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CN106270459B - 一种铜基受电弓滑板的制备方法 - Google Patents

一种铜基受电弓滑板的制备方法 Download PDF

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CN106270459B CN201610742306.3A CN201610742306A CN106270459B CN 106270459 B CN106270459 B CN 106270459B CN 201610742306 A CN201610742306 A CN 201610742306A CN 106270459 B CN106270459 B CN 106270459B
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胡迪
胡一迪
曹建春
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Kunming University of Science and Technology
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    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
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Abstract

本发明公开一种铜基受电弓滑板的制备方法，属于带电滑动摩擦材料技术领域。本发明所述方法通过对具有自润滑特性的纳(微)米粒度的MoS2或NbSe2或石墨粉体材料进行造粒，获得0.1mm～1.5mm左右的球型颗粒，并将该球型颗粒用环氧树脂粘结成不同形状的颗粒群，然后将这些不同形状的颗粒群粘结在模具的内表面；最后将熔化的铜液浇注到成形模具中，以制备表面均匀分布着不同形状的具有自润滑特性的MoS2或NbSe2或石墨颗粒群的铜基受电弓滑板。该方法的优点是生产周期短、工艺简单，且无原料浪费、不需混粉、挤压、拉拔等工艺；而且由于采用浇注工艺，相对于目前所采用的粉末冶金技术制备的铜基受电弓滑板具有导电率、耐电磨损性好等特性。

Description

一种铜基受电弓滑板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铜基受电弓滑板的制备方法，采用熔炼铸造的方法制备表面分布有自润滑颗粒的铜基受电弓滑板材料，属于带电滑动摩擦材料技术领域。
背景技术
金属基固体自润滑材料是固体润滑剂作为组元加入到金属基体中形成的复合材料，它兼有基体金属的特性和固体润滑剂的摩擦学特性，并且被证明在磨粒磨损和有润滑的情况下其耐磨性比基体好得多。受电弓滑板材料是电力机车获得动力来源的重要集电元件，目前应用于滑板的金属基材料主要有铜基和铁基两种，润滑组份为低熔点金属Pb、Bi、Sb，非金属固体润滑剂MoS2、WS2、石墨、硫化铜、金属磷化物（Cu、Fe、Ni、Co的磷化物）、滑石粉、氮化硼及某些氧化物等。其中以层片结构的石墨、MoS2和氮化硼应用最为广泛。
铜基滑板材料主要通过局部调整铜基材料中的组分以改变材料的性能，或采用不同的硬而脆陶瓷相颗粒增强铜基体，或通过改进制备工艺来达到材料的相关要求和降低成本。公知的铜基滑板材料制备方法有以下几种：
粉末冶金法：传统的粉末冶金法制备金属基复合材料是将金属粉和增强相粉末充分混合，混合粉末再经过压制成形、烧结、复压复烧、挤压拉拔或轧制工艺制备金属基复合材料；
复合铸造法：是指将合金元素或通过第二强化相与金属一起熔化或先熔化金属，再将第二相加入到熔融的金属液中，然后剧烈搅拌熔体至半凝固态时注入铸模，最后通过挤压拉拔或轧制工艺制备制成金属基复合材料；
公知的第二相颗粒增强金属基复合材料的制备技术中，粉末冶金法工艺比较复杂，粉末界面易污染、界面结合差，致密度低、导电性差；复合铸造法容易在搅拌的过程中吸气，造成产品中气孔多，性能下降。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种获得具有自润滑能力的铜硫化钼、铜硒化铌或铜石墨受电弓滑板材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将MoS2粉体、NbSe2粉体、石墨粉中的一种或多种混合后的混合物进行造粒（采用单一的MoS2、NbSe2或石墨相，也可以采用三者中的任意两种按任意比例混合得到的组合的相，还可以可同时选择三种相按任意比例混合），制备成直径为0.1mm～1.5mm的球型颗粒；
（2）将步骤（1）制备得到的球形颗粒粘结成颗粒群，并将该颗粒群粘结在滑板成形模具的内壁上，且使得颗粒群与颗粒群之间保持0.5mm～20mm的距离；
（3）将熔化的铜液浇注到滑板成形模具中，最终制备得到铜基受电弓滑板材料。
优选的，本发明步骤（1）中所述MoS2粉体、NbSe2粉体、石墨粉的粒度均为50nm -50um。
优选的，本发明所述颗粒群可以是圆形、正方形、长方形、五边形、六边形、直线型圆棒状，每次制备过程中使用的颗粒群可以是这些形状中的一种或者多种；当使用一种颗粒群时制备得到的铜基受电弓滑板材料表面只分布有一种形状的颗粒群，当使用多种颗粒群时制备得到的铜基受电弓滑板材料表面分布有多种形状的颗粒群；其中圆形、正方形、长方形、五边形、六边形的厚度为1.5mm-9mm；直线型圆棒状的直径为1.5mm-7.5mm；除直线型圆棒状颗粒群外，其他形状的颗粒群所围面积不大于100平方毫米。
优选的，将球形颗粒粘结成颗粒群过程中所使用的粘结剂为环氧树脂。
优选的，本发明所述成形模具先经过喷碳处理。
优选的，本发明所述所述铜熔液的熔炼及浇注条件为：熔化温度为1100-1200℃，熔化的铜液用石墨粉或活性炭粉覆盖，浇注温度为1090-1180℃。
本发明的有益效果：
（1）摒弃了传统制备铜基受电弓滑板常采用粉末冶金方法或复合铸造法需要挤压、拉拔等工艺，缩短了工艺流程。
（2）相对于粉末冶金法，本发明所制备的铜基受电弓滑板材料的致密度较高，具有良好的导电率。
（3）相对于复合铸造法，自润滑颗粒主要分布于铜基体表层，且能够设计成各种形状的自润滑颗粒群，有利于铜基受电弓滑板材料的耐磨性与电导率的同时提高。4）本发明制备的铜基受电弓滑板材料产品与目前市场上的铜基受电弓滑板材料相比，具有组织结构可调、致密度高、电导率良好、耐磨性好的优点，因而具有良好的市场前景。
附图说明
图1是不同形状的颗粒群。
图2是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述，但本发明的保护内容不限于实施例所述范围。
实施例1
如图2的工艺流程，将50nm粒度的MoS2粉造粒成1mm的球形颗粒，并将1mm颗粒用环氧树脂粘结成如图1中的六边形（该六边形颗粒群所围面积为60平方毫米），将三个六边形粘结成厚度为3mm厚的六边形颗粒群；然后将多个六边形MoS2颗粒群粘结到经过喷碳处理的受电弓滑板材料铸造模具的内壁，且使得MoS2颗粒群与颗粒群间保持2mm的距离；最后将1100℃熔化的铜液（表层用活性碳覆盖）在1090℃的浇注温度浇注到铸造模具中制得MoS2增强的铜基受电弓滑板材料。
实施例2
如图2的工艺流程，将1000nm粒度的MoSe2粉造粒成0.1mm的球形颗粒，并将0.1mm颗粒用环氧树脂粘结成如图1中的正方形（该正方形颗粒群所围面积约为9平方毫米），将6个正方形粘结成厚度为0.6mm厚的正方形颗粒群；然后将多个正方形颗粒群粘结到经过喷碳处理的受电弓滑板材料铸造模具的内壁，且使得MoSe2颗粒群与颗粒群间保持15mm的距离；最后将1150℃熔化的铜液（表层用活性碳覆盖）在1100℃的浇注温度浇注到铸造模具中制得MoSe2增强的铜基受电弓滑板材料。
实施例3
如图2的工艺流程，将50um粒度的石墨粉造粒成0.5mm的球形颗粒，并将0.5mm颗粒用环氧树脂粘结成如图1中的圆棒形，并使得圆棒的颗粒群的直径达到2mm；然后将多个此直径为2mm的圆棒粘结到经过喷碳处理的受电弓滑板材料铸造模具的内壁，且使得石墨粉颗粒群与颗粒群间保持10mm的距离；最后将1200℃熔化的铜液（表层用活性碳覆盖）在1180℃的浇注温度浇注到铸造模具中制得石墨增强的铜基受电弓滑板材料。
实施例4
如图2的工艺流程，将50um粒度的MoS2和石墨分别混合粉（质量比为5:1）造粒成1.5mm的球形颗粒，并将1.5mm颗粒用环氧树脂粘结成如图1中的五边形（该正方形颗粒群所围面积约为20平方毫米），将2个五边形粘结成厚度为3mm厚的五边形颗粒群；然后将多个五边形颗粒群粘结到经过喷碳处理的受电弓滑板材料铸造模具的内壁，且使得颗粒群与颗粒群间保持12mm的距离；最后将1180℃熔化的铜液（表层用活性碳覆盖）在1100℃的浇注温度浇注到铸造模具中制得MoS2和石墨增强的铜基受电弓滑板材料。

Claims (6)

1.一种铜基受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将MoS2粉体、NbSe2粉体、石墨粉中的一种或多种混合后的混合物进行造粒，制备成直径为0.1mm～1.5mm的球型颗粒；
（2）将步骤（1）制备得到的球形颗粒粘结成颗粒群，并将该颗粒群粘结在滑板成形模具的内壁上；
（3）将熔化的铜液浇注到滑板成形模具中，最终制备得到铜基受电弓滑板材料；
所述颗粒群的形状可以是圆形、正方形、长方形、五边形、六边形、直线型圆棒状；其中圆形、正方形、长方形、五边形、六边形的厚度为1.5mm-9mm；直线型圆棒状的直径为1.5mm-7.5mm；颗粒群与颗粒群之间保持0.5mm～20mm的距离。
2.根据权利要求1所述铜基受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述MoS2粉体、NbSe2粉体、石墨粉的粒度均为50nm -50um。
3.根据权利要求1所述铜基受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于：除直线型圆棒状颗粒群外，其他形状的颗粒群所围面积不大于100平方毫米。
4.根据权利要求1所述的铜基受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于：将球形颗粒粘结成颗粒群过程中所使用的粘结剂为环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的铜基受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于：成形模具使用前先经过喷碳处理。
6.根据权利要求1所述的铜基受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于：所述铜熔液的熔炼及浇注条件为：熔化温度为1100-1200℃，熔化的铜液用石墨粉或活性炭粉覆盖，浇注温度为1090-1180℃。
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