【摘 要】
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电接触材料是隔离开关电器系统工作中的关键,而常用作电接触材料的普通镀银层存在质地软、不耐磨、耐蚀性差等缺点,影响了隔离开关电器系统的可靠性和使用寿命。本文采用复合电沉积的方式,将石墨烯作为增强相引入银基体,以期得到性能提升的复合镀层,从而提高隔离开关系统的服役寿命。首先对5,5-二甲基海因(DMH)无氰镀银体系的工艺进行完善,筛选出合适的添加剂及用量。在此基础上,制备出银-石墨烯复合镀层,并对石墨
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电接触材料是隔离开关电器系统工作中的关键,而常用作电接触材料的普通镀银层存在质地软、不耐磨、耐蚀性差等缺点,影响了隔离开关电器系统的可靠性和使用寿命。本文采用复合电沉积的方式,将石墨烯作为增强相引入银基体,以期得到性能提升的复合镀层,从而提高隔离开关系统的服役寿命。首先对5,5-二甲基海因(DMH)无氰镀银体系的工艺进行完善,筛选出合适的添加剂及用量。在此基础上,制备出银-石墨烯复合镀层,并对石墨烯在复合镀液中的电化学行为及镀层的各项性能进行了一系列研究。本文通过极化曲线、循环伏安曲线、结合力及耐蚀性测试等方法,研究了有机添加剂A及含氮杂环化合物B对DMH无氰镀银的影响。极化曲线表明,微量的A可显著降低铜电极在镀液中自腐蚀电流密度,相比于未添加时的Jcorr降低了一个数量级。循环伏安曲线表明,银在玻碳电极表面沉积存在晶核形成的过程,成核过电位为300m V,适量的A和B都对银的成核过程产生了一定的阻碍作用,B增大极化作用更为显著。对镀层结合力及耐蚀性的测试表明,A和B对镀层结合力及耐蚀性都有提升。扫描电镜图(SEM)及宏观形貌图表明,A对镀层表面的微观平整度有一定的改善,B可细化晶粒,提高镀层光亮性。最终在DMH无氰镀液中,引入50mg/L的A和0.4g/L的B可得到表面形貌和耐蚀性都最优的镀层。通过接触角测量和沉降率测试,发现非离子型的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对石墨烯的分散效果最好,且对镀层均匀沉积有积极影响。经PVP分散的石墨烯使银的沉积电位负移了50m V,降低了镀液的扩散极限电流,增大了复合沉积体系的极化度,同时由于石墨烯在电极表面滞留,对物质传输和电荷转移有一定阻碍,以及搅拌对电极表面的冲刷,增加了复合沉积体系的法拉第电阻Rr和双电层电容Cd。扫描电镜图及能谱(EDS)分析表明,石墨烯均匀分布在镀层中,以片层状夹杂在镀银晶粒中。添加1~4g/L的石墨烯会细化晶粒且石墨烯均匀分散在镀层中,继续增加石墨烯的量,会产生团聚的现象。通过对不同石墨烯添加量镀层的方块电阻、维氏硬度、摩擦系数及磨损量的测量与计算,石墨烯的最佳添加量为4g/L,此时相比纯银镀层,导电性提升了50.4%、硬度达到150HV提高了近50%、平均摩擦系数降低了56%、磨损量减少了86%。有机化合物钝化及有机硅酸盐封闭,两种镀后处理方法均有效提高了镀层的耐蚀性。经盐雾试验未出现明显蚀点,相比纯银镀层的自腐蚀电位(147m V)分别正移了约30m V、47m V,且自腐蚀电流密度都较纯银镀层小了一个数量级,Nyquist图中出现了电荷传递过程控制的特征阻抗半圆,表明对腐蚀介质起到了屏蔽作用。银-石墨烯复合镀层的耐蚀性略逊于镀银层。
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