单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材料及其制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010771505.3 (22)申请日 2020.08.04 (71)申请人 贵州新安航空机械有限责任公司 地址 561000 贵州省安顺市西秀区中华东 路东段 (72)发明人 范艳芳杨新德 (74)专利代理机构 贵阳索易时代知识产权代理 事务所(普通合伙) 52117 代理人 管宝伟 (51)Int.Cl. C22C 9/00(2006.01) C22C 9/02(2006.01) C22C 9/06(2006.01) C22C 32/00(2006.01) C22C 1。

2、/05(2006.01) C04B 38/06(2006.01) C04B 38/02(2006.01) C04B 35/622(2006.01) C04B 35/634(2006.01) C04B 35/636(2006.01) C04B 35/626(2006.01) B60L 5/20(2006.01) (54)发明名称 一种单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材 料及其制备方法 (57)摘要 本发明涉及滑动摩擦集电材料技术领域， 尤 其是一种单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材 料。 该材料所包含的组元及其在材料中所占的质 量百分比为： 铜粉6975、 石墨57、 锡粉4 6、 镍粉49、 铬粉。

3、13、 二硫化钼1 3、 导电陶瓷510。 本发明是以较简单的工 艺方法达到较佳的试验结果。 本发明的特点是生 产周期短、 工艺方法简单， 具有广泛的应用前景。 权利要求书1页 说明书5页 CN 112063880 A 2020.12.11 CN 112063880 A 1.一种单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材料， 其特征在于， 该材料所包含的组元及 其在材料中所占的质量百分比为： 铜粉6975、 石墨57、 锡粉46、 镍粉49、 铬粉13、 二硫化钼13、 导电陶瓷510； 所述导电陶瓷由质量比为25:1218:2227:13:23:12:23 的氧化铌、 氧化锆、 碳化硅、 石墨烯、 聚。

4、乙烯醇缩丁醛、 碳酸氢钡、 淀粉制备而成。 2.如权利要求1所述的单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材料， 其特征在于， 该材料所 包含的组元及其在材料中所占的质量百分比为： 铜粉6975、 石墨67、 锡粉56、 镍粉79、 铬粉23、 二硫化钼23、 导电陶瓷510， 所述导电陶瓷由质量比为35:1315:2627:23:23:12:23 的氧化铌、 氧化锆、 碳化硅、 石墨烯、 聚乙烯醇缩丁醛、 碳酸氢钡、 淀粉制备而成。 3.如权利要求12任一项所述的单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材料， 其特征在 于， 制备方法如下： (1)将氧化铌、 氧化锆、 碳化硅、 石墨烯的粉体放入三维混合机中， 。

5、在5070下混合3 5h， 将粉体在压强1015Pa下烘1020h， 降温至3035， 将粉体与其质量58倍的无 水乙醇混合， 在500700W的超声波震荡下， 浸泡5070min， 然后将所得混合物在38Pa、 2025下干燥35h， 在干燥后的产物中加入聚乙烯醇缩丁醛、 碳酸氢钡、 淀粉混合均匀， 用制粒机在6MPa下压制成粒度23mm的颗粒， 将颗粒放在12001300下、 氧气体积含量 为2325的空气中烧结1520h， 将烧结后的陶瓷颗粒降温， 用球磨机加工成超微粉体， 即得所述导电陶瓷； (2)将铜粉在氨分解气氛中还原处理后冷却至室温； (3)将石墨、 锡粉、 镍粉、 铬粉、 二硫。

6、化钼、 导电陶瓷分别进行烘干， 保温后随炉冷却； (4)将还原、 烘干后的各组元按比例进行称料； (5)将称好的物料放入V混机中混合34h； (6)将混合合格的物料在四柱液压机上以单压300400MPa进行冷压成形， 保压时间大 于5s； (7)将压坯入钟罩式加压烧结炉在氨分解保护气氛下进行加压烧结， 冷却后即可制得 铜基粉末冶金受电弓滑板。 4.如权利要求1所述的单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材料的制备方法， 其特征在 于， 所述还原处理时间为2.53h。 5.如权利要求1所述的单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材料的制备方法， 其特征在 于， 所述保温时间为2.53h。 6.如权利要求1所述的。

7、单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材料的制备方法， 其特征在 于， 所述V混机的转速为3550r/min。 7.如权利要求1所述的单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材料的制备方法， 其特征在 于， 所述烧结参数： 温度840870， 保温时间23h。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112063880 A 2 一种单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及滑动摩擦集电材料技术领域， 尤其是一种单轨车用铜基粉末冶金受电 弓滑板材料。 背景技术 0002 弓网系统是电力机车的重要组成部分， 是为机车提供动力的唯一有效途径。 滑板 安装在受电弓的最上端， 与接触网导线直。

8、接接触， 在滑动过程中从接触导线上获得电能， 从 而引导传输给机车供电， 来维护机车的正常运行。 滑板与导线构成了一对集机械电气耦合 的特殊摩擦副， 在实际运行中主要产生两种磨损， 一种是电气电弧磨损， 一种是机械磨损。 随着电力机车运行速度的不断提高， 运行中弓网振动将进一步加剧， 离线现象会十分频繁， 这就要求滑板材料即具有良好的导电性、 导热性及抗电蚀能力和耐拉弧性， 还要具有抗冲 击性、 良好的减磨性和自润滑性等特性， 同时从保护导线的角度还需要对接触网导线磨耗 要小。 0003 目前我国电力机车铜导电区段常用受电弓滑板主要有铜基粉末冶金滑板和浸金 属碳滑板。 铜基粉末冶金滑板的机械强。

9、度较好， 表面硬度适中， 与铜导线的匹配性较好， 但 实际应用中滑板材料的 “自磨损” 以及接触导线的 “他磨损” 依然较大， 且国产铜基滑板的寿 命尚未达到进口件的1/3， 缩短了更换周期， 增大了维护成本； 浸金属碳滑板是目前最为理 想的铜导电区段的受电弓滑板， 分为整体式(国外)和组装式(国内)两类， 具有较好的电学 性能， 基本解决了碳滑板机械强度低的问题， 耐磨式能大为提高， 能根本解决导线磨耗过快 的问题， 但抗冲击力不足， 出现掉块， 使用过程中需要整形， 价格过高(仅单价部分是铜基滑 板价格的4倍以上)， 维护成本高， 给机务部门带来较大的经济压力。 0004 为了解决上述问题。

10、， 相继出现了多种改进方法， 但仍然存在着磨损量达不到行业 标准的问题。 如专利CN 109182833A公开了一种以球形铬粉为强化相的铜基粉末冶金受电 弓滑板材料及其制备方法， 将铬粉通过等离子球化装置球化得到球形铬粉， 与其他原料配 比混合冷压成形、 烧结后得到受电弓滑板材料。 相比于普通铬粉， 铬粉球化成本较高， 制备 工艺较为复杂， 且配方中含有有毒有害物质铅， 不利于环保。 又如专利105671357A公开了一 种石墨烯/铜受电弓滑板材料及其制备方法， 将石墨烯负载铜粉末、 锡粉和铜粉， 按照一定 的比例混合， 经热压、 烧结得到滑板材料。 此方法是将混合好的料放入热压机中经高温热 。

11、压， 保压时间长， 成本高， 不利于批量生产。 再如专利CN105543534A公开了一种铜基受电弓 滑板材料， 该滑板材料以铜粉为基体， 添加了铁、 铬、 镍、 锌、 锡、 铅、 石墨等元素， 将所有元素 混合后冷压成型、 在氨分解气氛网带炉中烧结成形。 该材料工艺方法简单， 但摩擦系数高， 磨损量大， 且含有有毒有害物质铅， 不利于环保。 所以， 研究一种兼顾材料性能和环境友好 的材料极有必要。 发明内容 0005 为了解决现有技术中存在的上述技术问题， 本发明提供一种单轨车用铜基粉末冶 说明书 1/5 页 3 CN 112063880 A 3 金受电弓滑板材料及其制备方法。 0006 具。

12、体是通过以下技术方案得以实现的： 0007 一种单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材料， 该材料所包含的组元及其在材料中 所占的质量百分比为： 0008 铜粉6975、 石墨57、 锡粉46、 镍粉49、 铬粉13、 二硫化钼1 3、 导电陶瓷510； 所述导电陶瓷由质量比为25:1218:2227:13:23:12:2 3的氧化铌、 氧化锆、 碳化硅、 石墨烯、 聚乙烯醇缩丁醛、 碳酸氢钡、 淀粉制备而成。 0009 优选的， 所述的单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材料， 该材料所包含的组元及 其在材料中所占的质量百分比为： 0010 铜粉6975、 石墨67、 锡粉56、 镍粉79、 铬粉23、。

13、 二硫化钼2 3、 导电陶瓷510， 所述导电陶瓷由质量比为35:1315:2627:23:23:12:2 3的氧化铌、 氧化锆、 碳化硅、 石墨烯、 聚乙烯醇缩丁醛、 碳酸氢钡、 淀粉制备而成。 0011 本发明所述的单轨车用铜基粉末冶金受电弓滑板材料， 制备方法如下： 0012 (1)将氧化铌、 氧化锆、 碳化硅、 石墨烯的粉体放入三维混合机中， 在5070下混 合35h， 将粉体在压强1015Pa下烘1020h， 降温至3035， 将粉体与其质量58倍的 无水乙醇混合， 在500700W的超声波震荡下， 浸泡5070min， 然后将所得混合物在3 8Pa、 2025下干燥35h， 在干燥。

14、后的产物中加入聚乙烯醇缩丁醛、 碳酸氢钡、 淀粉混合 均匀， 用制粒机在6MPa下压制成粒度23mm的颗粒， 将颗粒放在12001300下、 氧气体积 含量为2325的空气中烧结1520h， 将烧结后的陶瓷颗粒降温， 用球磨机加工成超微粉 体， 即得所述导电陶瓷； 0013 (2)将铜粉在氨分解气氛中还原处理后冷却至室温； 0014 (3)将石墨、 锡粉、 镍粉、 铬粉、 二硫化钼分别进行烘干， 保温后随炉冷却； 0015 (4)将还原、 烘干后的各组元按比例进行称料； 0016 (5)将称好的物料放入V混机中混合34h； 0017 (6)将混合合格的物料在四柱液压机上以单压300400MPa。

15、进行冷压成形， 保压时 间大于5s； 0018 (7)将压坯入钟罩式加压烧结炉在氨分解保护气氛下进行加压烧结， 冷却后即可 制得铜基粉末冶金受电弓滑板。 0019 进一步的， 所述还原处理时间为2.53h。 0020 进一步的， 所述保温时间为2.53h。 0021 进一步的， 所述V混机的转速为3550r/min。 0022 进一步的， 所述烧结参数： 温度840870， 保温时间23h。 0023 与现有技术相比， 本发明创造的技术效果体现在： 0024 本发明在制作导电陶瓷中， 通过将氧化铌、 氧化锆、 碳化硅、 石墨烯烘干， 提高其表 面的空隙， 提高粉体粗糙度； 通过将粉体浸没到无水。

16、乙醇中， 在超声波作用下， 清洁粉体表 面， 使得再次干燥后粉体表面的羟基数量更多更稳定， 强化粉体与淀粉聚乙烯醇缩丁醛的 联结， 通过在富养下的高温烧结， 利用聚乙烯醇缩丁醛、 碳酸氢钡、 淀粉的分解， 促进陶瓷多 孔形成， 利用多孔性的导电陶瓷吸附石墨、 锡粉、 镍粉、 铬粉、 二硫化钼， 促进铜基粉末冶金 受电弓滑板材料三维结构的胶结， 而且导电陶瓷中的氧化铌内部产生的晶体缺陷活化晶 说明书 2/5 页 4 CN 112063880 A 4 格， 促进铜基粉末冶金受电弓滑板材料的烧结， 使得铜基粉末冶金受电弓滑板材料具有更 好的力学特性。 0025 本发明是单轨车用滑力板进行配套的， 通。

17、过将正交设计应用于配方、 工艺参数研 究， 分析了影响受电弓滑板磨损量及其他性能指标的工艺参数， 确定了试验方案， 根据方案 完成了试验， 并根据试验结果进行了数据分析， 确定了较优的组元配比和生产工艺条件， 以 较简单的工艺方法达到较佳的试验结果。 本发明的特点是生产周期短、 工艺方法简单， 具有 广泛的应用前景。 0026 石墨由于具有层状结构， 有着良好的导电、 导热、 减磨等性能， 并对电弧具有不敏 感性等特点， 成为减磨材料中常用的润滑成分。 但随着石墨含量的增加， 滑板材料的密度下 降、 电阻率增大， 加上石墨与铜在高温下几乎不润湿也不互溶， 使得铜成孤立的岛屿状分布 在材料中， 。

18、不利于材料的导电性和摩擦磨损性能。 本发明通过优化调节镍等合金元素的比 例来获得综合性能良好的铜基滑板材料， 镍与铜无限互溶， 可以提高材料的耐高温性和耐 磨性， 并且镍和石墨的界面结合能大于石墨和铜之间的界面结合能， 有助于石墨对复合材 料进行合金化， 以提高其整体性能； 而锡与铜形成面心立方体锡青铜， 其具有良好的耐磨 性， 锡熔化后， 先被吸附， 后又扩散溶解， 所以会在坯料中形成许多小孔洞， 正好可以保存润 滑剂石墨颗粒， 提高材料的耐磨性能和耐热性； 铬可以提高材料的耐电弧烧蚀能力； 二硫化 钼起到润滑作用， 可与石墨形成互补。 具体实施方式 0027 下面结合具体的实施方式来对本发。

19、明的技术方案做进一步的限定， 但要求保护的 范围不仅局限于所作的描述。 0028 实施例1 0029 将氧化铌、 氧化锆、 碳化硅、 石墨烯的粉体放入三维混合机中， 在50下混合3h， 将 粉体在压强10Pa下烘10h， 降温至30， 将粉体与其质量58倍的无水乙醇混合， 在500W的 超声波震荡下， 浸泡50min， 然后将所得混合物在3Pa、 20下干燥3h， 在干燥后的产物中加 入聚乙烯醇缩丁醛、 碳酸氢钡、 淀粉混合均匀， 用制粒机在6MPa下压制成粒度2mm的颗粒， 将 颗粒放在1200下、 氧气体积含量为23的空气中烧结15h， 将烧结后的陶瓷颗粒降温， 用 球磨机加工成超微粉体，。

20、 即得所述导电陶瓷； 0030 将铜粉在氨分解气氛中还原处理2.5h后冷却至室温； 将石墨、 锡粉、 镍粉、 铬粉、 二 硫化钼、 导电陶瓷分别进行烘干， 保温2.5h后随炉冷却； 将还原、 烘干后的各组元按照质量 百分比为： 铜粉72、 石墨5、 锡粉6、 镍粉4、 铬粉1、 二硫化钼2、 导电陶瓷10， 分 别称取各物料； 将称好的物料放入V混机中在40r/min转速下进行混合3.5h； 将混合合格的 物料在四柱液压机上以单压350MPa进行冷压成形， 保压时间6s； 将压坯入钟罩式加压烧结 炉在氨分解保护气氛下进行加压烧结， 烧结温度840， 保温时间2.5h。 0031 实施例2 00。

21、32 将氧化铌、 氧化锆、 碳化硅、 石墨烯的粉体放入三维混合机中， 在70下混合5h， 将 粉体在压强15Pa下烘20h， 降温至35， 将粉体与其质量8倍的无水乙醇混合， 在700W的超声 波震荡下， 浸泡70min， 然后将所得混合物在8Pa、 25下干燥5h， 在干燥后的产物中加入聚 乙烯醇缩丁醛、 碳酸氢钡、 淀粉混合均匀， 用制粒机在6MPa下压制成粒度3mm的颗粒， 将颗粒 说明书 3/5 页 5 CN 112063880 A 5 放在1300下、 氧气体积含量为25的空气中烧结20h， 将烧结后的陶瓷颗粒降温， 用球磨 机加工成超微粉体， 即得所述导电陶瓷； 0033 将铜粉在。

22、氨分解气氛中还原处理2.5h后冷却至室温； 将石墨、 锡粉、 镍粉、 铬粉、 二 硫化钼、 导电陶瓷分别进行烘干， 保温2.5h后随炉冷却； 将还原、 烘干后的各组元按照质量 百分比为： 铜粉75、 石墨5、 锡粉4、 镍粉6、 铬粉1、 二硫化钼2、 导电陶瓷7， 分 别称取各物料； 将称好的物料放入V混机中在45r/min转速下进行混合3h； 将混合合格的物 料在四柱液压机上以单压380MPa进行冷压成形， 保压时间6s； 将压坯入钟罩式加压烧结炉 在氨分解保护气氛下进行加压烧结， 烧结温度850， 保温时间3h。 0034 实施例3 0035 将氧化铌、 氧化锆、 碳化硅、 石墨烯的粉体。

23、放入三维混合机中， 在67下混合4h， 将 粉体在压强13Pa下烘17h， 降温至33， 将粉体与其质量8倍的无水乙醇混合， 在500W的超声 波震荡下， 浸泡70min， 然后将所得混合物在3Pa、 25下干燥3h， 在干燥后的产物中加入聚 乙烯醇缩丁醛、 碳酸氢钡、 淀粉混合均匀， 用制粒机在6MPa下压制成粒度3mm的颗粒， 将颗粒 放在1200下、 氧气体积含量为25的空气中烧结15h， 将烧结后的陶瓷颗粒降温， 用球磨 机加工成超微粉体， 即得所述导电陶瓷； 0036 将铜粉在氨分解气氛中还原处理3h后冷却至室温； 将石墨、 锡粉、 镍粉、 铬粉、 二硫 化钼、 导电陶瓷分别进行烘干。

24、， 保温3h后随炉冷却； 将还原、 烘干后的各组元按照质量百分 比为： 铜粉70、 石墨7、 锡粉6、 镍粉8、 铬粉3、 二硫化钼1、 导电陶瓷5， 分别称 取各物料； 将称好的物料放入V混机中在35r/min转速下进行混合4h； 将混合合格的物料在 四柱液压机上以单压400MPa进行冷压成形， 保压时间6s； 将压坯入钟罩式加压烧结炉在氨 分解保护气氛下进行加压烧结， 烧结温度870， 保温时间3h。 0037 对比例1 0038 与实施例1的区别是铜粉未经氨分解气氛中还原处理。 0039 对比例2 0040 与实施例1的区别是制作原料中未使用导电陶瓷。 0041 对比例3 0042 与实。

25、施例1的区别是混合合格的物料在四柱液压机上以单压250MPa进行冷压成 形， 保压时间3s； 0043 对比例4 0044 与实施例1的区别是制作导电陶瓷时粉体时， 原料中未使用碳酸氢钡， 制作步骤中 未经无水乙醇浸泡、 未经超声波处理。 0045 试验例 0046 分别对实施例13和对比例14的铜基粉末冶金受电弓滑板在受磨试验台上进 行性能试验， 以铁标要求的指标作为对比， 试验数据结果如下: 说明书 4/5 页 6 CN 112063880 A 6 0047 0048 由表可以看出， 使用本发明方法制备的铜基粉末冶金受电弓滑板性能良好， 显著 优于对比例14。 0049 以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 112063880 A 7 。