一种高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料及其制备方法；属于高速运载设备开发技术领域。所述自润滑铜基受电弓滑板材料由以下按质量份计的原料制备而成；铜锡合金粉40～70份、纯铜粉10～30份、铁铜合金粉4～12份、铜铬合金粉2～6份、铅粉5～9份、石墨粉1～4份和二硫化钼1～3份。本发明专利技术采用铜锡合金粉、铁铜合金粉和铜铬合金粉取代单质锡粉、铁粉和铬粉等作为增强相，可有效降低烧结温度，避免低熔点的单质锡粉在烧结过程流失的问题。通过强化，提高了铜基体的高温稳定性和抗烧蚀能力，抑制滑板在摩擦产生的高温环境中的变形和粘连，降低滑板的损耗，提高滑板的耐摩擦能力。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料及其制备方法
本专利技术涉及一种高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料及其制备方法；属于高速运载设备开发

技术介绍
受电弓滑板是受电弓的一个组成部分，它是通过导电胶或机械锁固定在弓头顶部的，直接与接触网导线接触。在电力机车运行过程中，受电弓滑板在接触网导线上滑动并从导线上获得电流为机车提供动力，是电力机车动力来源的重要集电元件。受电弓滑板必须同时满足多方面的性能：(1)良好的表面硬度、抗拉强度以及冲击韧性等力学性能，保证在使用过程中不被破坏；(2)良好的耐磨性能，保证一定的使用寿命；(3)优良的自润滑性能，减少对导线的磨损；(4)良好的导电性及导热性，以减少电弧烧蚀。铜基粉末冶金滑板凭借良好的综合机械强度，较低的电阻率，良好的导热性和制造成本低的特点，获得了广泛的应用。但是，目前使用的铜基粉末冶金滑板仍存在自身不耐磨损，使用寿命低的缺点；同时，铜基粉末冶金滑板的自润滑性能差，对导线磨损较大，存在一定的安全隐患。改善滑板自身磨损和减少导线磨耗是目前受电弓滑板研究的重要方向。公开号为CN201710918849的专利技术公开了一种铜基受电弓滑板及其制备方法，通过将铜粉、铁粉、石墨粉、碳化钨粉、硅粉和锡粉等多种粉末通过混料、压制和复压复烧的工艺制备了铜基滑板材料。通过添加7～12％的石墨粉，提高了滑板的润滑性能，减少对导线磨损。受电弓滑板磨损量降至3.1mm/万机车公里，导线磨损量降至0.0056mm2/万机车公里。但是随着石墨的增加，滑板力学性能会降低，特别是冲击韧性的下降，导致存在安全隐患。该专利技术未看到冲击韧性的数据。公开号CN201710717511的专利技术公开了一种铜基受电弓滑板毛坯的制备方法，通过将铜粉、锡粉、铋粉、铬粉、二钼化碳粉、碳化钨粉和石墨粉等多种粉末通过混料、压制和复压复烧的工艺制备了铜基受电弓滑板毛坯。该方面通过加入增强相铬、碳化钨、二钼化碳和低熔点减磨组元铋，进一步提高了滑板的摩擦磨损性能。滑板的硬度60-70HB，电阻率0.25-0.32μΩm。该专利技术未见滑板自身磨损量和导线磨耗量的实际数据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、机械性能和自润滑性能优良的，具有真正实用价值的铜基粉末冶金滑板材料及其制备方法。本专利技术在解决了铜基粉末冶金滑板不耐磨损和对网线磨耗大等问题的同时实现了其综合性能的优化。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：本专利技术一种高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料；所述自润滑铜基受电弓滑板材料由以下按质量份计的原料制备而成；铜锡合金粉40～70份、纯铜粉10～30份、铁铜合金粉4～12份、铜铬合金粉2～6份、铅粉5～9份、石墨粉1～4份和二硫化钼1～3份；其中：铜锡合金粉，含锡含量9～11％的铜锡合金粉，粉末粒度为-200目，不规则颗粒状；纯铜粉，纯度≥99.5％，粒度为-300目，树枝状；铁铜合金粉，含铜29～31％的铁铜合金粉，粒度为-200目，不规则颗粒状；铜铬合金粉，含铬0.5～1％的铜铬合金粉，粒度为-300目，不规则颗粒状；铅粉，纯度≥99％，粒度为-100目，近球形颗粒状；石墨粉，纯度≥99.9％，粒度为-300目，近球形颗粒状；二硫化钼，纯度≥98％，粒度为-300目，不规则颗粒状。在本专利技术粉末各种形状的分类参考黄培云主编，冶金工业出版社出版的《粉末冶金原理》第2版第126页到127页的内容(具体见该书中的图2-4)。为了进一步提升产品的综合性能，比如同时将产品的硬度提升至70-75HB、将电阻率降低至0.15μΩm及以下、抗拉强度提升至155MPa及以上、冲击韧性提升至9J/cm2及以上、滑板高度磨耗比降低至1.5mm/万机车公里及以下、滑板重量磨耗比降低至110g/万机车公里及以下、对接触线磨耗比降低至0.011mm2/万弓架次及以下；本专利技术提出了如下优化方案：所述自润滑铜基受电弓滑板材料由以下按质量份计的原料制备而成；铜锡合金粉55～70份、纯铜粉10～20份、铁铜合金粉4～8份、铜铬合金粉3～4份、铅粉7～9份、石墨粉1～4份和二硫化钼1～3份。作为进一步的优化方案；所述自润滑铜基受电弓滑板材料由以下按质量份计的原料制备而成；铜锡合金粉55～65份、纯铜粉15～20份、铁铜合金粉6～8份、铜铬合金粉3～4份、铅粉7份、石墨粉3～4份和二硫化钼1～2份。作为更进一步的优选方案，所述自润滑铜基受电弓滑板材料由以下按质量份计的原料制备而成；铜锡合金粉55份、纯铜粉20份、铁铜合金粉8份、铜铬合金粉4份、铅粉7份、石墨粉4份和二硫化钼2份。作为并列的更进一步的优选方案，所述自润滑铜基受电弓滑板材料由以下按质量份计的原料制备而成；铜锡合金粉65份、纯铜粉15份、铁铜合金粉6份、铜铬合金粉3份、铅粉7份、石墨粉3份和二硫化钼1份。该滑板材料的制备方法，依次包括以下步骤：(1)混料：按以上配比称取铜锡合金粉、纯铜粉、铁铜合金粉、铜铬合金粉、铅粉、石墨粉和二硫化钼粉在V型混料机中混合10～12小时，混合均匀；(2)成形：将步骤(1)中的混合均匀的物料，倒入压制模具中，在400～600Mpa压力下，压制获得压坯；(3)加压烧结：将步骤(2)中获得的坯体，装入模具中，模具放入烧结炉中在氢气气氛保护下进行加压烧结，烧结工艺依次为：a)以8～15℃/min、优选为12℃/min的升温速度从室温升到A℃，A的取值为580-620、优选为600；b)温度升至A℃后保温20～30min，保温同时逐步开始加压，最终压制压力为40～60MPa、优选为50-55MPa；c)再以5～8℃/min的升温速度从A℃升到840±30℃，升温过程中保持压制压力为40～60MPa、优选为50-55MPa；d)接着在840±30℃时保温80～120min，保温过程中保持压制压力为40～60MPa、优选为50-55MPa；e)保温结束后随炉冷却到60℃以下，并随炉逐步释放压力，最终制得烧结坯体。(4)机加工：将烧结坯体经过机加工处理即制得本专利技术铜基受电弓滑板。本专利技术所设计和制备的铜基受电弓滑板，其硬度为65-80HB、电阻率为0.12～0.16μΩm、抗拉强度为150～164MPa、冲击韧性为8～12J/cm2、滑板高度磨耗比为0.8-1.5mm/万机车公里、滑板重量磨耗比为62-110g/万机车公里、对接触线磨耗比为0.007-0.011mm2/万弓架次。经优化后，本专利技术所设计和制备的铜基受电弓滑板，其硬度为70-75HB、电阻率为0.12～0.15μΩm、抗拉强度为155～159MPa、冲击韧性为9～11J/cm2、滑板高度磨耗比为0.8-1.5mm/万机车公里、滑板重量磨耗比为62-110g/万机车公里、对接触线磨耗比为0.007-0.011mm2/万弓架次。经进一步优化后，本专利技术所设计和制备的铜基受电弓滑板，其硬度为70-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料；其特征在于：所述自润滑铜基受电弓滑板材料由以下按质量份计的原料制备而成；/n铜锡合金粉40～70份、纯铜粉10～30份、铁铜合金粉4～12份、铜铬合金粉2～6份、铅粉5～9份、石墨粉1～4份和二硫化钼1～3份；/n其中：/n铜锡合金粉，含锡含量9～11％的铜锡合金粉，粉末粒度为-200目，不规则颗粒状；/n纯铜粉，纯度≥99.5％，粒度为-300目，树枝状；/n铁铜合金粉，含铜29～31％的铁铜合金粉，粒度为-200目，不规则颗粒状；/n铜铬合金粉，含铬0.5～1％的铜铬合金粉，粒度为-300目，不规则颗粒状；/n铅粉，纯度≥99％，粒度为-100目，类球形颗粒状；/n石墨粉，纯度≥99.9％，粒度为-300目，类球形颗粒状；/n二硫化钼，纯度≥98％，粒度为-300目，不规则颗粒状。/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料；其特征在于：所述自润滑铜基受电弓滑板材料由以下按质量份计的原料制备而成；
铜锡合金粉40～70份、纯铜粉10～30份、铁铜合金粉4～12份、铜铬合金粉2～6份、铅粉5～9份、石墨粉1～4份和二硫化钼1～3份；
其中：
铜锡合金粉，含锡含量9～11％的铜锡合金粉，粉末粒度为-200目，不规则颗粒状；
纯铜粉，纯度≥99.5％，粒度为-300目，树枝状；
铁铜合金粉，含铜29～31％的铁铜合金粉，粒度为-200目，不规则颗粒状；
铜铬合金粉，含铬0.5～1％的铜铬合金粉，粒度为-300目，不规则颗粒状；
铅粉，纯度≥99％，粒度为-100目，类球形颗粒状；
石墨粉，纯度≥99.9％，粒度为-300目，类球形颗粒状；
二硫化钼，纯度≥98％，粒度为-300目，不规则颗粒状。


2.根据权利要求1所述的一种高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料；其特征在于：所述自润滑铜基受电弓滑板材料由以下按质量份计的原料制备而成；铜锡合金粉55～70份、纯铜粉10～20份、铁铜合金粉4～8份、铜铬合金粉3～4份、铅粉7～9份、石墨粉1～4份和二硫化钼1～3份。


3.根据权利要求1所述的一种高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料；其特征在于：所述自润滑铜基受电弓滑板材料由以下按质量份计的原料制备而成；
铜锡合金粉55～65份、纯铜粉15～20份、铁铜合金粉6～8份、铜铬合金粉3～4份、铅粉7份、石墨粉3～4份和二硫化钼1～2份。


4.根据权利要求3所述的一种高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料；其特征在于：所述自润滑铜基受电弓滑板材料由以下按质量份计的原料制备而成；铜锡合金粉55份、纯铜粉20份、铁铜合金粉8份、铜铬合金粉4份、铅粉7份、石墨粉4份和二硫化钼2份。


5.根据权利要求3所述的一种高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料；其特征在于：所述自润滑铜基受电弓滑板材料由以下按质量份计的原料制备而成；铜锡合金粉65份、纯铜粉15份、铁铜合金粉6份、铜铬合金粉3份、铅粉7份、石墨粉3份和二硫化钼1份。


6.一种如权利要求1-5任意一项所述高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料的制备方法；其特征在于；依次包括以下步骤：
(1)混料：按以上配比称取铜锡合金粉、纯铜粉、铁铜合金粉、铜铬合金粉、铅粉、石墨粉和二硫化钼粉在V型混料机...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕信群，罗涛，
申请(专利权)人：长沙迈特锐新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43