的坯料进行焙烧处理，所述焙烧条件为：0-200℃自由升温，200～700℃以8.5℃/h速率升温，700～950℃以15℃/h速率升温，950℃恒温4h，获得高耐磨金属石墨电刷。
实施例2：一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法按以下步骤进行：
步骤1：将鳞片石墨粉经50h升温至3000℃，并在3000℃下恒温30h进行石墨化处理，得到精炼石墨粉；
步骤2：将步骤1得到的精炼石墨粉加入到酚醛树脂和工业酒精中混合1h，然后加热3h至90℃，并在90℃的条件下混捏处理不低于1.5h；所述精炼石墨粉与工业酒精的质量比为5:1，所述精炼石墨粉与酚醛树脂的质量比为10:1；所述精炼石墨粉粒径在45μm以下的含量为80％，粒径在75μm以上的含量为3wt％，余量为粒径在45μm～75μm之间的；
步骤3：混捏处理完成后，用轮碾机磨粉1h，过筛后，得一阶段料粉；所述一阶段料粉的粒径为380μm以下，灰份为0.8wt％以下，水份为0.5wt％以下；
步骤4：另取步骤1得到的精炼石墨粉加水后加热至70℃，然后加入蒸馏煤焦油、熔化沥青，在170℃条件下混捏处理6.5h；所述精炼石墨粉、水、蒸馏煤焦油、熔化沥青的质量比为100：50：4.25：17，所述蒸馏煤焦油粘度为9恩氏，真密度为1.21g/cm3，所述熔化沥青软化点为82℃，残碳率为38wt％；
步骤5：混捏处理完成后，用轮碾机磨粉1h，过筛后，得二阶段料粉；所述二阶段料粉的粒径为160μm以下，灰份为0.8wt％以下，水份为0.5wt％以下；
步骤6：按一阶段料粉含量15wt％、二阶段料粉含量20wt％、轻体铜粉含量55wt％和锌粉含量10wt％的比例混合，得到混合料粉，向混合料粉中加入0.3wt洗油，混捏处理2h，金属石墨电刷料粉；所述的轻体铜粉粒径在45μm以下的含量≥90wt％，锌粉粒径在45μm以下的含量≥95wt％；所述金属石墨电刷料粉的粒径为425μm以下；
步骤7：将步骤6获得的金属石墨电刷料粉使用油压机2500MPa下模压成型处理，得到坯料；
步骤8：将步骤7获得的坯料进行焙烧处理，所述焙烧条件为：0-200℃自由升温，200～700℃以8.5℃/h速率升温，700～950℃以15℃/h速率升温，950℃恒温4h，获得高耐磨金属石墨电刷。
实施例3：一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法按以下步骤进行：
步骤1：将鳞片石墨粉经50h升温至3000℃，并在3000℃下恒温30h进行石墨化处理，得到精炼石墨粉；
步骤2：将步骤1得到的精炼石墨粉加入到酚醛树脂和工业酒精中混合1h，然后加热3h至90℃，并在90℃的条件下混捏处理不低于1.5h；所述精炼石墨粉与工业酒精的质量比为5:1，所述精炼石墨粉与酚醛树脂的质量比为10:1；所述精炼石墨粉粒径在45μm以下的含量为80％，粒径在75μm以上的含量为3wt％，余量为粒径在45μm～75μm之间的；
步骤3：混捏处理完成后，用轮碾机磨粉1h，过筛后，得一阶段料粉；所述一阶段料粉的粒径为380μm以下，灰份为0.8wt％以下，水份为0.5wt％以下；
步骤4：另取步骤1得到的精炼石墨粉加水后加热至70℃，然后加入蒸馏煤焦油、熔化沥青，在170℃条件下混捏处理6.5h；所述精炼石墨粉、水、蒸馏煤焦油、熔化沥青的质量比为100：50：4.25：17，所述蒸馏煤焦油粘度为9恩氏，真密度为1.21g/cm3，所述熔化沥青软化点为82℃，残碳率为38wt％；
步骤5：混捏处理完成后，用轮碾机磨粉1h，过筛后，得二阶段料粉；所述二阶段料粉的粒径为160μm以下，灰份为0.8wt％以下，水份为0.5wt％以下；
步骤6：按一阶段料粉含量20wt％、二阶段料粉含量20wt％、轻体铜粉含量55wt％和锌粉含量5wt％的比例混合，得到混合料粉，向混合料粉中加入0.3wt洗油，混捏处理2h，金属石墨电刷料粉；所述的轻体铜粉粒径在45μm以下的含量≥90wt％，锌粉粒径在45μm以下的含量≥95wt％；所述金属石墨电刷料粉的粒径为425μm以下；
步骤7：将步骤6获得的金属石墨电刷料粉使用油压机2500MPa下模压成型处理，得到坯料；
步骤8：将步骤7获得的坯料进行焙烧处理，所述焙烧条件为：0-200℃自由升温，200～700℃以8.5℃/h速率升温，700～950℃以15℃/h速率升温，950℃恒温4h，获得高耐磨金属石墨电刷。
对实施例1-3得到的高耐磨金属石墨电刷的性能进行检测，结果见表1。
表1
| 电阻率(μΩm) | 洛氏硬度(HRB) | 抗折强度(MPa) | |
| 实施例1 | 0.71 | 72.33 | 30.07 |
| 实施例2 | 0.83 | 59 | 28.8 |
| 实施例3 | 0.82 | 61 | 24 |
Claims (10)
1.一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法，其特征在于，该制备方法按以下步骤进行：
步骤1：制备精炼石墨粉；
步骤2：将步骤1得到的精炼石墨粉加入到酚醛树脂和工业酒精中混合1h，然后加热至85～95℃，并在85～95℃的条件下混捏处理不低于1.5h；
步骤3：混捏处理完成后，用轮碾机磨粉1h，过筛后，得一阶段料粉；
步骤4：另取步骤1得到的精炼石墨粉加水后加热至60～80℃，然后加入蒸馏煤焦油、熔化沥青，在160～180℃条件下混捏处理6h～7h；
步骤5：混捏处理完成后，用轮碾机磨粉1h，过筛后，得二阶段料粉；
步骤6：将一阶段料粉、二阶段料粉、轻体铜粉和锌粉混合均匀，得到混合料粉，向混合料粉中加入洗油，混捏处理2h，金属石墨电刷料粉；
步骤7：将步骤6获得的金属石墨电刷料粉使用油压机模压成型处理，得到坯料；
步骤8：将步骤7获得的坯料进行焙烧处理，获得高耐磨金属石墨电刷。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法，其特征在于，步骤1中所述制备精炼石墨粉的过程如下：将鳞片石墨粉经50h升温至3000～3200℃，并在3000～3200℃下恒温30h进行石墨化处理，得到精炼石墨粉。
3.根据权利要求1所述的一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法，其特征在于，步骤2中所述精炼石墨粉与工业酒精的质量比为5:1，所述精炼石墨粉与酚醛树脂的质量比为10:1；步骤2中所述精炼石墨粉粒径在45μm以下的含量为70％～85％，粒径在75μm以上的含量为≤3wt％，余量为粒径在45μm～75μm之间的。
4.根据权利要求1所述的一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法，其特征在于，步骤3中所述一阶段料粉的粒径为380μm以下，灰份为0.8wt％以下，水份为0.5wt％以下。
5.根据权利要求1所述的一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法，其特征在于，步骤4中所述精炼石墨粉、水、蒸馏煤焦油、熔化沥青的质量比为100：50：4.25：17；步骤4中所述蒸馏煤焦油粘度为7～11恩氏，真密度为1.15g/cm3～1.25g/cm3，所述熔化沥青软化点为65～85℃，残碳率为33wt％～43wt％。
6.根据权利要求1所述的一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法，其特征在于，步骤5中所述二阶段料粉的粒径为160μm以下，灰份为0.8wt％以下，水份为0.5wt％以下。
7.根据权利要求1所述的一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法，其特征在于，步骤6中按一阶段料粉含量10wt％～20wt％、二阶段料粉含量20wt％～30wt％、轻体铜粉含量55wt％和锌粉含量5wt％～10wt％的比例混合；所述的轻体铜粉粒径在45μm以下的含量≥90wt％，锌粉粒径在45μm以下的含量≥95wt％；所述金属石墨电刷料粉的粒径为425μm以下；步骤6中所述洗油的加入量为混合料粉质量的0.3％。
8.根据权利要求1所述的一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法，其特征在于，步骤7中所述模压的压力为2500MPa。
9.根据权利要求1所述的一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法，其特征在于，步骤8中所述焙烧条件为：0-200℃自由升温，200～700℃以8.5℃/h速率升温，700～950℃以15℃/h速率升温，950℃恒温4h。
10.根据权利要求1所述的一种高耐磨金属石墨电刷的制备方法，其特征在于，步骤8中所述高耐磨金属石墨电刷的电阻率≤1.0μΩm，洛氏硬度(10/588)为55-75，抗折强度为25-40MPa。
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