一种风力发电电刷及其制备方法
阅读说明：本技术 一种风力发电电刷及其制备方法 (Wind power generation electric brush and preparation method thereof ) 是由 佟立国 徐明辉 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：一种风力发电电刷及其制备方法。本发明属于电刷及其制备领域。本发明为解决现有风力电刷耐磨性差、使用寿命短的的技术问题。本发明的一种风力发电电刷按质量份数由石墨粉、银粉、氧化铅粉、镍粉、抗磨剂和酚醛树脂制备而成。制备方法：步骤1、压粉；步骤2、压制成型；步骤3、焙烧处理。本发明的电刷原料组成合理,配方科学,制备的风力发电用电刷耐磨性能优、耐高压、使用寿命长、环保、耐磨性能提高30％以上,此外,本发明的电机用电刷的电阻率低、耐磨性好、换向性能好、抗干扰能力强、使用寿命长,可以较好地满足接地电刷的各种要求,应用范围广。(A wind power generation electric brush and a preparation method thereof. The invention belongs to the field of electric brushes and preparation thereof. The invention aims to solve the technical problems of poor wear resistance and short service life of the existing wind power electric brush. The wind power generation electric brush is prepared from graphite powder, silver powder, lead oxide powder, nickel powder, an antiwear agent and phenolic resin in parts by weight. The preparation method comprises the following steps: step 1, pressing powder; step 2, pressing and forming; and step 3, roasting treatment. The electric brush for the wind power generation has reasonable raw material composition and scientific formula, and the prepared electric brush for the wind power generation has excellent wear resistance, high voltage resistance, long service life, environmental protection and the wear resistance is improved by more than 30 percent.)
技术领域
本发明属于电刷及其制备领域，具体涉及一种风力发电电刷及其制备方法。
背景技术
我国风电发展有二十多年的历史，风场选用的设备大部分是国外进口产品，由于国外设备价格和维护成本都较高。因此我国风电行业要加速发展，首先要加快风电机组各种配件本发明化、规模化的步伐，这也是我国风电健康、快速发展的关键，其中风机发电机组上所用的电刷配件是一种高消耗品，消耗数量很大，目前Vestas风机所需碳刷全部依靠进口，由于电刷是由多种粉末混合压制烧结而成，生产周期较长，且由于风力发电机的功率较大，每块电刷的电流密度要求很高，且使用环境要求苛刻，所以在材质的选用上，风力发电电刷均采用高含量银粉作为导电粉末，银粉作为一种贵金属，价格昂贵，所以风力发电电刷的成本一直居高不下，国外的电刷尤是如此，不但价格昂贵，而且存在供货周期长，供货不及时等问题。
电刷的耐磨性能取决于其自身的强度、摩擦系数及氧化膜建立的好坏，一半电刷由于为了降低电阻率，增加银含量，增加银含量必然需要降低石墨含量，石墨作为一种润滑剂在电刷中起到降低摩擦系数，建立氧化膜的作用，同时金属含量的增加会导致使用寿命短、稳定性不好等问题。
发明内容
本发明为解决现有风力电刷耐磨性差、使用寿命短的技术问题，而提供了一种风力发电电刷及其制备方法。
本发明的一种风力发电电刷按质量份数由石墨粉30～40份、银粉55～65份、氧化铅粉2～8份、镍粉5～11份、抗磨剂0.1～0.5份和酚醛树脂20～30份制备而成。
进一步限定，所述风力发电电刷按质量份数由石墨粉34份、银粉65份、氧化铅粉5份、镍粉8份、抗磨剂0.3份和酚醛树脂23份制备而成。
进一步限定，所述抗磨剂为碳化硅。
进一步限定，所述碳化硅的平均粒径为200～300目。
进一步限定，所述银粉的粒度D50＜19μm的细银粉。
进一步限定，所述银粉的粒度D50为13μm～15μm。
进一步限定，所述石墨粉为鳞片石墨粉。
进一步限定，所述鳞片石墨粉的平均粒径为200～300目，碳含量≥99％，灰份≤1％。
本发明的一种风力发电电刷的制备方法按以下步骤进行：
步骤1、压粉：将石墨粉、抗磨剂、镍粉、银粉、氧化铅粉和酚醛树脂于70～90℃下混合2h～4h，得到压粉；
步骤2、压制成型：将步骤1得到的压粉过筛，然后置于3t/cm3～5t/cm3的压力下压制成电刷粗坯；
步骤3、焙烧处理：将步骤2得到的电刷粗坯置于网带炉内，依次在温度为200℃±5℃、260℃±5℃、350℃±5℃、450℃±5℃、600℃±5℃、700℃±5℃、780℃±5℃的条件下分别加热2h～2.5h，得到风力发电电刷。
进一步限定，步骤1中于80℃下混合3h。
进一步限定，步骤2中所述过筛是指过40目筛。
进一步限定，步骤2中置于4t/cm3的压力下压制。
进一步限定，步骤2中所述电刷粗坯的体积密度为3.65g/cm3～3.75g/cm3。
进一步限定，步骤2中所述电刷粗坯的体积密度为3.68g/cm3～3.70g/cm3。
进一步限定，步骤3中依次在温度为200℃、260℃、350℃、450℃、600℃、700℃、780℃的条件下分别加热2.5h。
本发明与现有技术相比具有的显著效果，具体如下：
1)本发明通过采用碳化硅作为抗磨剂可以使得制备的接地电刷具有优良的摩擦性能，摩擦系数较低，抗压强度大，同时通过采用平均粒径为200-300目的碳化硅可以使得获得较好的效果，粒径过小起不到耐磨的作用，粒径过大会对整流子造成磨损，使整流子遭到破坏。本发明中碳化硅主要用于降低与换向器之间的氧化膜厚度和提高电刷的耐磨性。本发明通过采用碳化硅解决了在电刷与换向器之间摩擦氧化膜过厚的问题，获得了提高耐磨性的效果。
2)本发明中氧化铅粉的主要作用是提高润滑性能，氧化铅粉可以和整流子形成良好的点状接触，使整流子与电刷之间形成良好的润滑效果，对整流子形成一种良好的保护作用，避免了电刷对整流子的划伤。
3)本发明中镍粉的作用是与银粉形成合金相。本发明通过采用镍粉解决了耐磨性差问题，获得了提高耐磨性的效果。
4)本发明通过使用细银粉(银粉的粒度D50在19微米以下)代替现有电刷配方中的普通电解银粉(银粉的粒度D50在23-43微米)，可以在不增加银粉含量的前提下，调整电刷的电阻率，获得低电阻率，同时还能够达到耐磨性能好、摩擦系数低、稳定性能好、使用寿命长，此外，本发明通过采用D50在19微米以下的银粉可以使得制备的接地电刷在烧结的时候更容易形成金属网格，使电刷电阻率降低，稳定性好。
5)本发明接地电刷的配方中石墨粉可以采用人工石墨粉也可以采用天然石墨粉。本发明中由于天然石墨具有质量轻、导电、导热、润滑性能妤、机械加工性能优良等特点，因此选用天然石墨的效果要优于人工石墨的效果，天然石墨中尤其是鳞片石墨效果最好，本发明通过采用天然石墨使得接地电刷获得了润滑性能好，摩擦系数低的效果，同时本发明选择的石墨粉的粒度为200～300目，粒径过小会造成电阻变大，导致电刷的导流能力变差，粒径过大会导致电刷润滑能力不足，耐磨性变差，此外，石墨粉的碳含量≥99％，灰份≤1％，可以使得制备的接地电刷摩擦系数降低、润滑性能提高、同时不会划伤换向器。
6)本发明的电刷原料组成合理，配方科学，制备的风力发电用电刷耐磨性能优、耐高压、使用寿命长、环保、耐磨性能提高30％以上。
7)本发明的电机用电刷的电阻率低、耐磨性好、换向性能好、抗干扰能力强、使用寿命长，可以较好地满足接地电刷的各种要求，应用范围广。
具体实施方式
实施例1：本实施例的一种风力发电电刷按质量份数由石墨粉34份、银粉65份、氧化铅粉5份、镍粉8份、抗磨剂0.3份和酚醛树脂23份制备而成；其中石墨粉为鳞片石墨粉，平均粒径为300目，碳含量≥99％，灰份≤1％；所述抗磨剂为碳化硅，碳化硅的平均粒径为300目，所述银粉的粒度D50为15μm。
制备实施例1所述风力发电电刷的方法按以下步骤进行：
步骤1、压粉：将石墨粉、抗磨剂、镍粉、银粉、氧化铅粉和酚醛树脂于80℃下混合3h，得到压粉；
步骤2、压制成型：将步骤1得到的压粉过40目筛，然后置于3t/cm3的压力下压制成体积密度为3.68g/cm3～3.70g/cm3的电刷粗坯；
步骤3、焙烧处理：将步骤2得到的电刷粗坯置于网带炉内，依次在温度为200℃、260℃、350℃、450℃、600℃、700℃、780℃的条件下分别加热2.5h，得到风力发电电刷。
实施例2：本实施例一种风力发电电刷按质量份数由石墨粉40份、银粉59份、氧化铅粉5份、镍粉7份、抗磨剂0.3份和酚醛树脂26份制备而成；其中石墨粉为鳞片石墨粉，平均粒径为300目，碳含量≥99％，灰份≤1％；所述抗磨剂为碳化硅，碳化硅的平均粒径为300目，所述银粉的粒度D50为15μm。
制备实施例2所述风力发电电刷的方法按以下步骤进行：
步骤1、压粉：将石墨粉、抗磨剂、镍粉、银粉、氧化铅粉和酚醛树脂于80℃下混合3h，得到压粉；
步骤2、压制成型：将步骤1得到的压粉过40目筛，然后置于3t/cm3的压力下压制成体积密度为3.68g/cm3～3.70g/cm3的电刷粗坯；
步骤3、焙烧处理：将步骤2得到的电刷粗坯置于网带炉内，依次在温度为200℃、260℃、350℃、450℃、600℃、700℃、780℃的条件下分别加热2.5h，得到风力发电电刷。
实施例3：本实施例一种风力发电电刷按质量份数由石墨粉30份、银粉67份、氧化铅粉5份、镍粉8份、抗磨剂0.3份和酚醛树脂20份制备而成；其中石墨粉为鳞片石墨粉，平均粒径为300目，碳含量≥99％，灰份≤1％；所述抗磨剂为碳化硅，碳化硅的平均粒径为300目，所述银粉的粒度D50为15μm。
制备实施例3所述风力发电电刷的方法按以下步骤进行：
步骤1、压粉：将石墨粉、抗磨剂、镍粉、银粉、氧化铅粉和酚醛树脂于80℃下混合3h，得到压粉；
步骤2、压制成型：将步骤1得到的压粉过40目筛，然后置于4t/cm3的压力下压制成体积密度为3.68g/cm3～3.70g/cm3的电刷粗坯；
步骤3、焙烧处理：将步骤2得到的电刷粗坯置于网带炉内，依次在温度为200℃、260℃、350℃、450℃、600℃、700℃、780℃的条件下分别加热2.5h，得到风力发电电刷。
实施例4：本实施例与实施例3的区别在于：碳化硅的平均粒径为200目。其他步骤与实施例3相同。
实施例5：本实施例与实施例3的区别在于：石墨粉为粒度为200目的天然石墨粉(鳞片石墨粉)，其他步骤与实施例3相同。
实施例6：本实施例与实施例3的区别在于：步骤3)中电刷粗坯的体积密度为3.69g/cm3，其他步骤与实施例3相同。
实施例7：本实施例与实施例3的区别在于：步骤3)中电刷粗坯的体积密度为3.70g/cm3，其他步骤与实施例3相同。
为说明本发明制备的接地电刷的效果，进行了如下实验：
试验一、将实施例1的电刷与进口电刷(摩根的MG1147)与的性能进行了比较，比较结果如表1～2所示。
表1本发明电刷与进口电刷试验数据对比
表2本发明电刷与进口电刷磨损数据对比
由表2可以看出，进口电刷在三个周期(每个周期15天)共45天累计的磨损值均远远超过本发明电刷，进口电刷累计磨损值最大达到了3.55mm，本发明电刷最大仅0.6mm，低于进口电刷的6倍，同时在电刷的稳定性上，本发明电刷的磨损值表现的更为均匀，在风场的实际测试使用过程中，证明了本发明电刷要优于进口电刷。
试验二、为说明镍粉提高电刷耐磨性的效果，进行了如下实验：
实验组：实施例3
对照组：本实验与实施例3的区别在于配方中不含有镍粉，其他与实施例3均相同。
通过考察实验组与对照组制备电刷的三个周期磨耗试验发现：添加镍粉的实验组制备的电刷45天磨耗为0.55mm、而不添加镍粉的对照组制备的电刷电刷45天磨耗为1.20mm，由此可见，添加镍粉可以显著提高电刷的耐磨性。
试验三、为说明细银粉降低电阻率的的效果，进行了如下实验：
实验组：实施例3，细银粉的粒度D50为15μm；
对照组：本实验与实施例3的区别在于：使用普通电解银粉(粒度D50在22-43微米)，其他与实施例3均相同。
考察实验组与对照组制备电刷的电阻率、耐磨性、摩擦系数、稳定性和使用寿命等效果，结果见表3。
表3试验数据对比
电阻率μΩm
肖氏硬度
抗折强度MPa
3个周期(45天)磨耗
实验组
0.2-0.3
16-17
36-40
0.56mm
对照组
0.5-0.6
15-16
31-33
0.97mm
由表3可知：使用细银粉(粒度D50为15微米)代替普通电解银粉(粒度D50在22-43微米以下)，可以在不增加银粉含量的前提下，调整电刷的电阻率，获得低电阻率，同时还能够达到耐磨性能好、摩擦系数低、稳定性能好、使用寿命长。
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