[发明专利]一种汽车起动机碳刷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种汽车起动机碳刷材料及其制备方法。

背景技术

碳刷是电机的重要组成部件，它的功能是在电机的固定部件与旋转部件换向器或集电环之间传导电流，其性能好坏直接影响电机的正常运行。与普通机械摩擦磨损相比，碳刷材料在电机运行过程中存在多种机械摩擦磨损机理，同时伴随着电弧烧蚀电磨损。汽车起动电机磨损条件复杂，要求碳刷材料具有大的载流能力、优良的换向性能和滑动接触性能，而常规的碳刷在高密度载流条件下会出现磨损加剧和严重的电弧烧蚀等现象，无法满足使用要求。所以，当前迫切需要研究开发长寿命的高性能碳刷材料以满足汽车起动机的要求。

目前提高碳刷材料的综合性能主要通过基体合金化、对石墨进行表面处理和加入适量添加物这三种方式进行的。

CN 106384924 A中公开了一种氧化镧掺杂改性的铜基石墨电机碳刷及其制备方法，该碳刷材料以天然鳞片石墨、多孔碳粉以及铜粉、青铜粉复配作为基料，并加入氧化镧进行改性处理，改善烧结性能。但是其制备的碳刷材料的硬度和抗弯强度仍然不足。

韩绍昌等通过添加Cr来改变铜与石墨的润湿性，虽然复合材料的电阻率有一定的降低，但是对材料耐磨性能提高的程度却是有限的(参见“铬对改善铜与炭石墨材料润湿性的作用”，韩绍昌，李学谦，湖南大学学报,1998(5):30-33)。

此外，对石墨进行镀铜处理在一定程度上弥补了之前的不足，不仅实现了铜与石墨均匀的分布，而且提高了复合材料的导电性、抗弯强度和延展性，但是复合材料的密度降低严重，导致在摩擦磨损过程中没有足够的碳微粒参加润滑膜的形成，不利于换向的稳定性和碳刷材料的寿命。通过加入SiC颗粒可改善铜基体在磨损过程中的变形程度，但是SiC作为陶瓷相粒子，对复合材料的导电性能将造成不利的影响；SiO₂的引入虽然改善了复合材料的摩擦磨损性能，但是可引入氧化磨损，对电机的运行和稳定换向也会带来不利影响。

为获得兼具良好导电性和耐磨性的低成本长寿命铜-石墨碳刷，需要综合考虑材料制造成本、工艺性、导热性能、导电性能、力学性能和摩擦磨损性能之间合理匹配，合理地设计材料组成。

发明内容

鉴于现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种碳刷材料及其制备方法，通过引入羰基铁粉对基体进行强化，选用微细石墨和胶质石墨进行合理匹配，得到了具有良好导电性和耐磨性的铜-石墨碳刷材料，该碳刷材料同时具有良好的导热性能、力学性能，延长了碳刷的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种碳刷材料，所述碳刷材料按质量份由以下组分制备得到：

所述石墨为微细石墨和胶质石墨的组合，微细石墨和胶质石墨的质量比为(0.66-1.5):1。

本发明引入基体强化组元羰基铁粉，提高了碳刷材料的强度和硬度；通过选用不同粒度的微细石墨和胶质石墨的合理匹配改善了石墨分布的均匀性以及石墨与基体的界面结合能力，进一步提高了碳刷材料的强度。基体强化组元和经过合理匹配的润滑组元之间产生协同作用，电摩擦过程中在摩擦面形成了一层厚度适中，均匀稳定的摩擦膜，有效保证了碳刷运行过程中的稳定性，大大降低了碳刷材料的磨损率。

上述产生协同作用的基体强化组元是指羰基铁粉，合理匹配的润滑组元是指质量比为(0.66-1.5):1的微细石墨和胶质石墨。

所述铜粉为基体组元，其含量为60-64份，例如可以是60份、61份、62份、63份或64份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

所述石墨为润滑组元，其含量为32-38份，例如可以是32份、33份、34份、35份、36份、37份或38份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

所述二硫化钼为润滑组元，其含量为3-6份，例如可以是3份、4份、5份或6份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

所述锡粉为基体增强组元，其含量为1-1.5份，例如可以是1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。