CN117702210A - 一种调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其包括砂纸打磨、强碱化学除油、酸洗活化、纯镀银、银包覆石墨烯粉体的制备、复合电镀液的配制、复合电镀及镀层压制的步骤。本发明通过调控复合电镀液中石墨的含量，可改变高压隔离开关触头镀银层的结合力、成分、形貌、粗糙度、亲疏水性、接触电阻和电化学腐蚀等性能，从而使其能够适应不同（潮湿环境、导电应用、易锈蚀）的应用场合。
Description
技术领域
本发明属于电工材料领域，具体涉及一种调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法。
背景技术
户外高压隔离开关是一种在分闸时隔断电路，为电网设备检修时提供安全保障，在合闸时连通电路，保持设备的正常运转，同时在异常条件下（如短路）能在规定内承受过载电流的开关设备。由于户外高压隔离开关工作环境非常恶劣，核心组件电触头长期暴露在户外，受到自然环境和气候腐蚀，电触头表面易发黑受损。长时间服役于恶劣环境的高压隔离开关表面会出现锈蚀、脱落的情况，造成接触头电阻过大，影响正常的工作性能，从而不能保证整个电力系统的安全运行。
近年来，随着国家智能电网事业的发展，户外高压隔离开关的需求量与日俱增。高压隔离开关电接触部位主要为镀银层，国内外对于触头材料的传统生产方法是粉末冶金，该方法以银为原材料，其银用量占世界用银量的四分之一，且制备受限于零件的形状，触头寿命较差，传统的镀银层已经难以满足高压电网运行应用的性能要求。采用复合电沉积技术制备触头材料，降低成本的同时能提升触头性能，在经济和使用价值上有重大意义。20世纪80年代，德国西门子在氰化镀银体系下开发制备了银/石墨复合镀层，尽管相较于纯银层耐磨性方面有所提升，但是氰化物有剧毒，复合镀层在致密度和耐蚀性方面也不尽人意。因此，开发一种成熟稳定的新型银基复合镀层，在保证经济环保的同时还能拥有优良的综合性能就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其包括以下步骤：
S1：砂纸打磨：依次用800目和1500目的砂纸对紫铜基体表面进行粗磨和细磨处理，之后用蒸馏水冲洗干净；
S2：强碱化学除油：在室温下，用强碱液浸泡0.5~2 h，溶解吸附在紫铜基体上的油脂，使紫铜基体完全裸露出来，之后用蒸馏水冲洗干净；
S3：酸洗活化：用酸液浸泡清洗紫铜基体10~60s，中和吸附的碱性溶液并起到光亮紫铜基体的作用，之后用蒸馏水冲洗干净；
S4：纯镀银：在室温下，将处理后的紫铜基体带电放入镀银溶液中进行镀银，其电流密度为0.15~1.5 A/dm2，时间为1~3h；
S5：银包覆石墨烯粉末的制备：采用液相还原法，即在50~150℃、100~300 r/min的条件下将石墨烯倒入含AgNO3和还原剂的溶液中搅拌30~60 min，待反应充分后再经过滤，得到银包覆石墨烯粉体；
S6：复合电镀液的配制：将石墨、银包覆石墨烯粉体、石墨分散剂混合配成复合电镀液；
S7：复合电镀：将镀银后的紫铜基体带电放入复合电镀液中进行复合镀；
S8：镀层压制：用200~500N的压紧力压制制备好的复合镀层，得到用于高压隔离开关的触头材料。
进一步地，步骤S2中所述强碱液为NaOH的水溶液，其浓度为50~100 g/L。
进一步地，步骤S3中所述酸液为浓硝酸的水溶液，其浓度为200~400 g/L。
进一步地，步骤S4中所述镀银溶液的组成为配位剂KI 300~600g/L、AgNO35~60g/L。
进一步地，步骤S5中所用反应体系的组成为5~20g/L AgNO3、2g/L石墨烯及占体系质量5~15%的还原剂；所述还原剂为N2H4·H2O、柠檬酸钠、硼氢化钠中的一种或多种。
进一步地，步骤S6所述复合电镀液中含石墨10g/L~50g/L、银包覆石墨烯粉体2g/L，并含有石墨质量2%的石墨分散剂。若镀件主要用于潮湿的环境下，则将石墨添加量为50g/L；若镀件主要用于需要导电的应用场景，则将石墨添加量改为10g/L；若镀件主要用于易锈蚀的环境，则将石墨添加量改为30g/L。
进一步地，步骤S7中复合镀的电流密度为0.35A/dm2，时间为2h，且全程需磁力搅拌。
进一步地，步骤S8中为保证复合镀层表面平整，采用200~500N的压紧力进行压制。
本发明所提出的方法可以用于变电站工程隔离开关触头和触指表面电镀，变电站工程现场现场钢构件防腐蚀处理，提升变电站在不同环境下的服役性能和抗恶劣环境能力。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、通过在传统复合镀层制备镀液中添加银包覆石墨烯粉体和石墨，以提高复合镀层耐磨损和耐蚀性能。
2、通过调控复合电镀液中石墨的添加量，使镀件具有不同的性能优势，从而可以适应不同应用场景和性能要求。
3、本发明所提出的方法可以用于变电站工程隔离开关触头和触指表面电镀，变电站工程现场现场钢构件防腐蚀处理，提升变电站在不同环境下的服役性能和抗恶劣环境能力。
具体实施方式
一种调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其包括以下步骤：
S1：砂纸打磨：依次用800目和1500目的砂纸对紫铜基体表面进行粗磨和细磨处理，之后用蒸馏水冲洗干净；
S2：强碱化学除油：在室温下，用50~100 g/L的NaOH溶液浸泡0.5~2 h，之后用蒸馏水冲洗干净；
S3：酸洗活化：用200~400 g/L的硝酸溶液浸泡清洗紫铜基体10~60s，之后用蒸馏水冲洗干净；
S4：纯镀银：在室温下，将处理后的紫铜基体带电放入镀银溶液中进行镀银，其电流密度为0.15~1.5 A/dm2，时间为1~3h；所述镀银溶液中含KI 300~600g/L、AgNO35~60g/L；
S5：银包覆石墨烯粉末的制备：将还原剂和AgNO3混合形成溶液，然后采用液相还原法，在50~150℃、100~300 r/min的条件下倒入石墨烯搅拌30~60 min，待反应充分后再经过滤，制得银包覆石墨烯粉体；反应体系中含5~20g/L AgNO3、2g/L石墨烯及占体系质量5~15%的还原剂（N2H4·H2O、柠檬酸钠、硼氢化钠中的一种或多种）；
S6：复合电镀液的配制：将石墨、银包覆石墨烯粉体、石墨分散剂混合配成复合电镀液，其中含石墨10g/L~50g/L、银包覆石墨烯粉体2g/L，且所含石墨分散剂的量为石墨质量的2%；
S7：复合电镀：将镀银后的紫铜基体带电放入复合电镀液中进行复合镀，其电流密度为0.35A/dm2，时间为2h，且全程需磁力搅拌；
S8：镀层压制：用200~500N的压紧力压制复合镀层，并确保压制工具的面全程与镀层表面保持平行，得到用于高压隔离开关的触头材料。
所有实施方式都是采用现有的配方及制备工艺，按照前面所叙述的步骤进行：
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1：
一种调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，具体步骤为：
步骤S1：依次用800目和1500目的砂纸对紫铜基体表面进行粗磨和细磨处理，之后用蒸馏水冲洗干净；
步骤S2：在室温下，用100 g/L的NaOH溶液浸泡1 h，之后用蒸馏水冲洗干净；
步骤S3：用200 g/L的硝酸溶液浸泡清洗紫铜基体20s，之后用蒸馏水冲洗干净；
步骤S4：在室温下，将处理后的紫铜基体带电放入镀银溶液中进行镀银，其电流密度为0.5 A/dm2，时间为1h，其中，镀银溶液中含KI 300g/L、AgNO320g/L；
步骤S5：按10 ml N2H4·H2O、10g/L AgNO3、2g/L石墨烯的量配制溶液，然后在60℃、150 r/min的条件下搅拌反应30 min，再经过滤，制得银包覆石墨烯粉体；
步骤S6：按石墨50g/L、银包覆石墨烯粉体2g/L、石墨分散剂1g/L的量配制复合电镀液；
步骤S7：将镀银后的紫铜基体带电放入复合电镀液中进行复合镀，其电流密度为0.35A/dm2，时间为2h，且全程需磁力搅拌，得到用于高压隔离开关的触头材料；
步骤S8：用200N的压紧力压制复合镀层，并确保压制工具的面全程与镀层表面保持平行，得到用于高压隔离开关的触头材料。
实施例2：
一种调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，具体步骤为：
步骤S1：依次用800目和1500目的砂纸对紫铜基体表面进行粗磨和细磨处理，之后用蒸馏水冲洗干净；
步骤S2：在室温下，用100 g/L的NaOH溶液浸泡1 h，之后用蒸馏水冲洗干净；
步骤S3：用200 g/L的硝酸溶液浸泡清洗紫铜基体20s，之后用蒸馏水冲洗干净；
步骤S4：在室温下，将处理后的紫铜基体带电放入镀银溶液中进行镀银，其电流密度为0.5 A/dm2，时间为1h，其中，镀银溶液中含KI 300g/L、AgNO320g/L；
步骤S5：按10 ml N2H4·H2O、10g/L AgNO3、2g/L石墨烯的量配制溶液，然后在60℃、150 r/min的条件下搅拌反应30 min，再经过滤，制得银包覆石墨烯粉体；
步骤S6：按石墨10g/L、银包覆石墨烯粉体2g/L、石墨分散剂0.2g/L的量配制复合电镀液；
步骤S7：将镀银后的紫铜基体带电放入复合电镀液中进行复合镀，其电流密度为0.35A/dm2，时间为2h，且全程需磁力搅拌，得到用于高压隔离开关的触头材料；
步骤S8：用200N的压紧力压制复合镀层，并确保压制工具的面全程与镀层表面保持平行，得到用于高压隔离开关的触头材料。
实施例3：
一种调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，具体步骤为：
步骤S1：依次用800目和1500目的砂纸对紫铜基体表面进行粗磨和细磨处理，之后用蒸馏水冲洗干净；
步骤S2：在室温下，用100 g/L的NaOH溶液浸泡1 h，之后用蒸馏水冲洗干净；
步骤S3：用200 g/L的硝酸溶液浸泡清洗紫铜基体20s，之后用蒸馏水冲洗干净；
步骤S4：在室温下，将处理后的紫铜基体带电放入镀银溶液中进行镀银，其电流密度为0.5 A/dm2，时间为1h，其中，镀银溶液中含KI 300g/L、AgNO320g/L；
步骤S5：按10 ml N2H4·H2O、10g/L AgNO3、2g/L石墨烯的量配制溶液，然后在60℃、150 r/min的条件下搅拌反应30 min，再经过滤，制得银包覆石墨烯粉体；
步骤S6：按石墨30g/L、银包覆石墨烯粉体2g/L、石墨分散剂0.6g/L的量配制复合电镀液；
步骤S7：将镀银后的紫铜基体带电放入复合电镀液中进行复合镀，其电流密度为0.35A/dm2，时间为2h，且全程需磁力搅拌，得到用于高压隔离开关的触头材料；
步骤S8：用200N的压紧力压制复合镀层，并确保压制工具的面全程与镀层表面保持平行，得到用于高压隔离开关的触头材料。
表1 实施例中制备镀层的性能测试结果
通过测量水接触角、接触电阻和自腐蚀电流密度可知，上述技术方案中疏水性最好的石墨浓度为50g/L，接触电阻最小的石墨浓度为10g/L，抗腐蚀能力最好的石墨烯浓度为30g/L。因此，本发明提出的技术方法能够改变高压隔离开关触头镀银层的结合力、成分、形貌、粗糙度、亲疏水性、接触电阻和电化学腐蚀等性能，使其适应不同（潮湿环境、导电应用、易锈蚀）的应用场合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：砂纸打磨；
S2：强碱化学除油；
S3：酸洗活化；
S4：纯镀银；
S5：银包覆石墨烯粉体的制备；
S6：复合电镀液的配制；
S7：复合电镀；
S8：镀层压制。
2.根据权利要求1所述的调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其特征在于：步骤S1具体是依次用800目和1500目的砂纸打磨镀件后用蒸馏水冲洗干净。
3.根据权利要求1所述的调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其特征在于：步骤S2具体是用强碱液对镀件化学除油后用蒸馏水冲洗干净；所述强碱液为NaOH的水溶液，其浓度为50~100 g/L。
4.根据权利要求1所述的调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其特征在于：步骤S3具体是用酸液清洗活化镀件后用蒸馏水冲洗干净；所述酸液为浓硝酸的水溶液，其浓度为200~400 g/L。
5. 根据权利要求1所述的调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其特征在于：步骤S4具体是采用镀银溶液对镀件进行电镀，其电流密度为0.15~1.5 A/dm2，时间为1~3h；所述镀银溶液的组成为KI 300~600g/L、AgNO3 5~60g/L。
6.根据权利要求1所述的调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其特征在于：步骤S5具体是采用液相还原法对石墨烯进行银离子负载，形成银包覆石墨烯粉体，其搅拌速度为100~300 r/min，反应温度为50~150℃，反应持续时间为30~60 min，反应体系中含5~20g/L AgNO3、2g/L石墨烯及占体系质量5~15%的还原剂；
所述还原剂为N2H4·H2O、柠檬酸钠、硼氢化钠中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其特征在于：步骤S6所述复合电镀液中含石墨10g/L~50g/L、银包覆石墨烯粉体2g/L，并含有石墨质量2%的石墨分散剂。
8.根据权利要求1所述的调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其特征在于：步骤S7具体是采用复合电镀液对镀件进行复合镀。
9.根据权利要求1所述的调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其特征在于：步骤S7中复合镀的电流密度为0.35A/dm2，时间为2h，且全程需磁力搅拌。
10.根据权利要求1所述的调节高压隔离开关触头镀银层性能的方法，其特征在于：步骤S8中压制采用的压紧力为200~500N。
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