乐鱼体育网页在线:一种石墨-二硫化钼电刷的电镀方法与流程

　　：电刷是实现电机换向功能的核心元件，石墨电刷因良好的润滑性和导电性，大范围的应用于电机中。石墨电刷按材料成份又可分为银石磨电刷、铜石墨电刷、二硫化钼石墨电刷等。其中银石墨电刷和铜石墨电刷是较为常见的电刷种类，二硫化钼石墨电刷由于制作成本高，电镀困难，仅在少数特定的高端电机中使用。目前市面上的电刷镀银仍使用传统的铜制件或钢制件典型镀银工艺，并未形成有效的专业工艺，电刷镀银镀层厚度均匀性、连续性、焊接性等都没办法保证一致性，批次之间的离散性较大。相比银石墨电刷和铜石墨电刷，二硫化钼石墨电刷由于材料中混合了不导电的二硫化钼后，电镀变得更加复杂，使用传统的典型镀银工艺，不仅镀层均匀性、连续性等没办法保证，参数若不正确使用，甚至有可能导致无法获得完整的镀层，尤其是中间铜层容易缺失，导致镀层结合力差，安装至电机中电刷易脱落，拉脱力仅为5n。因此，需要出示一种针对上述现存技术不足的改进技术方案。技术实现要素：本发明的目的是提供一种石墨-二硫化钼电刷的电镀方法，以提高镀层的均匀性、连续性、可靠性、可焊性，保证镀层较强的结合力。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨-二硫化钼电刷的电镀方法，包括以下步骤：使用配电板与所述电刷一起进行预镀铜、镀铜、预镀银和镀银，所述配电板与所述电刷电连接；所述预镀铜的工艺条件为：温度为20～50℃，时间为100～120s，电流密度为0.2～1a/dm2；所述镀铜的工艺条件为：温度为30～50℃，时间为15～45min，电流密度为0.25～0.45a/dm2；所述预镀银的工艺条件为：温度为25～30℃，时间为60～70s，电流密度为0.3～0.45a/dm2，预镀银时，所述电刷带电进入镀银的电解液；所述镀银的工艺条件为：温度为26～30℃；时间为10～40min；电流密度为0.25～0.45a/dm2。优选地，所述预镀铜的电解液由以下用量的原料配制而成：氰化亚铜9～30g/l、氧化钠15～50g/l、酒石酸钾钠40～55g/l、氢氧化钠3～8g/l，溶剂为水。优选地，所述配电板的材质为铜。更优选地，所述配电板的材质为h62铜。优选地，所述镀铜的电解液由以下用量的原料配制而成：焦磷酸铜65～70g/l、焦磷酸钾290～310g/l、柠檬酸铵25～30g/l、氨水3～20g/l，溶剂为水；优选地，所述镀铜的电解液的ph为8.2～8.8。优选地，所述预镀银的电解液由以下含量的原料配制而成：氰化银3～6g/l、75～85g/l、碳酸钾20～25g/l，溶剂为水。优选地，所述镀银的电解液由以下含量的原料配制而成：氰化银35～39g/l、60～70g/l、碳酸钾20～25g/l，溶剂为水。优选地，所述配电板由多个配电板单元组成，以通过增减所述配电板单元的数量调节电镀的电流密度。优选地，在预镀铜之前还包括对电刷的安装保护、电刷表面除污的步骤。优选地，所述对电刷的安装保护为：将电刷嵌入夹具中，并使电刷上表面露出夹具0.5～1.0mm。优选地，所述电刷表面除污包括对电刷进行超声波清洗、有机溶剂擦拭以及去除絮状多余物的步骤。优选地，所述电镀方法还包括镀银后的后处理过程。优选地，所述后处理过程为：将镀银后的电刷置于温水中浸泡后烘干，所述烘干温度60～80℃，烘干时间15～20min。优选地，所述电刷中二硫化钼的质量百分含量为10～25％。与最接近的现存技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：本发明的电镀方法，针对石墨-二硫化钼电刷的特点，采用合适的工艺参数，获得的镀层质量稳定，无论是镀铜层还是镀银层厚度均匀，镀件结构致密连续，镀层结合力更强，拉脱力测试能达到20n以上不脱落，适合工业大规模的生产应用。附图说明构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：图1是本发明实施例1中的成品电刷的金相组织图，a1指代镀铜区域，b1指代镀银区域；图2是本发明实施例2中的成品电刷的金相组织图，a2指代镀铜区域，b2指代镀银区域；图3是本发明实施例3中的成品电刷的金相组织图，a3指代镀铜区域，b3指代镀银区域；图4是本发明实施例4中的成品电刷的金相组织图，a4指代镀铜区域，b4指代镀银区域；图5是本发明对比例1中的成品电刷的金相组织图，c指代镀铜区域，d指代镀银区域。具体实施方式下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明的石墨-二硫化钼电刷的电镀方法，针对二硫化钼含量为10～25wt％的石墨-二硫化钼电刷，具体包括以下步骤：(1)电刷的安装保护将电刷安装于带有橡胶板的夹具中，使非电镀面镶嵌在橡胶板中，电镀面暴露在外部，以便充分与电镀液接触。每颗电刷的电镀面需高出夹具0.5～1.0mm(例如0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm)。能够理解的是，配电板与电刷电连接，例如将配电板与电刷接触布置。配电板的材质为铜，具体可选h62铜。(2)电刷表面除污表面除污包括超声波清洗、有机溶剂擦拭以及去除絮状多余物的步骤。具体的：超声波清洗工序为：超声波清洗机清洗槽内倒入干净无水乙醇清洗液，将电镀件放入清洗槽内，设置清洗机档数，清洗2～3min；擦拭工序优选使用丙酮，具体为：将棉花包裹在竹签顶部，蘸取少量丙酮擦拭电刷表面，每次擦拭后更换棉花，直至擦拭后棉花呈淡灰色，至少擦拭5次以上；去除絮状多余物时可选用电吹风，具体为：使用电吹风吹后，用3倍放大镜检查，电刷表面应无纤维等多余物存在，如有，用吹风机中档风速吹去，然后再次检查，直至合格。(3)配电板的选择由于石墨-二硫化钼电刷电镀时面积小，调节电流误差大，不便于电流密度的调整，因此在电镀过程中使用配电板与电刷一起进行电镀。相对来说，配电板面积越大，实际生产时电流和电流密度的误差就越小。电镀前计算电刷和电装夹具的实际施镀面积，根据计算结果合理选择配电板。预先制成多份1dm2的配电板待用，电镀生产的全部过程中只需根据真实的情况对配电板数量进行增减搭配，模块化模式不仅简单易操作，而且电流调节精确，有效保证了电流密度控制在合理范围内。(4)预镀铜将电刷与夹具置于预镀铜槽的电解液中进行预镀铜处理，过程中搭配配电板同时入槽，每块配电板面积1dm2，根据入槽实际电刷数量做调整。预镀铜的电解液由以下用量的原料配制而成：氰化亚铜9～30g/l(例如9g/l、12g/l、16g/l、20g/l、24g/l、28g/l、30g/l)、氧化钠15～50g/l(例如15g/l、18g/l、24g/l、30g/l、35g/l、42g/l、48g/l、50g/l)、酒石酸钾钠40～55g/l(例如40g/l、43g/l、45g/l、48g/l、50g/l、52g/l、55g/l)、氢氧化钠3～8g/l(例如3g/l、4g/l、5g/l、6g/l、7g/l、8g/l)，溶剂为水。预镀铜的工艺条件为：温度为20～50℃(例如20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃)，时间为100～120s(例如100s、105s、110s、115s、120s)，电流密度为0.2～1a/dm2(例如0.2a/dm2、0.3a/dm2、0.4a/dm2、0.5a/dm2、0.6a/dm2、0.7a/dm2、0.8a/dm2、0.9a/dm2、1.0a/dm2)。施镀过程中观察电刷受镀面，如果受镀面未完全起镀或表面有明显的黑色，适当增加时间，直至电刷受镀表面完全被铜层覆盖。(5)镀铜将电刷与夹具置于镀铜槽的电解液中进行镀铜处理，过程中搭配配电板同时入槽，每块配电板面积1dm2，根据入槽实际电刷数量做调整。镀铜的电解液由以下用量的原料配制而成：焦磷酸铜65～70g/l(例如65g/l、66g/l、67g/l、68g/l、69g/l、70g/l)、焦磷酸钾290～310g/l(例如290g/l、293g/l、297g/l、300g/l、302g/l、305g/l、310g/l)、柠檬酸铵25～30g/l(例如25g/l、26g/l、27g/l、28g/l、29g/l、30g/l)、氨水3～20g/l(例如3g/l、8g/l、10g/l、13g/l、15g/l、18g/l、20g/l)，溶剂为水。镀铜的电解液的ph为8.2～8.8(例如8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8)。镀铜的工艺条件为：温度为30～50℃(例如30℃、35℃、40℃、45℃、50℃)，时间为15～45min(15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min)，电流密度为0.25～0.45a/dm2(例如0.25a/dm2、0.3a/dm2、0.35a/dm2、0.4a/dm2、0.45a/dm2)。镀铜过程中观察电刷受镀表面是否呈金属光泽的橙红色，如果呈暗红色，适当增加电流，直至获得合格的镀铜层。(6)预镀银将电刷与夹具置于预镀银槽的电解液中进行预镀银处理，过程中搭配配电板同时入槽，每块配电板面积1dm2，根据入槽实际电刷数量做调整，预镀银必须带电入槽。能够理解的是，带电入槽是指将电刷预先接上负极，使得电刷一接触电解液就有电流通过。预镀银的电解液由以下含量的原料配制而成：氰化银3～6g/l(例如3g/l、3.5g/l、4g/l、4.5g/l、5g/l、6g/l)、75～85g/l(例如75g/l、78g/l、80g/l、82g/l、85/l)、碳酸钾20～25g/l(例如20g/l、21g/l、22g/l、23g/l、24g/l、25g/l)，溶剂为水。预镀银工艺条件为：温度为25～30℃(例如25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃)，时间为60～70s(例如60s、62s、64s、66s、68s、70s)，电流密度为0.3～0.45a/dm2(例如0.3a/dm2、0.35a/dm2、0.4a/dm2、0.45a/dm2)。(7)镀银将电刷与夹具置于镀银槽中进行预镀银处理，过程中搭配配电板同时入槽，每块配电板面积1dm2，根据入槽实际电刷数量做调整。镀银的电解液由以下含量的原料配制而成：氰化银35～39g/l(例如35g/l、36g/l、36.5g/l、37g/l、37.5g/l、38g/l、39g/l)、60～70g/l(例如60g/l、62g/l、65g/l、67g/l、69g/l、70g/l)、碳酸钾20～25g/l(例如20g/l、21g/l、22g/l、23g/l、24g/l、25g/l)，溶剂为水。镀银的工艺条件为：温度为26～30℃(例如26℃、27℃、28℃、29℃、30℃)，时间为10～40min(例如10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min)，电流密度为0.25～0.45a/dm2(例如0.25a/dm2、0.3a/dm2、0.35a/dm2、0.4a/dm2、0.45a/dm2)。施镀过程中观察电刷受镀表面是否呈银白色，如果呈暗灰色，适当增加电流，直至获得合格的镀银层。(8)后处理将镀完的电刷放入装有80℃去离子水的烧杯中浸泡5min，重复三次以上。热水清洗后的电刷在烘箱中干燥，电刷在干燥箱内不允许相互重叠，防止镀层碰伤。烘干操作条件为：烘干温度60～80℃(例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃)，烘干时间15～20min(15min、16min、17min、18min、19min、20min)。实施例1本实施例取石墨-二硫化钼电刷60颗，电刷尺寸2.5×3.5×2.5mm，电镀面为上表面(2.5×3.5mm)和四侧面约0.5mm高度，电刷实际入槽面积约为0.09dm2，电镀工装实际电镀面积约0.14dm2，由于电刷和电镀工装实际电镀面积较小，电镀时配合3dm2的配电板同时入槽(预镀银时使用2dm2的配电板)，实际入槽电镀面积约3.23dm2。具体的，本实施例的电镀方法如下：(1)电刷的安装保护将60颗电刷的非电镀面依次安装于带有橡胶板的夹具中，对非电镀面进行保护，电镀面需暴露在外部，以便充分与电镀液接触。每颗电刷的电镀面高出橡胶板0.5mm，安装好后将夹具固定。(2)电刷表面除污表面除污包括超声波清洗、丙酮擦拭和电吹风去除絮状多余物等工序。具体的：超声波清洗工序为：超声波清洗机清洗槽内倒入干净无水乙醇清洗液，将电镀件放入清洗槽内，设置清洗机档数，清洗2～3min；擦拭工序为：将棉花包裹在竹签顶部，蘸取少量丙酮擦拭电刷表面，每次擦拭后更换棉花，直至擦拭后棉花呈淡灰色，至少擦拭5次以上；电吹风去除絮状多余物工序为：用3倍放大镜检查，电刷表面应无纤维等多余物存在，如有，用吹风机中档风速吹去，然后再次检查，直至合格。结束后电刷连同夹具自然干燥晾干2min。(3)配电板的选择每颗电刷尺寸2.5×3.5×2.5mm，电镀面为上表面(2.5×3.5mm)和四侧面约0.5mm高度，电刷实际入槽面积约为0.09dm2，电镀工装实际电镀面积约0.14dm2，由于电刷和电镀工装实际电镀面积较小，电镀时配合3dm2的配电板同时入槽(预镀银时使用2dm2的配电板)，实际入槽电镀面积约3.23dm2。(4)预镀铜将电刷与夹具置于预镀铜槽中进行预镀铜处理，过程中搭配3dm2配电板同时入槽。预镀铜的电解液组成和工艺条件如下表1所示。电解液以水为溶剂。表1预镀铜的电解液组成和工艺条件氰化亚铜24g/l氧化钠35g/l酒石酸钾钠45g/l氢氧化钠6g/l温度45℃电镀面积3.23dm2电流1a电流密度0.31a/dm2时间100s施镀过程中观察电刷受镀面，如果受镀面未完全起镀或表面有明显的黑色，适当增加时间，直至电刷受镀表面完全被铜层覆盖。预镀铜结束后电刷夹具及配电板在镀铜回收槽清洗约10～15s，清洗过程中操作人员需将夹具提出水面后放回，重复5次。(5)镀铜将电刷与夹具置于镀铜槽中进行镀铜处理，过程中搭配3dm2配电板同时入槽，镀铜前需用温度计测量镀液温度约为45℃，用ph试纸测量镀液ph在8.2～8.8工艺范围内方可入槽。镀铜的电解液组成和工艺条件如下表2所示。电解液以水为溶剂。表2镀铜的电解液组成和工艺条件焦磷酸铜67g/l焦磷酸钾302g/l柠檬酸铵26g/l氨水13g/l温度45℃ph8.3电镀面积3.23dm2电流1a电流密度0.31a/dm2时间15min镀铜过程中观察电刷受镀表面是否呈金属光泽的橙红色，如果呈暗红色，适当增加电流，直至获得合格的镀铜层。镀铜结束后电刷夹具及配电板在镀铜回收槽清洗约10～15s，清洗过程中操作人员需将夹具提出水面后放回，重复5次。(6)预镀银将电刷与夹具置于预镀银槽中进行预镀银处理，过程中搭配2dm2配电板同时入槽，预镀银必须带电入槽。预镀银的电解液组成和工艺条件如下表3所示。电解液以水为溶剂。表3预镀银电解液组成和工艺条件氰化银4g/l80g/l碳酸钾22g/l温度28℃电镀面积2.23dm2电流1a电流密度0.45a/dm2时间60s预镀银结束后电刷夹具及配电板在镀铜回收槽清洗约10～15s，清洗过程中操作人员需将夹具提出水面后放回，重复5次。(7)镀银将电刷与夹具置于镀银槽中进行预镀银处理，过程中搭配3dm2配电板同时入槽，镀银的电解液组成和工艺条件如下表4所示。电解液以水为溶剂。表4镀银的电解液组成和工艺条件氰化银37g/l67g/l碳酸钾23g/l温度28℃电镀面积3.23dm2电流1a电流密度0.31a/dm2时间20min施镀过程中观察电刷受镀表面是否呈银白色，如果呈暗灰色，适当增加电流，直至获得合格的镀银层。镀银结束后电刷夹具及配电板在镀铜回收槽清洗约10～15s，清洗过程中操作人员需将夹具提出水面后放回，重复5次。(8)后处理将镀完的电刷放入装有80℃去离子水的烧杯中浸泡5min，重复3次以上。热水清洗后的电刷在烘箱中干燥，电刷在干燥箱内不允许相互重叠，防止镀层碰伤。烘干操作条件为：烘干温度为80℃，烘干时间为20min。烘干结束后对电刷进行逐个包装，使用洁净的无硫软纸独立包好，放入装有干燥剂的自封袋中。实施例2～4实施例2～4的电镀方法与实施例1的不同之处在于，步骤(4)～(7)所涉及的具体参数不同，其他均与实施例1中的相同，不再赘述。实施例2～4中的电镀方法步骤(4)～(7)所涉及的具体参数如表5所示。表5实施例2～4的电镀方法中步骤(4)～(7)所涉及的具体参数(表5续表)对比例1对比例1与实施例1的不同之处在于：步骤(4)～(7)中搭配的配电板的数量不同，从而使得电流密度不同。步骤(4)～(7)中各电镀溶液的组成和浓度和实施例1中的相同，不再赘述。本对比例的电镀方法中步骤(4)～(7)具体如下：(4)预镀铜将电刷与夹具置于预镀铜槽中进行预镀铜处理，过程中搭配6dm2配电板同时入槽。预镀铜的工艺条件如下表6所示。表6对比例1中的预镀铜的工艺条件温度45℃电镀面积6.23dm2电流1a电流密度0.16a/dm2时间100s由于电流密度超出工艺范围，且石墨-二硫化钼电刷中二硫化钼不导电，因此即使施镀过程中增加时间，预镀铜也无法达到正常效果，受镀表面多个区域出现显而易见的黑色。预镀铜结束后电刷夹具及配电板在镀铜回收槽清洗约10～15s，清洗过程中操作人员需将夹具提出水面后放回，重复5次。(5)镀铜将电刷与夹具置于镀铜槽中进行镀铜处理，过程中搭配6dm2配电板同时入槽，镀铜前需用温度计测量镀液温度约为45℃，用ph试纸测量镀液ph在8.2～8.8工艺范围内方可入槽。镀铜的工艺条件如下表7所示。表7对比例1中的镀铜的工艺条件温度45℃ph8.3电镀面积6.23dm2电流1a电流密度0.16a/dm2时间15min由于电流密度超出工艺范围，镀铜过程中电刷受镀始终呈暗红色。镀铜结束后电刷夹具及配电板在镀铜回收槽清洗约10～15s，清洗过程中操作人员需将夹具提出水面后放回，重复5次。(6)预镀银将电刷与夹具置于预镀银槽中进行预镀银处理，过程中搭配3dm2配电板同时入槽，预镀银必须带电入槽。预镀银的工艺条件如下表8所示。表8对比例1中的预镀银的工艺条件温度室温电镀面积3.23dm2电流1a电流密度0.31a/dm2时间60s预镀银结束后电刷夹具及配电板在镀铜回收槽清洗约10～15s，清洗过程中操作人员需将夹具提出水面后放回，重复5次。(7)镀银将电刷与夹具置于镀银槽中进行预镀银处理，过程中搭配1dm2配电板同时入槽，镀银的工艺条件如下表9所示。表9对比例1中的镀银的工艺条件温度28℃电镀面积1.23dm2电流1a电流密度0.83a/dm2时间20min由于电流密度超出工艺范围，电镀后镀银表面虽然呈现银白色，但是镀层粗糙，结构不致密。镀银结束后电刷夹具及配电板在镀铜回收槽清洗约10～15s，清洗过程中操作人员需将夹具提出水面后放回，重复5次。实验例对实施例1～4和对比例1所得的成品电刷在金相显微镜下进行金相组织检测，结果分别如图1、图2、图3、图4和图5所示。由图1可知，实施例1所得的成品电刷镀铜层厚度约4.5μm，镀银层厚度约10μm，从图中能够准确的看出镀层连续、厚度均匀。根据实施例1和对比例1的金相截面图可知，对比例1中电流密度超出工艺范围后，镀铜层厚度不均匀，结构分布也不再连续，镀银层也呈现镀层不均匀，不连续，银层呈放射状分布，后续拉脱力试验仅4n电刷即脱落。而本发明采取了专用工艺，针对电刷，尤其是石墨-二硫化钼电刷摸索出专用的工艺参数，将电流密度合理控制在工艺范围内的实施例1无论是镀铜层还是镀银层，厚度均匀，结构致密连续，拉脱力试验20n未脱落。上述拉脱力测试方法为：电镀结束后将石墨-二硫化钼电刷与导电片焊接，然后使用最大量程为20n的测力计对电刷从切向进行拉脱试验。以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围以内。当前第1页12

　　设计和制备新能源电极材料研究材料在氢气、氧气、二氧化碳等能源小分子电催化转化中的应用，通过先进表征手段和理论模拟计算理解催化位点和反应机理，力图发展几种具有应用前景的电催化剂材料。

　　多酸团簇、金属有机框架材料的合成性能研究与计算模拟，最重要的包含： 1.多酸团簇-无机晶核共组装进行光催化分解水制氢与二氧化碳还原； 2.低维多孔材料的结构与催化性能的研究。

　　低维纳米材料（纳米颗粒、纳米线/管/框/片、二维材料）的电子显微分析以及基于电子显微分析结果的先进能源材料设计、制备和器件应用。

　　新能源材料设计、合成及应用研究。最重要的包含：1二氧化碳电催化还原、电催化分解水制氢等；2原子界面电极材料的制备及能量转换技术探讨研究。