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| 银-石墨烯复合镀层制备方法和应用 目前，我国电网正在朝着特高压、智能化发展，然而在我国输变电系统中导电连接存在过热问题一直都是一个难点，特别是在户外高压隔离开关中裸露在外的触头部位是隔离开关最易发生故障的地方，经常由于电接触材料腐蚀磨损而过热，进而引发故障。 据国家电网公司数据显示，由发热而引起的户外高压隔离开关的失效占43.2％，主要是因为户外高压隔离开关在使用过程中一般都是直接暴露在大气中的，受恶劣环境和气候的影响很大。大气中的沙尘、雨、雪、硫化物等附着在隔离开关的表面使隔离开关的电接触材料腐蚀，导致接触电阻升高，从而使得电接触材料过热而失效。另一方面，高压隔离开关在大气中被氧化，导致开关在开和闭时会有镀层的磨损和脱落现象出现，这也会使电接触材料的接触电阻升高导致材料发热，迫切需要技术迭代升级。 因此，本技术要解决的技术问题在于克服现有技术中接触电阻高、耐蚀性、散热性、耐磨性差的缺陷，从而提供一种银-石墨烯复合镀层及其制备方法和应用。 为此，本技术提供了以下技术方案： 银-石墨烯复合镀层，包括依次设置在基体上的第一纳米银层、银-石墨烯层和第二纳米银层。 进一步的，所述第一纳米银层厚度为1μm～5μm，银-石墨烯层厚度为1μm～20μm，第二纳米银层厚度为1μm～5μm。 银-石墨烯复合镀层的制备方法，包括以下步骤： 步骤1、配制纳米银镀液和银-石墨烯镀液，并对基体进行预处理； 步骤2、采用磁控溅射在基体上镀第一纳米银层； 步骤3、采用真空复合电沉积法在第一纳米银层上沉积银-石墨烯层； 步骤4、采用磁控溅射在银-石墨烯层上镀第二纳米银层。 本技术技术方案，具有如下优点： 1.本技术提供的银-石墨烯复合镀层，包括依次设置在基体上的第一纳米银层、银-石墨烯层和第二纳米银层。 石墨烯是典型的二维纳米材料，力学性能突出，表现为高强度、高模量，抗拉强度高达125GPa，弹性模量达1.1TPa，硬度比莫氏硬度10级的金刚石还高，且具有很好的韧性及优异的延展性，可以弯曲.石墨烯的热导率可达5000W/(mK)，与金属材料复合不仅能够获得良好的导热性能，而且能够大大减小增强体尺度，获得强韧化效果.石墨烯的比表面积理论值为2630m2/g，高比表面积使其在基体中具有更强的稳定性和分散性，因而具有更高的增强效率，本技术利用石墨烯的突出特性可有效提升现役高压隔离开关用电触头材料的耐腐蚀、耐硫化性能。 石墨烯游离在材料内部缺陷处并构建连续导电网络，大大减少了内部微缺陷。石墨烯具有超高的电子迁移率，导电率达到6000S/cm，可以有效降低镀层电阻。银具有极高的导电和导热性能，第二纳米银层粒子较小，可在银-石墨烯层表面缺陷处填充，结合力高不易脱落及磨损；且纳米银可减少纳米银层中的缺陷，提高镀层组织均匀性；第二纳米银层具有致密的微观组织，有效隔绝水分子、腐蚀介质、硫化物等物质进入镀层内部，防止镀层失效，可有效提升镀层性能。 本技术提供的银-石墨烯复合镀层的导热系数≥330W/m·K；硬度≥80HV；表面接触电阻<20μΩ；镀层动摩擦系数≤0.25；镀层耐环境腐蚀性能满足在1％Na2S溶液中抗硫测试5h内不变色，在5％Na2S溶液中抗硫测试1h不变色。 2.本技术提供的银-石墨烯复合镀层的制备方法，包括以下步骤：步骤1、配制纳米银镀液和银-石墨烯镀液，并对基体进行预处理；步骤2、采用磁控溅射在基体上镀第一纳米银层；步骤3、采用真空复合电沉积法在第一纳米银层上沉积银-石墨烯层；步骤4、采用磁控溅射在银-石墨烯层上镀第二纳米银层。 采用磁控溅射制备第一纳米银层和第二纳米银层，可提高镀层的致密度，从而提高耐腐蚀性能；可提高结合度，从而降低接触电阻。 采用真空复合电沉积法在第一纳米银层上沉积银-石墨烯层。真空复合电沉积法，在电镀液中均匀分散固体颗粒，以基体为阴极，电镀金属为阳极，在外加电流的情况下使得金属和固体颗粒一同沉积在基体表面形成镀层。该法具有成本低、易操作、环保的优点。真空纳米离子电镀法，在真空条件下通过高能束流将纳米银离子渗透进入基体中，该方法可以加强镀层材料致密度、附着力、导电性能以及抗氧化性等。 本技术基于户外高压隔离开关电触头材料及应用关键指标，采用真空复合电沉积法和真空纳米离子电镀法制备出高性能银-石墨烯复合镀层，所制得的复合镀层具有优良的导电和力学性能，且其制备工艺高效、无污染。 银包覆石墨复合镀层及其制备方法 目前，户外高压隔离开关的动、静触头材料的表面防护镀层普遍采用镀纯银和镀硬银设计，这种电接触材料可以提供良好的导电性、导热性以及低而稳定的接触电阻但镀银层存在耐磨性差，自清洁能力不强，甚至出现过触头在工作过程中表面银层脱落掉渣的现象，其已不能满足电网系统的发展需求。 石墨是良好的自润滑材料，通过电镀法和粉末冶金法等制备的银石墨复合电接触材料可以大幅提高电接触材料的耐磨性和使用寿命，但石墨的导电性较纯银差，使得纯银镀层整体的导电性下降，实际工况下易引发发热故障；同时，目前，在石墨和银复合电镀中普遍采用直接将石墨加入电镀液中，与银进行共镀，这样在复合镀层形成过程中由于石墨放电效应和扩散层存在等原因，使银的生长方向受限，呈现出择优取向的线性生长模式，导致镀层局部容易出现空隙，致密度低等缺陷，另外石墨直接与银共镀，二者的结合面为非共格结构，使得银与石墨复合镀层的结合较差，导致复合镀层的耐磨性并不理想，甚至相比纯银镀层更易脱落。 有鉴于此，本技术的目的在于提供一种银包覆石墨复合镀层及其制备方法，该银包覆石墨复合镀层的耐磨性较高。 包括以下步骤： 将预处理的银板置于电镀液中电镀，得到银包覆石墨复合镀层； 所述电镀液包括硝酸银、络合剂、稳定剂、pH值调节剂、分散剂和表面包覆银层的石墨粉；所述银包覆石墨复合镀层中石墨体积分数为15％～20％。 优选地，所述表面包覆银层的石墨粉中的石墨为球形石墨；所述球形石墨的尺寸小于3μm。 优选地，所述电镀的电流密度为0.3～0.6A/dm2；电镀的温度为35～45℃；电镀的时间为1.5～2h。 优选地，所述预处理的基体按照以下方法制得： 将待处理基体依次进行除油、打磨、超声波清洗、碱洗和酸洗，得到预处理的基体。 优选地，所述银包覆石墨复合镀层的厚度为20～50μm。 优选地，所述表面包覆银层的石墨粉按照以下方法制得： 将石墨粉采用化学镀或电镀银粉，得到表面包覆银层的石墨粉。 本技术提供了一种上述技术方案所述制备方法制备的银包覆石墨复合镀层，其特征在于，包括表面包覆银层的石墨粉。 本技术提供了一种银包覆石墨复合镀层的制备方法，包括以下步骤：将预处理的基体置于电镀液中电镀，得到银包覆石墨复合镀层；所述电镀液包括硝酸银、络合剂、稳定剂、pH值调节剂、分散剂和表面包覆银层的石墨粉；所述银包覆石墨复合镀层中石墨体积分数为15％～20％。本技术采用表面包覆银层的石墨粉作为电镀液组分之一，再与银复合电镀，使得电镀沉积的银晶体结构与石墨表面银晶体结构呈共格关系，有效促进了石墨颗粒与银之间的界面结合，改善了石墨颗粒在银基体中的结合状态，显著提升复合镀层的致密度和耐磨性，彻底解决触头在工作过程中表面银层脱落掉渣的现象。还可以避免镀层在电沉积初期出现的石墨聚集、镀不全或空隙等缺陷，使得复合镀层具有更优异的导电性及较长机械寿命。该镀层还具有良好的导热、耐蚀等性能特点，能够很好地满足高压隔离开关的户外工作条件，具有较大的应用空间。实验结果表明：复合镀层与基体结合牢固，均未发生脱落，达到国家标准GB/T 5270-1985的要求；在外加扭矩为5N·m时，接触电阻为14.7～17.7μΩ；常温常压载荷为260g时的摩擦系数为0.04～0.08；较长的机械寿命，达到隔离开关机械寿命最高等级M2(10000次)的标准。 技术资料费380元，包括生产配方、原料介绍、工艺流程等。 |
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