CN102059339A - 一种铜基受电弓滑板材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铜基受电弓滑板材料的制备方法，属于铜石墨自润滑复合材料制备技术领域。本发明以弥散强化铜粉为基体，以镀铜石墨为减磨材料，以锡、铅金属粉体为添加剂，将以上粉体在混料机上混合均匀后，再经热压烧结即可受电弓滑板材料。本发明采用弥散强化铜粉代替传统的纯铜粉为基体，具有更加优异的性能。由于弥散强化铜本身优异的高温强度、硬度和耐磨性、抗熔焊性能，采用弥散强化铜为基体制备出的滑板材料具有更加优异的耐磨性、抗熔焊性和耐电蚀性。同时制备工艺简单，工艺过程容易控制，并且无污染，适于进行大批量生产。

Description

一种铜基受电弓滑板材料的制备方法

 

技术领域

本发明属于铜石墨自润滑复合材料制备技术领域，该复合材料可用于制备电力机车受电弓滑板，属于一种交通运输车辆使用的配件。

 

背景技术

随着我国高速铁路的快速发展，作为高速列车最重要的集电元件，受电弓滑板的用量越来越大。目前已知的受电弓滑板有以下几种：

1、              纯金属材料滑板

该类滑板采用钢、铜等材料加工制成，是我国20世纪60年代电力机车使用的受电弓滑板产品。该类滑板机械强度高，取材方便，使用寿命长，成本低。但是，由于滑板和导线材质相近，与接触网导线亲和力强，加之无自润滑性能，所以对接触网导线磨耗十分严重，已经限制使用。

2、              粉末冶金滑板

粉末冶金滑板分为铜基和铁基两类。粉末冶金滑板以金属铁、铜粉末为基本成分，添加一些润滑成分，如碳、铅和二硫化钼等，通过机械混合，使各种成分均匀化，最后压制烧结成型。粉末冶金滑板机械强度高，抗冲击性能好，有较好的导电性、耐电弧性，耐磨性和减磨性好，有一定的自润滑性能，使用寿命较长。但是，粉末冶金滑板对导线的磨耗仍然比较严重，在一些地方被限制使用。

3、              纯碳材料滑板

碳材料滑板本身就是很好的润滑剂，自润滑性能和减磨性能好，对接触网导线磨损少，且耐高温，不易和接触网导线发生焊附现象。碳滑板在与铜接触网导线摩擦时可以在导线上形成一层碳膜，大大改善了导线的磨耗状况。但是碳滑板机械强度低，耐冲击性差，运行中遇到导线硬点容易造成滑板折断和破裂，使用寿命低。特别是在雨季和潮湿地区，易局部拉沟，常出现弓网事故。另外，碳滑板固有电阻大，集电容量小，接触温度高，有可能引起导线过热氧化，烧成连续麻坑，加速导线磨损。碳滑板粉末还会污染机车绝缘子和接触网绝缘子，造成绝缘子发生放电现象，引起击穿。

4、              浸金属碳滑板

浸金属碳滑板既具有粉末冶金滑板机械强度高、电阻率小的特点，又具有碳材料滑板对导线磨耗小、在摩擦表面易形成润滑膜和熄弧性能强的优良性能。该滑板是铜导线区段较为理想的受电弓滑板。但是这类滑板抗冲击性能差，在使用过程中易出现掉块现象。

为了解决上述受电弓滑板在使用方面的不足，相继出现了以下改进方法。

公开号为CN1793408A的发明专利公开了一种电力机车受电弓滑板材料及制备方法。该滑板以铜粉为基体，以镀铜碳材料粉体、镀铜碳纤维为改性组分，以铁、铬、铅、镧的混合粉体为添加剂，将所有组分混合均匀并模压成型，再经烧结即可得滑板材料。该材料具有优良的导电性能，抗冲击性能和耐磨性，但是该材料仍然属于传统的铜基粉末冶金材料，仍然具有铜基材料对铜导线磨损严重的缺点。

公开号为CN1178745A的发明专利申请公开了一种电力机车用碳-碳复合材料受电弓滑板。该滑板以镀铜碳粉末为基体材料，采用短碳纤维作为增强剂，并用热固性树脂作为粘结剂，采用湿态混合或干态混合的方法，将原料充分混合，然后进行冷压和热压成型。该滑板具有优异的摩擦磨损性能，但是冲击韧性差，电阻率高。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种提高滑板润滑性和耐磨性，加强滑板材料强度的一种新型铜基受电弓滑板材料的制备方法。

该受电弓滑板在铜基粉末冶金材料基础上，使用弥散强化铜为基体，添加大量的镀铜石墨润滑剂，添加微量元素，采用热压致密化成型技术，制备高性能滑板材料。

该滑板材料的制备过程为：将弥散强化铜粉、镀铜石墨粉和添加剂锡、铅按照一定比例混合，做为润滑材料的镀铜石墨含量为20-30 wt %，其中镀铜石墨的粒度为100-150μm，铜含量为40-60 wt %，添加剂锡的含量为4-6wt%，添加剂铅的含量为2-4 wt %，弥散强化铜为余量，混料时间为5-10小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为850-950℃，压力为30-50MPa下进行热压，保压时间为30-50min，即可得到性能良好的电力机车受电弓滑板材料。

本发明制备出的受电弓滑板材料具有电阻率低，抗冲击性能好，摩擦系数小，对导线的磨耗小的优点，兼有传统的铜基滑板材料的强度高电阻率低和浸金属碳滑板的润滑性能好保护导线这两者的优点，同时制备工艺简单，工艺过程易于控制，并且无污染，适于大批量生产。

该新型滑板材料的优点有以下几点：1、显著提高滑板材料的强度和耐磨性。采用弥散强化铜为基体，滑板材料的强度和冲击性能要明显优于纯碳滑板和浸金属碳滑板；同时由于弥散强化铜的耐磨性，滑板材料的耐磨性能也大大提高。2、保护导线。首先，由于弥散强化铜基体骨架强度的保证，可以大量加入润滑组元，改善材料的润滑性能；其次，耐拉弧，减少对导线的拉弧熔损。再次，弥散强化铜的抗熔焊性能减少了对铜导线的粘着磨损；同时材料中不含有大颗粒硬质相，减少了对导线的划伤和磨损。3、导电性能要明显优于纯碳滑板和浸金属碳滑板。材料中主要成分为弥散强化铜，其导电性能优异。

具体实施方式

实施例1 

将弥散强化铜粉、镀铜石墨粉和添加剂锡、铅按照一定比例混合，做为润滑材料的镀铜石墨含量为20wt%，其中镀铜石墨的粒度为100μm，铜含量为60 wt %，添加剂锡的含量为4wt%，添加剂铅的含量为2 wt %，弥散强化铜为余量，混料时间为5小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为850℃，压力为30MPa下进行热压，保压时间为30min，即可得到性能良好的电力机车受电弓滑板材料；

实施例2 

将弥散强化铜粉、镀铜石墨粉和添加剂锡、铅按照一定比例混合，做为润滑材料的镀铜石墨含量为25wt%，其中镀铜石墨的粒度为125μm，铜含量为50wt%，添加剂锡的含量为5wt%，添加剂铅的含量为3wt %，弥散强化铜为余量，混料时间为8小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为900℃，压力为40MPa下进行热压，保压时间为40min，即可得到性能良好的电力机车受电弓滑板材料；

实施例3 

将弥散强化铜粉、镀铜石墨粉和添加剂锡、铅按照一定比例混合，做为润滑材料的镀铜石墨含量为30wt %，其中镀铜石墨的粒度为150μm，铜含量为40wt%，添加剂锡的含量为6wt%，添加剂铅的含量为4 wt %，弥散强化铜为余量，混料时间为10小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为950℃，压力为50MPa下进行热压，保压时间为50min，即可得到性能良好的电力机车受电弓滑板材料。

Claims (2)

1.一种铜基受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于：原料包括：镀铜石墨、锡、铅和弥散强化铜，各原料占原料总重量百分含量为：镀铜石墨含量为20-30%、锡的含量为4-6%、铅的含量为2-4%以及余量为基体弥散强化铜；

将原料混合均匀，混料时间为5-10小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为850-950℃，压力为30-50MPa下进行热压，保压时间为30-50min，得到铜基受电弓滑板材料。

2.如权利要求1所述的铜基受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于：所述的镀铜石墨的粒度为100-150μm，在镀铜石墨中铜含量为镀铜石墨重量的40-60 %。