第３ ８卷 第２期 ２ Ｏ ｌ １ 年湖南大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．３８．Ｎｏ．２ ２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） Ｆｅｂ．２ ０ １ ｌ 文章编号：１６７４—２９７４（２Ｏ１１）０２—００６０—０５ 超声流动镀铜法制备铜包石墨粉 余 刚ｉｔ，邹 超 ，胡波年。，黄兴华 ，叶立元 （１．湖南大学化学化工学院，化学生物传感与计量学国家重点实验室，湖南长沙４１００８２； ２．湖南工学院材料与化工系，湖南衡阳４２１００８） 摘 要：通过超声流动电镀法使铜均匀沉积在微米级鳞片石墨上，从而制得铜包石墨 粉．研究了镀铜过程中工艺条件对镀铜效果及铜包石墨粉中铜质量分数的影响．结果表明， 利用该工艺可以制备出铜质量分数为５Ｏ％～７５ 、且铜镀层致密、连续的复合粉体．用该复 合粉备了铜一石墨电刷，其导电和磨损性能明显优于石墨粉与铜粉直接混合制备的 电刷． 关键词：铜包石墨粉；电镀；超声波；流动镀；电刷 中图分类号：０６４６ 文献标识码：Ａ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｕ—ｃｏａｔｅｄ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｐｏｗｄｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｆｌｏｗ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ Ｃｏｐｐｅｒ ＹＵ Ｇａｎｇ”，ＺＯＵ Ｃｈａｏ ，Ｈ Ｕ Ｂｏ—ｎｉａｎ。，Ｈ ＵＡＮＧ Ｘｉｎｇ—ｈｕａ 。ＹＥ Ｌｉ—ｙｕａｎ （ｉ．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｏ／Ｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ Ｃｈｅｍｏｍｅｔｒｉｃｓ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ ４１００８２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｐｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ，Ｈｕｎａｎ ４２１００８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕ—ｃｏａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ｗｅｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆｌｏｗ ｐｌａｔｉｎｇ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏ— ｐｌａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｐｐｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ Ｃｕ—ｃｏａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｕｎｉｆｏｒｍ ａｎｄ ｄｅｎｓｅ Ｃｕ ｃｏａｔｉｎｇ ｗａｓ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄ ｏｎ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ５０ ～ ７５ ｃｏｐｐｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ Ｃｕ—ｃｏａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ．Ｃｕ—ｇｒａｐｈｉｔｅ ｂｒｕｓｈ ｗａｓ ｍａｄｅ ｏｆ Ｃｕ—ｃｏａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ，ｗｈｉｃｈ ｐｏｓｓｅｓｓｅｄ ｌｏｗｅｒ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｍｉｘｉｎｇ ｃｏｐｐｅｒ ａｎｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｕ—ｃｏａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ；ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｆｌｏｗ ｐｌａｔｉｎｇ；ｂｒｕｓｈ 铜一石墨复合材料广泛运用于电机电刷材料、电 触头材料、润滑减磨材料等．常用的制备铜一石墨复 优良的复合材料． 目前，制备铜包石墨粉的方法主要有化学镀铜 法［４ ］、电镀铜法．与化学镀铜工艺相比，电镀具有 沉积速度快、镀液稳定性好、成本低廉等优势．但是 合材料的工艺主要有粉末冶金法［１］和浸渍金属 法［２］．但２种工艺制备的复合材料其质量不稳定，材 料在承受载荷时，容易造成石墨增强体的拔出、剥离 或脱落．研究表明［３］，在石墨粉表面预先镀铜，制得 铜包石墨粉，然后利用粉末冶金技术可以获得性能 利用传统电镀工艺制备铜包石墨粉还存在几个技术 难点尚未解决［６ ］，如石墨粉团聚、阴极表面结块、 电流效率低等问题． 收稿日期：２０１０－－０５－１１ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０６７１０３６）；湖南省自然科学基金资助项目（ｏ６ＪＪ４Ｏ１３） 作者简介：余刚（１９６０一），男，湖南郴州人，湖南大学教授，博士生导师 十通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌ；ｙｕｇａｎｇｈｎｕ＠１６３．ｔｏｍ 第２期 余刚等：超声流动镀铜法制备铜包石墨粉 ６１ 为解决上述问题，本文研究了一种制备金属石 墨复合粉体的超声流动电镀装置及工艺，国内外未 见相关文献报道． １ 实 验 １．１超声流动电镀装置 传统的电镀装置及工艺存在很多缺陷和不足， 因此制备的铜包石墨粉的镀层不连续，且漏镀现象 严重．通过分析各种特种电镀技术原理和方法，自行 设计了超声流动电镀装置，其示意图如图１所示． １一直流电源 ２一溢流口 ３＿阳极 ４一阴极 ５—超声波发生器 ６—换能器 ７—储液槽 ８—磁力泵 ９—流量计 ｌ 度传感器 １１一阀门 图１超声流动电镀装置示意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆｌｏｗ ｐｌａｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ 在电镀过程中利用磁力泵和流量计使镀液以一 定的流速在阴极表面循环流动，改善石墨粉向阴极 的输送过程，延长石墨粉接触阴极的时间，有利于提 高铜在石墨表面的沉积量；启动超声装置对镀液进 行强烈搅拌，以减小电镀液中成分不均匀现象，提高 电流效率，同时控制镀液中粉体的团聚，使吸附在阴 极表面上的粉体脱落，防止在阴极表面形成粉体一铜 复合镀层． １．２铜包石墨粉的制备工艺 １）石墨粉前处理：实验用的石墨粉为上海国药 集团化学试剂有限公司出品的天然鳞片石墨，密度 为１．０ ｇ／ｄｍ。，平均粒径为３５ ｌａｍ．因其比表面积 大，表面凸凹不平等特点，缺乏易于使金属原子结合 和成核生长的条件，因此在加人到镀液前必须进行 严格的镀前预处理，否则易造成镀层不均匀、结合力 差，甚至难于施镀的后果．表１列出了前处理工艺与 操作． ２）电镀液的组成及施镀工艺：电镀液的组成和 操作工艺经实验后确定为如下范围：ＣｕＳＯ ２５ ｇ／ ｄｍ。，ＣＨ３ＣＯＯＨ １０ ｃｍ ／ｄｉｎ。，９８ Ｈ２ＳＯ４ １０ ｃｍ。／ ｄｍ。，次亚磷酸钠０～２Ｏ ｇ／ｄｍ ，十二烷基苯磺酸钠 １０￣２００ ｍｇ／ｄｍ。，石墨粉１５ ｇ／ｄｍ。，阴极电流密度 ３０ Ａ／ｄｉｎ。，超声频率２０ ｋＨｚ，镀液温度６Ｏ℃，镀液 流速６～１８ ｄｍ。／ｒａｉｎ． 表１石墨粉前处理流程及工艺 Ｔａｂ．１ Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ 处理步骤 实验条件与工艺 除油 将石墨粉放人马弗炉中４００℃下灼烧３０ ｒａｉｎ 粗化 在６５％浓中超声浸泡２０ ｍｉｎ 清洗 用蒸馏水清洗至中性 ３）铜包石墨粉的后处理：电镀结束后，将产品加 入钝化液中，在５Ｏ℃水浴中钝化５ ｒａｉｎ．用蒸馏水 冲洗至中性，然后用５ 的Ｎａ：ＥＤＴＡ稀释液浸泡 １５ ｍｉｎ，洗净镀层中微小间隙所含的镀液．为了防止 复合粉体在烘干时氧化变色，采用乙醇浸泡粉末，清 洗分离后，在常温下阴干，最后包装． １．３铜包石墨粉的性能检测方法 １．３．１铜含量测定方法－７ 将坩锅加热到９００℃保温ｌ ｈ，然后进行恒重检 查，直到两次误差小于０．００１ ｇ，质量为７７／＂．然后将一 定量的镀铜石墨粉放入坩锅，质量为７７ｌ ．在氧化气 氛下加热到９００℃，保温２．５ ｈ后取出．在空气中冷 却１５ ｍｉｎ，放入干燥器中，冷却至室温后称量，其值 为 。．由此可以得出产品中的铜质量分数为： ｗ＝Ｏ．８（ ２一 ／ ｌ— ）×１００ ． （１） １．３．２铜包石墨粉的形貌与成分分析 利用ＪＳＭ一６４９０扫描电镜对铜包石墨粉进行表 面微观形貌观察，利用附带能谱仪（ＥＤＸ）进行元素 分析，观测镀层的漏镀率和分布． ２结果和讨论 ２．１表面活性剂的影响 在电镀液中分别添加了３种不同的表面活性 剂，见表２． 从表２可看出，使用十二烷基苯磺酸钠活化处 理的石墨粉镀覆效果最好． 在镀液中分别加入十二烷基苯磺酸钠１０ ｍｇ／ ｄｍ。，５０ ｍｇ／ｄｍ。，１００ ｒａｇ／ｄｉｎ３，２００ ｍｇ／ｄｍ。，研究 了十二烷基苯磺酸钠质量浓度对石墨粉镀铜效果的 影响，结果见表３． ６２ 湖南大学学报（自然科学版） 表２不同表面活性剂对石墨粉镀覆效果的影响 Ｔａｂ．２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ ｏｎ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ 表３十二烷基苯磺酸钠的质量浓度对镀覆效果的影响 Ｔａｂ．３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃｌ８ Ｈｚ９ Ｓ０３ Ｎａ ｃ０ｎｃｅｎｔｒａｔｉＯｎ ｏｎ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ ＣｌｓＨａ９Ｓ０３Ｎａ质量浓度 液面漂浮 石墨粉漏 ／（ｍｇ・ｄｍ一３） 石墨粉质量分数／ 镀率／ 由表３可见，表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的 质量浓度应控制在１００ ｒａｇ／ｄｉｎ。，石墨粉才具有被 铜良好镀覆的性能． ２．２次亚磷酸钠的影响 次亚磷酸钠的加入能改善复合粉体表面的覆盖 程度．在１．２第２）部分所述的镀液中研究不同次亚 磷酸钠质量浓度对石墨表面铜镀层的影响，如图２ 所示． 一一 （ｂ）５ ｇ／ｄｉｎ３ 一一 （ｄ）２０ ｇ／￣ｎ３ 图２不同次亚磷酸钠浓度的镀液施镀 获得的铜包石墨粉ＳＥＭ照片 Ｆｉｇ．２ ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ Ｃｕ－ｃｏａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｂａｔｈ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ＮａＨ２ Ｐ０２ 从图２中可以看出，在电镀液中添加次亚磷酸 钠后，石墨粉表面铜镀层的形貌明显变好，并随着浓 度的提高，石墨表面的铜镀层更加致密．但次亚磷酸 钠质量浓度超过１０ ｇ／ｄｍ。时，镀层完整度和均匀性 都有所下降，而且镀液中出现许多非镀覆铜粒子，造 成主盐的消耗．这是由于过大的还原剂浓度使反应 速率加快，降低了镀液的稳定性，铜离子还原时未能 沉积在石墨粉表面，造成镀覆状况不佳．故次亚磷酸 钠浓度应控制在１０ ｇ／ｄｍ。． 为了研究次亚磷酸钠在镀液中的作用机理，采 用动电势法测定了加入不同次亚磷酸钠的镀液在石 墨电极表面的阴极极化曲线，如图３所示．测定极化 曲线的基础溶液组成及操作条件为：ＣｕＳＯ ２５ ｇ／ ｄｍ。，ＣＨ３ＣＯＯＨ １０ Ｃ１ＴＩ。／ｄｉｎ。，９８ ９／６ Ｈ２ＳＯ４ １０ ｃｍ。／ ｄｍ。，十二烷基苯磺酸钠１００ ｍｇ／ｄｍ。，工作电极为 石墨电极，参比和辅助电极都为铜电极，镀液温度 ６０℃． 吕ｌ Ｓ－ ＼ 媛 辎 极化电势／ｖ（ｖｓ．Ｃｕ） １～基础溶液；２一基础溶液＋５ ｇ／ｄｍ。次亚磷酸钠｝ ３一基础溶液＋１０ ｇ／ｄｉｎ。次亚磷酸钠， ４一基础溶液＋１５ ｇ／ｄｍ。次亚磷酸钠； ５一基础溶液＋２０ ｇ／ｄｉｎ 次亚磷酸钠 图３不同次亚磷酸钠质量浓度下镀液的阴极极化曲线 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｃａｔｈｏｄｉｃ ｃｕｒｖｅｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｂａｔｈ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ＮａＨ。Ｐ０２・Ｈ２ ０ 由图３可以看出，次亚磷酸钠的质量浓度变化 对石墨表面电沉积铜的阴极极化曲线影响开始很 大，但随着次亚磷酸钠的质量浓度不断增大，它对阴 极极化影响越来越小．为了更清楚地说明次亚磷酸 钠质量浓度对析出电势的影响，由图３的曲线求出 对应不同次亚磷酸钠质量浓度下镀液中铜的析出电 势，作出铜的析出电势与次亚磷酸钠质量浓度关系 如图４所示． 从图４可以看出，在镀液中加人次亚磷酸钠可 以降低铜在石墨表面的析出电势，且随着次亚磷酸 钠质量浓度的升高，析出电势正移．当镀液中次亚磷 酸钠的质量浓度提高到１０ ｇ／ｄｍ。时，析出电势正移 的幅度最大．此后随着质量浓度的升高，析出电势正 移的幅度也逐渐变小． 因此，在镀液中加人次亚磷酸钠能够起到去极 化的作用，从而减少Ｃｕ。 在石墨表面的沉积阻力． 从次亚磷酸钠的还原机理可知［９］，由于铜镀层对铜 第２期 余 刚等：超声流动镀铜法制备铜包石墨粉 ６３ 离子的还原没有催化活性，次亚磷酸钠仅会使铜离 子还原在石墨颗粒表面，以形成新的铜晶核，而不会 使铜离子在铜镀层表面还原．这些在石墨表面不断 形成的铜晶核更容易在电镀过程中促使铜在铜晶核 上电沉积生长，直到使铜镀层变得致密．因此，次亚 磷酸钠在电镀过程中能促使铜离子还原在石墨粉表 面形成很多的金属铜晶核，为电镀铜在原晶核上快 速生长提供有利条件，降低电沉积铜的析出阻力，进 一步提高石墨颗粒的导电性，对石墨粉表面铜镀层 的致密性起着非常重要的作用． 兮 Ｕ 之 寐 丑 塔 质量浓度／（ｇ・ｄｍＩ３） 图４不同次亚磷酸钠质量浓度下镀液的析出电势 Ｆｉｇ．４ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＮａＨ２ ＰＯ２・Ｈ２ Ｏ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｂａｔｈ ｏｎ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ２．３超声波在电镀过程中的影响 超声波的振动和产生的射流作用在阴极表面 上，会使吸附在其表面上的石墨粉脱落，分散在镀液 中；同时由于超声有很大的能量，其在溶液中传播 时，产生强烈的冲击力，能够有效、快速地减少粒子 的团聚，对粒子的团聚起到很好的控制作用［１。。． 图５和图６所示是不同电流密度和温度下施加 超声波后的石墨粉表面镀铜的电流效率．从图中可 以看出，通过在电镀过程中施加超声波后，电流效率 提高了近３Ｏ ． ＼ 瓣 鞍 唧 阴极电流密度／（Ａ・ｄｍ一。） Ａ一施加超声波｝Ｂ一无超声波 图５不同电流密度下超声后的电流效率 Ｆｉｇ．５ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｅｉｅｓ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ 由于超声波的空化作用，在液体与固体界面处 产生了高速的微射流和冲击波，通过超声空化射流 形成了对溶液的强烈搅拌作用，强化了电解液的宏 观流动，减小了电极表面的扩散层厚度，强化了 Ｃｕ 向电极表面的传递，从而提高了Ｃｕ 在石墨 表面沉积过程的电流效率． ＼ ｛ｊ｛Ｌ 获 爆 温度／℃ Ａ一施加超声波；Ｂ一无超声波 图６不同温度下超声后的电流效率 Ｆｉｇ．６ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ２．４镀液流速的影响 石墨粉在镀液中的均匀分散以及向阴极表面的 输送，都会受镀液运动的影响．在其他镀铜工艺条件 不变时，仅改变镀液流速，制得的铜包石墨粉中铜质 量分数如图７所示．适当的镀液流动可以降低电镀 液的浓差极化，加速传质扩散过程，提高电流密度， 有利于提高石墨粉表面的成核率，使镀层结晶的晶 粒细化、致密化．从图７可知，１２ ｄｍ。／ｍｉｎ流速下， 可以获得铜质量分数最高的铜包石墨粉，随后铜质 量分数逐渐降低． ＼ 糕 咖｛ 蜷 名 骣 图７镀液流速对铜包石墨粉铜质量分数的影响 Ｆｉｇ．７ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｎ ｃｏｐｐｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ Ｃｕ－ｃｏａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ 镀液流速的加快，提高了石墨粉和阴极之间的碰 撞频率，增加了石墨粉在阴极表面的有效浓度，有利于 铜在石墨表面的均匀、快速沉积．但是，流速过快，石墨 粉随镀液一起运动的速度也很快，导致铜在石墨表面 的有效沉积时间大大缩短，从而降低了复合粉体的铜 质量分数．因此，镀液在镀槽中的循环流动，对石墨粉 镀铜过程产生双重作用，而这两方面的主导作用将决 定流速对复合粉体铜质量分数的影响． ６４ 湖南大学学报（自然科学版） ２．５铜包石墨粉制作的电刷性能 图８和图９为最佳工艺条件下制备的铜包石墨 复合粉体的ＳＥＭ照片和ＥＤＸ能谱图．由图８可 见，石墨粉表面完全被铜镀层所覆盖，没有漏镀点． 由图９可知，整个镀铜层均为结晶铜，不含其他杂质 元素，因此对复合粉体的导电性能没有影响． 图８铜包石墨粉的ＳＥＭ照片 Ｆｉｇ．８ ＳＥＭ ｉｍａｇｅ ｏｆ Ｃｕ－ｃｏａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ １９．１ １５．３ １１．５ 骥 鹫７．７ ３．８ ０ ２．００ ４．００ ６．００ ８．００ １０．００ 能量／ｋｅＶ 图９铜包石墨粉的ＥＤＸ光谱图 Ｆｉｇ．９ ＥＤＸ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ Ｃｕ—ｃｏａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ 分别以铜包石墨粉和铜粉＋石墨粉为原料，制备 了铜一石墨电刷．在铜质量分数均为６０ 的情况下，铜 包石墨电刷的电阻率仅为０．１２ Ｑ・Ｉｎ，磨损质量分数 为０．２ （３５ ｈ）；而铜一石墨机械混合制备的电刷其电阻 率高达０．４５ Ｑ・ｍ，磨损质量分数为０．４ （３５ ｈ）．这 是因为在铜包石墨复合材料中，石墨被包裹在铜层之 中，不宜脱落，能充分发挥其减摩润滑功能，因此磨损 量相应地减少，且铜相形成了三维网状结构，使电流拥 有良好的通道，从而拥有良好的导电性能；而铜一石墨 机械混合烧结的复合材料中石墨与铜浸润性差，其结 合属于机械啮合，在滑动时易脱落，削弱了石墨的润滑 功能，因此磨损量较大，且许多铜粒子被孤立，降低其 导电性能．因此铜包石墨复合电刷拥有更低的电阻率 和更好的耐磨损性能． ３ 结 论 １）次亚磷酸钠加入到电镀液中，能够减小电沉 积的极化阻力，提高石墨表面的成核密度．运用超声 流动电镀法可以制备镀层致密、色泽光亮、分散性好 的铜包石墨粉． ２）２０ ｋＨｚ超声波能使石墨颗粒均匀地分散在 镀液中，有效防止了铜包石墨粉与铜在阴极表面共 沉积所引起的结块现象，同时超声空化射流形成了 对溶液的强烈搅拌作用，降低浓差极化，加快了镀铜 速率，提高了电流效率． ３）用铜包石墨粉制备的电刷产品，其电阻率低、 耐磨性能好． 参考文献 Ｅｌｉ Ｋ０ｖＡｅＩＫ Ｊ，ＥＭＭＥＲ§，ＢＩＥＬＥＫ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏｍｐｏ— ｓｉｔｉｏｎ ｏｎ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｃｕ—ｇｒａｐｈｉｔｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］． Ｗｅａｒ，２００８，２６５（３／４）：４１７—４２１． ［２］ＳＣＨＷＡＲＺＫＯＰＦ Ｐ．Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｄｅｒ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｉｎｆｉｌ— ｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｚ Ａｎｏｒｇ Ｃｈｅｍ，１９５０，２６２：２１８－－２２２． ［３］ＭＯＵＳＴＡＦＡ Ｓ Ｆ，ＥＬ—ＢＡＤＲＹ Ｓ Ａ，ＳＡＮＡＤ Ａ Ｍ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｗｉｔｈ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｏｐｐｅｒ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｎ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｂｅ— ｈａｖｉｏｕｒ ａｎｄ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ－ｇｒａｐｈｉｔｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］．Ｐｏｗｄｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，１９９７，４０（３）：２０１—２０６． ［４］ＨＵ Ｚ Ｌ，ＣＨＥＮ Ｚ Ｈ，ＸＩＡ Ｊ Ｔ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｒｕｓｈｅｓ ｍａｄｅ ｗｉｔｈ Ｃｕ—ｃｏａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｎｄ ｗｉｔｈ ｃｏｐｐｅｒ ｐｏｗｄｅｒｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔ Ｓｏｃ Ｃｈｉｎａ，２００７，１７： ８１０６０一ｓｌ０６４． ［５３沈丽霞．石墨粉化学沉铜工艺研究［Ｊ］．电镀与精饰，２００８，３Ｏ （４）：８—１０． ＳＨＥＮ Ｌｉ—ｘｉａ．Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｃｏｐｐｅｒ ｐｌａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｇｒａｐｈ— ｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒ［Ｊ３．Ｐｌａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ，２００８，３０（４）：８～１０．（Ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［６３ ＰＥＳＴＯＶ Ｋ Ｖ，ＢＯＧＤＡＳＨＥＶ Ｖ Ｆ．Ｃｏｐｐｅｒ ｐｌａｔｉｎｇ ｐｏｗｄｅｒ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｉｎ ｆｌ ｓｕｌｆａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ［Ｊ］．Ｐｏｗｄｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｍｅｔａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ．１９９１，３０（７）：６Ｏ４—６０６． ［７］李闯，夏金童，商玲玲，等．电镀法石墨粉镀铜工艺及铜含量 的测定［Ｊ］．机械工程材料，２００７，３１（５）：２７－－２９． ＬＩ Ｃｈｕａｎｇ。ＸＩＡ Ｊｉｎ—ｔｏｎｇ，ＳＨＡＮＧ Ｌｉｎｇ－ｌｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｃｏｐｐｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ ｏｎ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｍｅａｓ— ｕｒｅｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，３１ （５）：２７—２９．（Ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［８］ＰＡＶＬＥＮＫＯ Ｖ Ｉ，ＹＡＳ Ｄ Ｓ Ｔｈｅ ｃｏｐｐｅｒ ｐｌａｔｉｎｇ ｏｆ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐｏｗ— ｄｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ－ｇｒａｐｈｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｄｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｍｅｔａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ，１９７６，１５（２）：８９～９２． ［９］姜晓霞，沈伟．化学镀理论及实践［Ｍ］．北京：国防工业出版 社，２０００：３１４—３１９． ＪＩＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｘｉａ，ＳＨＥＮ Ｗｅｉ．Ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｐｌａｔｉｎｇ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｅｆｅｎｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｅｓｓ，２０００：３１４—３１９．（Ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１０３ ＪＥＮＳＥＮ Ｊ Ａ Ｄ，Ｐ０ｃｗＩＡＲＤ０ｗｓＫＩ Ｐ，ＰＥＲＳＳＯＮ Ｐ ０ Ａ，ｅｔ ａ１． Ａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｔｒｅａｍｉｎｇ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｅ１ｅｃｔｒ０ｄｅｐｏｓｉｔｉ０ｎ ｏｆ ｎｉｃｋｅｌ ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００３，３６８（５／６）；７３２—７３７．
