【摘 要】
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户外高压隔离开关触头表面传统的镀银层难以保障高压电网实际的安全运行,亟待进一步开发出综合性能优异的新型银基镀层及其生产装置。本文选用KI无氰体系,采用复合电沉积技术,使用多层石墨烯（＜30层）制备银/石墨烯复合镀层,通过X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、Raman仪、热导仪、接触电阻实验与磨损试验等测试手段与表征方法,对比分析了纯银层与银/石
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户外高压隔离开关触头表面传统的镀银层难以保障高压电网实际的安全运行,亟待进一步开发出综合性能优异的新型银基镀层及其生产装置。本文选用KI无氰体系,采用复合电沉积技术,使用多层石墨烯（＜30层）制备银/石墨烯复合镀层,通过X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、Raman仪、热导仪、接触电阻实验与磨损试验等测试手段与表征方法,对比分析了纯银层与银/石墨烯复合镀层的成分与形貌、表面接触电阻、硬度、耐磨性、导热性、耐蚀性及变色机理,自主设计了银/石墨烯复合电镀中试生产线装置,制备的触头银/石墨烯复合镀层达到现场示范应用要求。研究表明,银/石墨烯复合镀层结合力良好,石墨烯分布均匀。随着镀液石墨烯含量的增加,复合镀层中石墨烯含量迅速增加,1.5 g/L之后缓慢增加,2.0 g/L时达到最高（3.97 at.%）,复合镀层的耐磨性能与导热性能不断提升、硬度与表面接触电阻值则变化很小。当镀液石墨烯含量为2.0 g/L时,制备的银/石墨烯复合镀层整体综合性能最优,表面接触电阻值为44.2μΩ,硬度达122.3 HV,摩擦系数为0.224,导热率为348 W/m K;与纯银镀层相比,该复合镀层导电性能相当、硬度提高35%、磨损率减小56.3%、热导率增加5.5%。通过周浸试验发现,与纯银镀层相比,所有浓度的纯银中间层-银/石墨烯复合镀层没有出现铜绿,耐蚀性明显提高,其中1.5 g/L的纯银中间层-银/石墨烯复合镀层耐蚀性能最优。选择具有高温高湿高氯的福建莆田湄洲岛进行挂片20天后,所有浓度的纯银中间层-银/石墨烯复合镀层表面黑色物质为纳米级别的银颗粒及少量的Ag2O,接触电阻比挂片前仅增加2μΩ左右,具有优异的导电性能与耐大气侵蚀行为。基于银/石墨烯复合电镀工艺流程及参数,设计了直线式银/石墨烯复合镀层一体化生产装置,其中复合电镀槽采用圆桶设计,运用磁力搅拌促进石墨烯在镀液中更加均匀分散,可电镀生产平板、圆棒型、简单曲型等多种形状工件,单次可电镀工件最大表面积为320 cm~2。某型隔离开关电接触件经过中试生产线电镀后,其复合镀层膜厚达40μm以上,电导率保持在90-96%IACS。通过回路电阻与温升试验检测,1.5 g/L的纯银中间层-银/石墨烯复合镀层的100 A直流回路电阻值为58.2μΩ,平均温升为24.1℃,低于电接触件原始纯银镀层的温升幅度（25℃）。综合表明银/石墨烯复合镀层可替代纯银镀层,由其装配的户外高压隔离开关符合现场电网应用条件,并在赣州某35 k V变电站进行了示范应用。
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