專利名稱：一種鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電刷生產(chǎn)技術(shù)，具體指一種采用置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，屬于電刷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代汽車的電氣部分有發(fā)電機(jī)、電瓶、啟動機(jī)及各種輔助裝置用電動機(jī)，如雨刷器、通風(fēng)機(jī)和加熱器等。隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，汽車的大眾化和普及，中國汽車顧客群的成熟，人們對作為顧客可直接感受的汽車的NVH性能的要求將越來越高。NVH是指Noise (噪聲)，Vibration (振動)和Harshness (聲振粗糙度)。噪聲、振動直接影響著汽車的舒適性、環(huán)保以及可靠性。噪聲是汽車有害排放之一，對人是有害的，所以世界各國 都制定了嚴(yán)格的汽車噪聲限值法規(guī)。振動不僅會給乘員帶來不舒適的感覺，也會引起汽車零部件的早期失效，對汽車的安全可靠性也會有所影響，當(dāng)然，主要的影響還是在于乘員舒適性。電動按摩椅作為一種高品質(zhì)生活保健用品，其功能就是按摩后人的肌肉放松、關(guān)節(jié)靈活、精神振奮、消除疲勞，取得保健效果。它和汽車一樣，降低噪音對提高電動按摩椅的舒適性有著重要的作用。電機(jī)的噪音和振動主要來自于電機(jī)的電氣滑動接觸。電氣滑動接觸主要用途是保證各種電機(jī)、儀表和裝置上的相互滑動部件之間能通過電流。在現(xiàn)代技術(shù)中電氣滑動觸點(diǎn)是用作電刷一換向器、電刷一接觸環(huán)、無軌電車導(dǎo)線一集電弓滑塊和其它類似裝置上的部件。在這些組合結(jié)構(gòu)部件的裝置運(yùn)行過程中，除傳送電流外，還出現(xiàn)一些其它的相互作用。其中最主要的有摩擦、相互磨損、溫度升高和化學(xué)反應(yīng)。電機(jī)換向器的偏心以及換向器表面的溝槽會使電刷產(chǎn)生振動，振動的電刷與換向器以及刷握產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行中的噪音。電刷的噪音、振動以及磨損不僅涉及到接觸部件的結(jié)構(gòu)形式，同樣也涉及到制造部件用的材料。當(dāng)改變電刷材料時，其影響程度是最重要的。我國行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)《JB/T4003-2001電機(jī)用電刷》中把電刷分為四大類1.石墨電刷；2.電化石墨電刷；3.樹脂粘合石墨電刷；4.金屬石墨電刷。其中樹脂粘合石墨電刷又稱高阻電刷，固化后直接使用，電阻率高，不適用于汽車、按摩椅等低電壓電機(jī)。電化石墨電刷經(jīng)過石墨化的高溫處理過程后，摩擦系數(shù)低，耐磨性能好，可用于制造低噪音電刷。但電化石墨制備低噪音電刷又具備以下幾方面的缺點(diǎn)電刷采用電化石墨毛坯經(jīng)機(jī)械切割、磨平面、鉆孔、填線、磨弧面加工而成，工序繁多，消耗大量人力資源；對于小式樣電刷，毛坯利用率低于50%，加工浪費(fèi)多；石墨化毛坯需經(jīng)過焙燒和石墨化，有的還需要經(jīng)過多次浸潰和多次焙燒，焙燒和石墨化溫度高，時間長，能源消耗大，不利于節(jié)能減排；焙燒和石墨化周期長，一般從原料進(jìn)廠到產(chǎn)品出廠，需要2到3個月的時間，生產(chǎn)周期特別長，市場適應(yīng)性差。石墨電刷是以天然石墨(或人造石墨)為主要原料，經(jīng)過焙燒但不經(jīng)過石墨化，生產(chǎn)周期相對較短，能耗也較低，但其電阻率難以滿足電機(jī)向小型化、高轉(zhuǎn)速和高功率化方向發(fā)展的需求。金屬石墨電刷含有銅粉，它的電阻系數(shù)在各類電刷中最低，由于銅的密度遠(yuǎn)高于石墨(前者8. 9xl03kg/m3，后者2. 2xl03kg/m3)，換算成銅在電刷中的體積分?jǐn)?shù)就大大的減少，如果銅粉加入量太少，銅在電刷中就被分隔成孤立的島狀，難以發(fā)揮銅優(yōu)異的導(dǎo)電性能，隨銅粉加入量的增多，電刷的滑動特性又變得越來越差，噪音也越來越大，因此采用銅粉和石墨粉經(jīng)機(jī)械混合后，再成型燒結(jié)而得的傳統(tǒng)的銅石墨電刷也難以滿足電機(jī)發(fā)展的需求。采用鍍銅石墨粉為原料制作鍍銅石墨復(fù)合材料，可以使銅形成連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)，有效的利用了銅的導(dǎo)電性和石墨的潤滑性，因而能獲得允許電流密度大、線速度高、低電阻及低摩擦的新型材料。從上個世紀(jì)70年代開始，國內(nèi)外就對石墨粉鍍銅工藝進(jìn)行了較多的研究，鍍銅工藝研究的方向較多的是電鍍法和化學(xué)鍍法。電鍍或先化學(xué)鍍后再電鍍的石墨粉在鍍層連續(xù)性和厚度等指標(biāo)上較優(yōu)，但由于電鍍過程中改變粉末鍍層厚度會導(dǎo)致系統(tǒng)電阻的激烈波動，無法保證固定的工藝條件，其工藝控制較麻煩，因此目前在化學(xué)鍍法上研究較為活躍。化學(xué)鍍就是指在沒有外加電流的條件下，利用處于同一溶液中的金屬鹽和還原劑在具有催化活性的基體表面上進(jìn)行自催化氧化還原反應(yīng)的原理，在基體表面形成金屬或合金鍍層的一種表面處理技術(shù)。采用化學(xué)鍍銅法運(yùn)用比較廣泛，但該方法的缺點(diǎn)為石墨前處理工藝復(fù)雜(通常包括除油、粗化、敏化、活化四個步驟)，鍍液不穩(wěn)定，大量的銅粉懸浮在鍍液中或沉積在鍍槽表面，從而造成銅離子的流失，鍍液成分復(fù)雜且制備成本高?；瘜W(xué)置換鍍采用比銅活潑金屬作還原劑，還原水溶液中的銅離子，在石墨粉表面形成鍍銅層。在三種鍍銅工藝中，化學(xué)置換鍍銅工藝流程短，操作簡單、方便、可靠、易控制，而且選用廉價(jià)的有機(jī)溶劑(如酒精等)避開了敏化處理需采用的昂貴的SnCl2,PdCl2等原料，成本低，非常適合工業(yè)化運(yùn)用。但置換鍍銅石墨粉也存在鍍層疏松、多孔、結(jié)合力較差的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有低噪音電刷生產(chǎn)工藝存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種新型的低噪音高性能電刷生產(chǎn)工藝，本工藝只需要一次成型，工序簡單，能耗低，效率高，生產(chǎn)周期短，成本低于電化石墨。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，其生產(chǎn)步驟為
1)將石墨粉和粘結(jié)劑混捏，粘結(jié)劑為石墨粉重量的8 25%,使粘結(jié)劑均勻地包裹在石墨粉的表面；混捏好的混合粉打粉過篩得到膠質(zhì)石墨粉；
2)將第I)步得到的膠質(zhì)石墨粉、添加劑和脫模劑在混合機(jī)中均勻混合，混合時間為I 2小時，得到混合粉末；
3)在第2)步得到的混合粉末中，加入重量為混合粉末總重量O.5 5%的甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液，混合10 20分鐘后，再加入重量為混合粉末總重量10 45%的鍍銅石墨粉，混合10 30分鐘；
4)將第3)步混合好的料粉晾干以除去料粉中的低溫?fù)]發(fā)份，再經(jīng)帶線壓制，最后在600 850°C下燒結(jié)，即得到低噪音高性能電刷。所述粘結(jié)劑可以是浙青或酚醛樹脂，浙青則先加熱使其形成粘度較小流動性好的液體后再與石墨粉混捏；酚醛樹脂則先加入一定比例溶劑(甲醇或乙醇)調(diào)節(jié)其粘度后再與石墨粉混捏，其目的是使粘結(jié)劑均勻地包裹在石墨粉的表面。
所述甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液為固含量低于50%的低殘?zhí)空辰Y(jié)劑溶液，在粉末混合過程中以噴霧的方式或其它形式加入到混合粉末中，并均勻混合。所述甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液為含有脲醛樹脂或三聚氰胺類樹脂的甲醇稀溶液或含有石蠟的汽油稀溶液。所述甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液在第4)步燒結(jié)過程中產(chǎn)生熱分解，分解產(chǎn)物絕大部分為小分子氣體，殘?zhí)悸屎苄。踔翛]有殘?zhí)俊１竟に嚥捎靡子诠I(yè)化生產(chǎn)的化學(xué)置換鍍銅石墨粉為原料，并克服了化學(xué)置換鍍銅石墨粉鍍層疏松、多孔、結(jié)合力較差，在使 用過程中，鍍銅層易于脫落的缺點(diǎn)，制備了低噪音高性能電刷。本工藝只需要一次成型，經(jīng)過低溫?zé)崽幚砑纯色@得產(chǎn)品，工序簡單，能耗低，效率高,生產(chǎn)周期短,成本低于電化石墨。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，其步驟為
O將石墨粉和粘結(jié)劑在雙Z型捏合機(jī)中混捏，粘結(jié)劑為石墨粉重量的8 25%，使粘結(jié)劑均勻地包裹在石墨粉的表面；混捏好的混合粉打粉過篩得到膠質(zhì)石墨粉。所述粘結(jié)劑可以是浙青或酚醛樹脂，浙青則先加熱使其形成粘度較小流動性好的液體后再與石墨粉混捏；酚醛樹脂則先加入一定比例溶劑(如甲醇或乙醇)調(diào)節(jié)其粘度(為了便于混捏，酚醛樹脂溶液固含量最好低于50%)后再與石墨粉混捏,其目的是使粘結(jié)劑均勻地包裹在石墨粉的表面。2)將第I)步得到的膠質(zhì)石墨粉、添加劑和脫模劑在混合機(jī)(錐型或褲帶型)中均勻混合，混合時間為I 2小時，得到混合粉末。脫模劑的目的是使后面帶線壓制中產(chǎn)品能方便從模具中脫離，通常選用硬脂酸鋅(其添加量通常為第3步得到的料粉總量的O. 04%左右)。添加劑是指固體潤滑劑(如二硫化鑰，二硫化鎢等，一般為第3步得到的料粉總量的I 5%左右)或是磨料(如氮化硼，碳化硼等，一般為第3步得到的料粉總量的O. 5 2%左右)。根據(jù)需要，也可以在該步驟中同時外加銅粉，銅粉主要調(diào)節(jié)電刷的電阻，添加量視電刷用途而定。3)在第2)步得到的混合粉末中，加入重量為混合粉末總重量O. 5 5%的甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液，混合10 20分鐘后，再加入重量為混合粉末總重量10 45%的鍍銅石墨粉，混合10 30分鐘；所述鍍銅石墨粉通過化學(xué)置換法得到，鍍銅石墨粉中的銅含量為50 70% ；
4)將第3)步混合好的料粉晾干以除去料粉中的低溫?fù)]發(fā)份，再經(jīng)帶線壓制，最后在600 850°C下燒結(jié)，即得到低噪音高性能電刷。所述甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液為含有脲醛樹脂或三聚氰胺類樹脂的甲醇稀溶液或含有石蠟的汽油稀溶液，即石蠟溶解在汽油中的液體，或脲醛樹脂或三聚氰胺類樹脂溶解在甲醇(或乙醇)中的液體。為了混合更加均勻，所述甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液為固含量(固含量是指溶液加熱到150度，保溫兩小時后，剩余固體質(zhì)量與溶液質(zhì)量之比)低于50%的低殘?zhí)空辰Y(jié)劑溶液，并在粉末混合過程中以噴霧的方式或其它形式加入到混合粉末中，并均勻混合。
所述甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液在加熱到300度以上時就會產(chǎn)生熱分解，分解產(chǎn)物絕大部分為小分子氣體，殘?zhí)悸屎苄?，甚至沒有殘?zhí)?。所以在?)步600 850°C下燒結(jié)時，甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液通過熱分解，殘?zhí)悸屎苄?，基本沒有殘?zhí)?。本發(fā)明原理如下
降低換向器表面圓周速度、采用軟質(zhì)電刷、減小電刷與換向器的摩擦、減少電刷與刷盒壁的摩擦和降低振動的措施均能對降低電機(jī)的噪音取得較好的效果。隨著電機(jī)行業(yè)的發(fā)展，電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求越來越高，因此難以采用降低換向器表面圓周速度來降低電機(jī)的噪音。石墨具有優(yōu)良的潤滑和摩擦性能，提高電刷組分中石墨含量和減少銅含量，除了在一定程 度上可以降低電刷的硬度外，還可以有效減小電刷與換向器的摩擦以及電刷與刷盒壁的摩擦，同時金屬石墨電刷的振動也是隨電刷組分中石墨含量減少和銅含量增多而增大。本工藝采用了鍍銅石墨粉替代銅粉制備低噪音電刷，鍍銅石墨粉的銅含量為50 70%，其密度遠(yuǎn)低于銅粉密度，與膠質(zhì)石墨粉(混合好粘結(jié)劑的石墨粉)混合后，鍍銅石墨所占的體積分?jǐn)?shù)提聞，提聞了銅石墨電刷的導(dǎo)電性能，在石墨電刷中加入鍛銅石墨粉10 45%(有效銅含量僅為5 30%)，也能使得制備的金屬石墨電刷具有優(yōu)異的電性能。在滿足電刷電性能的基礎(chǔ)上，降低了電刷中的銅含量，即增加了電刷中的石墨含量，金屬石墨電刷的滑動性能得到改善，噪音降低。采用鍍銅石墨粉制備的電刷的硬度低于銅粉制備的電刷硬度，即可以制備軟質(zhì)電刷，從而降低了電刷的噪音。在本發(fā)明的制作工藝中還發(fā)現(xiàn)，鍍銅石墨粉因?yàn)樵谑郾砻嫘纬慑冦~層較薄，其塑性遠(yuǎn)低于銅粉，同時鍍銅石墨粉中鍍銅層與石墨基體之間的結(jié)合并不牢固，在與膠質(zhì)石墨粉的混合摩擦中，鍍銅層易脫落，混合時間越長，脫落越多，即裸露石墨粉(沒有粘結(jié)劑也沒有銅層包覆)也越多，這兩方面的因素都會降低混合粉的成型性能以及燒結(jié)性能。為克服上述缺點(diǎn)，本工藝采用了較短的鍍銅石墨粉與混合粉的混合時間(10 30分鐘)，同時在混合的過程中還噴入了一定的含有粘結(jié)劑的稀溶液(粉末總重量的O. 5 5%，固含量低于50%)。霧化的低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液被比表面積較大的微細(xì)銅吸附(本工藝使用成本最低的化學(xué)置換鍍銅石墨粉，其鍍銅層在石墨粉的表面并非連續(xù)，結(jié)合力差，疏松多孔)，與石墨基體形成液體架橋力，使得微細(xì)銅與石墨粉的結(jié)合力更高，同時混合粉末被霧化的低殘?zhí)空辰Y(jié)劑的稀溶液潤濕后，也降低了混合中粉末的摩擦力，從而使得鍍銅層在混合中更不易脫落。另外低殘?zhí)空辰Y(jié)劑的稀溶液的加入有利于混合粉末的均化與?；?，縮短混合時間，同時氨基類樹脂可以增加混合粉體的塑性，提高其成型性能。低殘?zhí)空辰Y(jié)劑的稀溶液在較高熱處理溫度下熱分解揮發(fā)，殘?zhí)悸屎艿?，在電刷中的銅相形成分布均勻的微孔，調(diào)節(jié)低殘?zhí)空辰Y(jié)劑的加入量，可以調(diào)節(jié)其微孔的體積分?jǐn)?shù)。該多孔相不但可以降低電刷的硬度，使電刷的噪音更低，還可以吸收振動和噪聲。
權(quán)利要求
1.一種置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，其特征在于，其生產(chǎn)步驟為 .1)將石墨粉和粘結(jié)劑混捏，粘結(jié)劑為石墨粉重量的8 25%,使粘結(jié)劑均勻地包裹在石墨粉的表面；混捏好的混合粉打粉過篩得到膠質(zhì)石墨粉； .2)將第I)步得到的膠質(zhì)石墨粉、添加劑和脫模劑在混合機(jī)中均勻混合，混合時間為I 2小時，得到混合粉末； . 3)在第2)步得到的混合粉末中，加入重量為混合粉末總重量O.5 5%的甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液，混合10 20分鐘后，再加入重量為混合粉末總重量10 45%的鍍銅石墨粉，混合10 30分鐘； . 4)將第3)步混合好的料粉晾干以除去料粉中的低溫?fù)]發(fā)份，再經(jīng)帶線壓制，最后在.600 850°C下燒結(jié)，即得到低噪音高性能電刷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，其特征在于所述添加劑為固體潤滑劑，固體潤滑劑為二硫化鑰或二硫化鎢，其添加量為第3)步得到的料粉總量的I 5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，其特征在于所述添加劑為磨料，磨料為氮化硼或碳化硼，其添加量為第3)步得到的料粉總量的.O.5 2%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，其特征在于所述脫模劑為硬脂酸鋅，其添加量為第3)步得到的料粉總量的O. 04%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，其特征在于所述粘結(jié)劑為浙青，浙青先加熱形成粘度較小流動性好的液體后再與石墨粉混捏。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，其特征在于所述粘結(jié)劑為酚醛樹脂，酚醛樹脂先加入一定比例溶劑調(diào)節(jié)其粘度后再與石墨粉混捏。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，其特征在于所述甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液為固含量低于50%的低殘?zhí)空辰Y(jié)劑溶液，在粉末混合過程中以噴霧的方式加入到混合粉末中，并均勻混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，其特征在于所述甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液為含有脲醛樹脂或三聚氰胺類樹脂的甲醇稀溶液或含有石蠟的汽油稀溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，其特征在于所述甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液在第4)步燒結(jié)過程中產(chǎn)生熱分解，分解產(chǎn)物絕大部分為小分子氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，其特征在于所述鍍銅石墨粉通過化學(xué)置換法得到。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種置換鍍銅石墨粉生產(chǎn)低噪音高性能電刷的工藝，1)將石墨粉和粘結(jié)劑混捏得到膠質(zhì)石墨粉；2)將膠質(zhì)石墨粉、添加劑和脫模劑混合得到混合粉末；3)在混合粉末中，加入甲醇或汽油低殘?zhí)空辰Y(jié)劑稀溶液，混合后再加入鍍銅石墨粉；4)將第3)步混合好的料粉晾干，再經(jīng)帶線壓制，最后燒結(jié)即得到低噪音高性能電刷。本工藝采用易于工業(yè)化生產(chǎn)的化學(xué)置換鍍銅石墨粉為原料，并克服了化學(xué)置換鍍銅石墨粉鍍層疏松、多孔、結(jié)合力較差，在使用過程中，鍍銅層易于脫落的缺點(diǎn)，制備了低噪音高性能電刷。本工藝只需要一次成型，經(jīng)過低溫?zé)崽幚砑纯色@得產(chǎn)品，工序簡單，能耗低，效率高，生產(chǎn)周期短，成本低于電化石墨。
文檔編號H01R43/12GK102694329SQ201210215379
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者劉成東, 李春林, 申發(fā)勇, 趙勇, 陳建 申請人:自貢恒基電碳廠