CN101407123B - 制造电弓滑板的耐磨铜基梯度材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制造电弓滑板的耐磨铜基梯度材料及其制备方法。所述的耐磨铜基梯度材料，由铜-氧化锆层，纯铜层和铜-石墨层构成。其制备过程包括：将铜粉与氧化锆粉按质量比在球磨机中混合均匀，将铜粉与石墨粉按质量比在球磨机中混合均匀；按铜-氧化锆粉层与纯铜粉层与铜-石墨粉层的厚度比例，依次将它们放入模具中，将模具放入在冷等静压机上压制成型；将成型后的材料从磨具中取出，在真空度下以烧结得到铜基梯度耐磨材料。本发明的优点在于，制备工艺比较简单，适合于工业规模生产。所制得的耐磨铜基梯度材料用于制造电力机车受电弓滑板。

Description

制造电弓滑板的耐磨铜基梯度材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种制造电弓滑板的耐磨铜基梯度材料及其制备方法，属于电力工程材料技术领域。
背景技术
在20世纪60年代，我国电力机车受电弓滑板使用的是铁、钢、碳三种滑板。由于对导线磨耗严重，使用寿命短，又由于碳滑板机械强度低，耐冲击韧性差，运行中遇到导线硬点容易造成滑板条折和破裂，使用寿命低且易局部拉沟，特别是在雨季和潮湿地区，因摩擦力增大，常出现弓网故障。因此，80年代初，粉末冶金滑板成为我国的定型产品，但粉末冶金滑板也存在一些问题，主要是粉末冶金滑板的含油率低，当形成的润滑膜遇到破坏或者失效时，难以形成新的润滑膜来维持滑板与导线间的良好磨合状态。这样就产生了滑板对接触网导线严重磨耗的情况。近几年来，浸金属碳滑板已开始应用，它是将碳基体中存在的大量气孔填满金属，形成实用的凝体，集中碳材料和金属材料的优点。电气化铁路发达国家如日本、前苏联、德国，从四、五十年代即开始使用粉末冶金滑板。金属基滑板与传统的碳基滑板相比，具有强度高、抗冲击性能好、较低的固有电阻率等优点。现己成为受电弓滑板发展的一大趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造电弓滑板的耐磨铜基梯度材料及其制备方法，所述的铜基梯度材料，具有较高的机械强度和导电性能及优良的摩擦磨损性能，特别适用于制造电弓滑板，该材料制备工艺比较简单，适合于工业规模生产。
本发明是通过如下技术方案加以实现的。一种制造电弓滑板的耐磨铜基梯度材料，其特征在于，该材料为板形结构，沿着板体的厚度方向，分为三层结构，其中一外层材质为铜-氧化锆，该层材质中铜的质量含量为80～97％，氧化锆的质量含量为20～3％，二者质量含量百分数之和为100％；另外一外层材质为铜-石墨，该层材质中铜的质量含量为85～95％，石墨的质量含量为15～5％，二者质量含量百分数之和为100％；中间层材质为纯铜，铜-氧化锆层与纯铜层与铜-石墨层的厚度比为5∶1∶4。
上述耐磨铜基梯度材料的制造方法，其特征包括以下过程：
1.将铜粉与氧化锆粉按质量比(80～97)∶(20～3)加入球磨机中，以转速200～400r/min混合3～5小时后，得到混合均匀的铜-氧化锆粉备用；将铜粉与石墨按质量比(85～95)∶(15～5)加入球磨机中，以转速200～400r/min混合3～5小时后，得到均匀混合的铜-石墨粉备用；
2.按铜-氧化锆粉层与纯铜粉层与铜-石墨粉层的厚度比为5∶1∶4，依次将混合均匀的铜-氧化锆粉、纯铜粉和混合均匀的铜-石墨粉加入模具中，将模具放入在冷等静压机上以400～600MPa压制成型。
3.将压制成型后的材料从磨具中取出，在真空度为10-4MPa，以升温速度10～15度/分钟加热至850～960℃进行烧结，烧结时间4～8小时成材，然后冷却至室温，得到铜基梯度耐磨材料。
本发明的优点在于，制备的铜基导电耐磨功能梯度材料不仅具有较高的机械强度和导电性能，同时还具有优良的摩擦磨损性能。此外，该制备工艺比较简单，适合于工业规模生产。可用于电力机车受电弓滑板使用。
具体实施方式
实施例1：
a.将铜97克，氧化锆以3克加入球磨机中，放入400克磨球，以转速400r/min混合3小时后，混合均匀备用；再将铜85克，石墨15克，加入球磨机中，放入300克磨球，以转速400r/min混合3小时后，混合均匀备用。
b.将混合均匀的铜-氧化锆粉加入磨具中，振动均匀；在磨具中铜-氧化锆的上面加入纯铜粉20克，振动均匀；再在纯铜层上面加入混合均匀的铜-石墨粉80克。将模具放入在冷等静压机上以500MPa压制成型。
c.将压制成型后的材料从磨具中取出，在真空度为10-4MPa，以升温速度10度/分钟加热至温度860℃，保温烧结时间5小时成材，然后冷却至室温。得到铜基梯度耐磨材料。
实施例2：
a.将铜80克，氧化锆以20克加入球磨机中，放入400克磨球，以转速250r/min混合4小时后，混合均匀备用；再将铜90克，石墨10克，加入球磨机中，放入400克磨球，以转速250r/min混合4小时后，混合均匀备用。
b.将混合均匀的铜-氧化锆粉加入磨具中，振动均匀；在模具中铜-氧化锆的上面加入纯铜粉20克，振动均匀；再在纯铜粉层上面加入混合均匀的铜-石墨粉80克。将模具放入在冷等静压机上以400MPa压制成型。
c.将压制成型后的材料从磨具中取出，在真空度为10-4MPa，以升温速度10度/分钟加热至温度450℃，再以升温速度15度/分钟至温度900℃，保温烧结时间4小时成材，然后冷却至室温。得到铜基梯度耐磨材料。
实施例3：
a.将铜90克，氧化锆以10克加入球磨机中，放入400克磨球，以转速350r/min混合4小时后，混合均匀备用；再将铜95克，石墨5克，加入球磨机中，放入400克磨球，以转速350r/min混合5小时后，混合均匀备用。
b.将混合均匀的铜-氧化锆粉加入模具中，振动均匀；在模具中铜-氧化锆的上面加入纯铜粉20克，振动均匀；再在纯铜层上面加入混合均匀的铜-石墨粉80克。将模具放入在冷等静压机上以600MPa压制成型。
c.将压制成型后的材料从模具中取出，在真空度为10-4MPa，以升温速度10度/分钟加热至温度550℃，再以升温速度15度/分钟至温度960℃，保温烧结时间3小时成材，然后冷却至室温。得到铜基梯度耐磨材料。

Claims (2)

1.一种制造电弓滑板的耐磨铜基梯度材料，其特征在于，该材料为板形结构，沿着板体的厚度方向，分为三层结构，其中一外层材质为铜-氧化锆，该层材质中铜的质量含量为80～97％，氧化锆的质量含量为20～3％，二者质量含量百分数之和为100％；另外一外层材质为铜-石墨，该层材质中铜的质量含量为85～95％，石墨的质量含量为15～5％，二者质量含量百分数之和为100％；中间层材质为纯铜，铜-氧化锆层与纯铜层与铜-石墨层的厚度比为5∶1∶4。
2.一种按权利要求1所述的制造电弓滑板的耐磨铜基梯度材料的制造方法，其特征包括以下过程：
1)将铜粉与氧化锆粉按质量比(80～97)∶(20～3)加入球磨机中，以转速200～400r/min混合3～5小时后，得到混合均匀的铜-氧化锆粉备用；将铜粉与石墨按质量比(85～95)∶(15～5)加入球磨机中，以转速200～400r/min混合3～5小时后，得到均匀混合的铜-石墨粉备用；
2)按铜-氧化锆粉层与纯铜粉层与铜-石墨粉层的厚度比为5∶1∶4，依次将混合均匀的铜-氧化锆粉、纯铜粉和混合均匀的铜-石墨粉加入模具中，将模具放入在冷等静压机上以400～600MPa压制成型；
3)将压制成型后的材料从磨具中取出，在真空度为10-4MPa，以升温速度10～15度/分钟加热至850～960℃进行烧结，烧结时间4～8小时成材，然后冷却至室温，得到耐磨铜基梯度材料。
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