激光制备新型石墨烯/铜基复合电触头

为了解决电力系统中关键材料电触头同时受到电弧烧蚀、动静触头相互碰撞产生的冲击载荷和摩擦以及电流产生焦耳热引起的熔焊的问题,提高电气设备的使用性能,发展新型高性能触头材料,提出了一种石墨烯/紫铜复合触头的新型制备方法。采用等离子体辅助加工手段,在质量分数为0.999的紫铜表面上制备出镍铜合金过渡层,在此过渡层上利用高功率连续激光原位制备石墨烯表面薄膜,全覆盖于紫铜基底表面,作为独立涂层来抵抗触头材料所受的破坏,探索了制备石墨烯复合触头材料过程中的等离子体辅助加工工艺以及激光加工工艺。结果表明,石墨烯/铜基触头材料具有优异的电工特性,电阻与紫铜相近,硬度为紫铜的1.8倍,摩擦系数仅为0.06。本研究可为电工材料提供新的解决思路和新的材料体系。

激光制备石墨烯/镍/铜触头材料及其性能研究

为改善抗电弧烧蚀能力差导致铜合金触头电寿命不足的问题,本文采用激光法在镍镀层增强紫铜表面原位制备大面积石墨烯,形成石墨烯/镍/铜复合材料,提高Cu基触头的使用寿命.设置电沉积电流5 mA,沉积90 s后在铜表面引入平均厚度为25~27μm的Ni过渡层,改善Cu对激光的高反射、高导热问题.通过旋涂石墨碳源在镍过渡层表面,设置纳秒激光功率1.5 W,脉宽150 ns,扫描速度10 mm/s,加工3次,频率250 KHz后进行辐照,在铜镍过渡层表面成功制备了石墨烯独立涂层.对复合材料进行了理论分析和实验验证,取得了相应最优参数下的相关性能数据.结果表明,石墨烯/Ni/Cu复合触头硬度为245.45 HV,是紫铜的3.17倍;接触电阻0.096 mΩ符合国家标准;摩擦系数0.083 7是紫铜的0.73倍;500℃时复合材料导热系数为1 178 W/(m·K),是紫铜的3.43倍.同时,复合材料具有良好的抗氧化性能.本文为新型铜合金触头的制备提供了新的思路和实验基础.