CN106756215B - 一种高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金，该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 6.0%‑12.0%、Ni 1.0%‑5.0%、Fe 0‑4.0%、P 0‑1.0%、Zn 0‑1.0%、Pb 0‑4.0%，其余材料为Cu。相对于现有技术，本发明提供的经过热处理后的铜合金，为亚稳态单相组织、面心立方结构，具有较低的硬度与高的韧性。在微电弧或高速摩擦作用下，单相组织均产生分解，形成含有沉淀相强化相的复相组织，硬度会大幅度提高、材料耐磨性增加、耐电弧损伤能力提高；若局部表面受到损伤，产生的凹痕，不会像常见合金一样因微电弧作用进一步加深，而会在后续的机械磨损和电蚀磨损中形成自修复能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜合金，具体涉及一种高铁接地装置摩擦盘用自修复导电耐磨铜合金及其制备方法。
背景技术
含锡铜合金因其导电性能、机械性能、灭弧能力优良，一直是高铁接地装置摩擦盘的最佳材料选择。随着我国高铁事业的快速发展，动车组的运行贯穿中国境内各地，东至上海、西至乌鲁木齐、南至三亚、北至哈尔滨，运行环境从海拔几米到几千米不等，空气湿度、温度各地差异也很大。从欧洲、日本等国家原装进口的动车组用接地装置缺乏中国差异较大环境条件下的考验及与之相关的使用经验，在国内应用时出现了批量性故障。
摩擦盘的异常磨耗现象是一类比较常见的问题。由于国外进口的摩擦盘所用铜合金难以适应中国复杂的运行环境条件，摩擦盘在装车运行后会出现磨耗不规律且磨损率较大等现象，受到冲击时产生的凹痕会由于电蚀作用而越来越深，往往会导致摩擦盘在没有达到规定里程的情况下便无法继续正常工作，即使更换新摩擦盘也很难确定时间。这样不仅会增加投入成本，而且也会产生极大的安全隐患，甚至会造成严重的动车事故。这就迫切需要一种更加耐磨、具有更长使用寿命、安全系数更高的材料来代替现有材料。
发明内容
本发明的目的就在于为了克服国外摩擦盘所用铜合金在中国使用期限短、安全隐患高的缺陷，提供一种具有自行修复功能的长寿命、适用于高铁接地装置摩擦盘的导电耐磨铜合金，同时提供制备该铜合金的方法。
本发明的目的是通过下述方式实现的：
一种高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金，该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 6.0%-12.0%、Ni 1.0%-5.0%、Fe 0-4.0%、P 0-1.0%、Zn 0-1.0%、Pb 0-4.0%，其余材料为Cu。
该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 8.0%-10.0%、Ni 1.0%-1.5%、Fe 0-0.5%、P 0-0.6%、Zn 0.6%-1.0%、Pb 0.5%-2.0%，其余材料为Cu。
采用上述原料浇铸成型，所得铸件在450℃-650℃温度下进行热处理，时间为1-4h，直接出炉水冷。
所述出炉水冷后制成的铜合金为亚稳态单相组织、面心立方结构。
热处理后的铜合金在微电弧或高速摩擦作用下，形成含有沉淀相强化相的复相组织，若局部表面受到损伤，产生的凹痕，在后续的机械磨损和电蚀磨损中形成自修复能力。
相对于现有技术，本发明提供的经过热处理后的铜合金，为亚稳态单相组织、面心立方结构，具有较低的硬度与高的韧性。在微电弧或高速摩擦作用下，单相组织均产生分解，形成含有沉淀相强化相的复相组织，硬度会大幅度提高、材料耐磨性增加、耐电弧损伤能力提高；若局部表面受到损伤，产生的凹痕，不会像常见合金一样因微电弧作用进一步加深，而会在后续的机械磨损和电蚀磨损中形成自修复能力。相比于国外进口摩擦盘所使用的铜合金使用寿命更长、安全系数更高。
具体实施方式
实施例1
一种高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金，该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 6.0%-12.0%、Ni 1.0%-5.0%、Fe 0-4.0%、P 0-1.0%、Zn 0-1.0%、Pb 0-4.0%，其余材料为Cu。优选的：该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 8.0%-10.0%、Ni 1.0%-1.5%、Fe 0-0.5%、P 0-0.6%、Zn 0.6%-1.0%、Pb 0.5%-2.0%，其余材料为Cu。
如上所述的高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼：将制备铜合金的各种原料放入炉内进行加热熔炼；
（2）浇铸成型：将步骤（1）中处于熔融状态的熔炼液体浇铸到铸模中，得到铸件；
（3）热处理：将步骤（2）中得到的铸件在450℃-650℃温度下进行热处理，时间为1-4h，然后直接出炉水冷，确保为亚稳态单相组织、面心立方结构。
本发明提供的铜合金，在微电弧或高速摩擦作用下，亚稳态单相组织均产生分解，形成含有沉淀相强化相的复相组织，硬度会大幅度提高、材料耐磨性增加、耐电弧损伤能力提高；若局部表面受到损伤，产生的凹痕，不会像常见合金一样因微电弧作用进一步加深，而会在后续的机械磨损和电蚀磨损中形成自修复能力。
由该铜合金制备的高铁接地装置摩擦盘，在装车运行后进行30万公里运用考核时发现，工作状态良好，表面无异常损伤且磨痕均匀，平均磨耗不到0.1mm，性能表现非常出色。
实施例2
一种高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金，该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 9.0%、Ni 3%、Fe 1%、P 0.5%、Zn 0.5%、Pb 2%，其余材料为Cu。
如上所述的高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼：将制备铜合金的各种原料放入炉内进行加热熔炼；
（2）浇铸成型：将步骤（1）中处于熔融状态的熔炼液体浇铸到铸模中，得到铸件；
（3）热处理：将步骤（2）中得到的铸件在550℃温度下进行热处理，时间为3h，然后直接出炉水冷，确保为亚稳态单相组织、面心立方结构。
由该铜合金制备的高铁接地装置摩擦盘，在装车运行后进行30万公里运用考核时发现，工作状态良好，表面无异常损伤且磨痕均匀，平均磨耗不到0.1mm，性能表现非常出色。
实施例3
一种高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金，该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 9.0%、Ni 1.0%、Fe 0%、P 0%、Zn 0.7%、Pb 0%，其余材料为Cu（89.3%）。
如上所述的高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼：将制备铜合金的各种原料放入炉内进行加热熔炼；
（2）浇铸成型：将步骤（1）中处于熔融状态的熔炼液体浇铸到铸模中，得到铸件；
（3）热处理：将步骤（2）中得到的铸件在600℃温度下进行热处理，时间为4h，然后直接出炉水冷，确保为亚稳态单相组织、面心立方结构。
实施例4
一种高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金，该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 6.5%、Ni 3.5%、Fe 0%、P 0.4%、Zn 0.6%、Pb 1.5%，其余材料为Cu（87.5%）。
如上所述的高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼：将制备铜合金的各种原料放入炉内进行加热熔炼；
（2）浇铸成型：将步骤（1）中处于熔融状态的熔炼液体浇铸到铸模中，得到铸件；
（3）热处理：将步骤（2）中得到的铸件在500℃温度下进行热处理，时间为4h，然后直接出炉水冷，确保为亚稳态单相组织、面心立方结构。
实施例5
一种高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金，该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 12%、Ni 1.5%、Fe 0.5%、P 0.1%、Zn 0.2%、Pb 1.0%，其余材料为Cu（84.7%）。
如上所述的高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼：将制备铜合金的各种原料放入炉内进行加热熔炼；
（2）浇铸成型：将步骤（1）中处于熔融状态的熔炼液体浇铸到铸模中，得到铸件；
（3）热处理：将步骤（2）中得到的铸件在450℃温度下进行热处理，时间为2h，然后直接出炉水冷，确保为亚稳态单相组织、面心立方结构。
实施例6
一种高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金，该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 10.5%、Ni 5%、Fe 3%、P 0.6%、Zn 0%、Pb 0%，其余材料为Cu（80.9%）。
如上所述的高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼：将制备铜合金的各种原料放入炉内进行加热熔炼；
（2）浇铸成型：将步骤（1）中处于熔融状态的熔炼液体浇铸到铸模中，得到铸件；
（3）热处理：将步骤（2）中得到的铸件在600℃温度下进行热处理，时间为1h，然后直接出炉水冷，确保为亚稳态单相组织、面心立方结构。
实施例7
一种高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金，该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 10.0%、Ni 2.0%、Fe 1.0%、P 0.2%、Zn 0.9%、Pb 1.5%，其余材料为Cu（84.4%）。
如上所述的高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼：将制备铜合金的各种原料放入炉内进行加热熔炼；
（2）浇铸成型：将步骤（1）中处于熔融状态的熔炼液体浇铸到铸模中，得到铸件；
（3）热处理：将步骤（2）中得到的铸件在5500℃温度下进行热处理，时间为2.5h，然后直接出炉水冷，确保为亚稳态单相组织、面心立方结构。
本发明实施例8-25中铜合金原料配方见表1-2，其他同实施例2。
表1
表2
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，本发明主要原理在于，经过热处理后的铜合金在微电弧或高速摩擦作用下耐磨性增加且具有自修复功能。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金，其特征在于：该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 6.0%-12.0%、Ni 1.0%-5.0%、Fe 0-4.0%、P 0.1%-1.0%、Zn 0.2%-1.0%、Pb 0-4.0%，其余材料为Cu；
上述的高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金的制备方法，采用上述原料浇铸成型，所得铸件在450℃-500℃温度下进行热处理，时间为1-4h，然后直接出炉水冷；
所述出炉水冷后制成的铜合金为亚稳态单相组织、面心立方结构；
热处理后的铜合金在微电弧或高速摩擦作用下，单相组织均产生分解，形成含有沉淀相强化相的复相组织，若局部表面受到损伤，产生的凹痕，在后续的机械磨损和电蚀磨损中形成自修复能力。
2.如权利要求1所述的高铁接地装置用自修复导电耐磨铜合金，其特征在于：该铜合金由以下质量百分比的元素组成：Sn 8.0%-10.0%、Ni 1.0%-1.5%、Fe 0-0.5%、P 0-0.6%、Zn0.6%-1.0%、Pb 0.5%-2.0%，其余材料为Cu。
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