CN102034561A - 轨道车辆用炭基滑块材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轨道车辆用炭基滑块材料，其特征在于：该材料是以石墨、焦炭两者的混合物作为基体，两者含量占总组分质量百分比分别为15-35％和35-55％；以煤沥青为粘结剂，其在总组分中所占的质量百分比为25-30％；以硫粉、玻璃粉、氧化铝和二硫化钼的混合物作为摩擦改性剂，在总组分中所占的质量百分比分别为1-3％，1-3％，1-2％和0.5-1％；将上述物料采用干态混合的方法，将原料充分混合后，分三个阶段进行热压成型，然后在氮气气氛中常压炭化，最后渗青铜。本发明方法操作简单、价格低廉、可进行大规模生产；该材料具有良好的导电性能、优异的摩擦性能和较好的机械性能，适宜用作轨道交通车辆所用受流摩擦材料。

Description

轨道车辆用炭基滑块材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种轨道车辆用炭基滑块材料及其制备方法，属于炭基受流摩擦材料技术领域。
背景技术
铁路的电气化和高速化已成为世界铁路运输发展的趋势，而受电弓滑板是电力机车的灵魂部件，滑板质量的优劣对机车的取流状况有重要的影响。目前电力机车使用的滑板主要有铜滑板、纯炭滑板、粉末冶金滑板和浸金属炭滑板。铜滑板导电性能好，机械强度高，取材方便，使用寿命长，成本低，但其对接触网导线磨耗大，耐电弧性能差，目前已限制使用；纯炭滑板具有自润滑性能，对导线磨耗低，并具有良好的接触稳定性，但其固有电阻大，机械强度低，质脆，易出现断裂和掉块现象，在使用范围方面也受到很大限制；粉末冶金滑板一般有铁基和铜基两种，其机械强度高，抗冲击能力强，但对接触网导线而言，其并不是理想的材料，最大的缺欠是抗电弧能力差，离线时产生的电弧经常将滑板烧熔或把网导线烧熔；浸金属滑板具有较好的导电性能，基本解决了纯炭滑板机械强度低的问题，耐磨性能大为提高，能根本解决网导线磨耗过快的问题，但其抗冲击能力不足，易出现掉块现象，使用过程中需要不断整形，而且制备工艺复杂，生产和维护成本都过高。
为了解决上述受电弓滑板存在的不足，近年来国内一些科研机构又开始了以炭基复合材料作为滑板材料的研究，一部分滑板是以镀铜石墨为导电基料或者改性组分，分别以短切炭纤维(不大于8cm)、连续长炭纤维(直径小于20μm)和镀铜炭纤维作为增强材料来研制滑板材料，虽然均具有较好的机械强度和导电性能，摩擦磨损性能也较优异，但原料预处理工艺复杂，生产成本较高，大大降低其市场竞争力。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中存在的缺陷，提出一种轨道车辆用炭基滑块材料及其制备方法。该材料具有良好的导电性能、优异的摩擦性能、较强的机械强度，适宜用作轨道交通车辆所用受流摩擦材料。
本发明轨道车辆用炭基滑块材料，其技术方案如下：以石墨、焦炭两者的混合物作为基体，两者含量占总组分质量百分比分别为15-35％和35-55％；以煤沥青为粘结剂，其在总组分中所占的质量百分比为25-30％；以硫粉、玻璃粉、氧化铝和二硫化钼的混合物作为摩擦改性剂，在总组分中所占的质量百分比分别为1-3％，1-3％，1-2％和0.5-1％。将上述物料采用于态混合的方法，将原料充分混合后进行热压成型，然后在氮气气氛中常压炭化，最后渗青铜粉。
其中，青铜粉粒度小于200目，青铜粉型号为663型，质量百分比组成为：铜85％，锡6％，锌6％，铅3％；石墨和焦炭粉粒度小于150目；作为摩擦改性剂的硫粉、玻璃粉、氧化铝和二硫化钼均粒度小于200目。
上述轨道车辆用炭基滑块材料的制备方法如图1所示，包括如下几个步骤：
(1)混料：先将石墨、焦炭、煤沥青和摩擦改性剂混合均匀，在球磨机中搅拌混合，球磨时间20～40h制成模压粉料；
(2)热压成型：将步骤(1)制得的模压粉料放入模具中，在热压成型机上分三个阶段加热加压，使煤沥青固化成型：
第一阶段：温度80-90℃，压力200-220MPa，保压时间：30min
第二阶段：温度120-130℃，压力100-120MPa，保压时间：30min
第三阶段：温度200-220℃，压力50-70MPa，保压时间：10min。
(3)炭化：对步骤(2)所压制的试样进行炭化处理，处理温度为900-1100℃，炭化时间为2-4h；
(4)将步骤(3)炭化后的样品抽真空烘干，装入热等静压炉预热后，将样品和青铜粉一起放入石墨坩埚内，升到1000-1200℃使青铜粉熔融，开动加压系统，使炉内压力达到8-10MPa，温度1000-1200℃保压1h，卸压冷却，便制成浸渍金属炭基滑块材料。
本发明的优点及功效在于：本发明方法操作简单、价格低廉、可进行大规模生产；该材料具有良好的导电性能、优异的摩擦性能和较好的机械性能，适宜用作轨道交通车辆所用受流摩擦材料。
附图说明
图1是本发明轨道车辆用炭基滑块材料的制备工艺流程图。
图2(a)(b)是炭基滑块材料试样1、2的金相照片
图3是炭基滑块材料试样1、2的摩擦曲线图
表1是炭基滑块材料试样1、2(实施例1、2)的基本性能表
单位说明：
℃：摄氏度
℃/h：摄氏度/小时
MPa：兆帕
g/cm3：克/立方厘米
KJ/m2：千焦/平方米
Ω·m：欧·米
μm：微米
mm：毫米
wt％：质量百分比
HS：肖氏硬度
L/min：升/分钟
min：分钟
h：小时
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1：
(1)混料：先将石墨25wt％，焦炭粉40wt％，硫粉2.0wt.％，二硫化钼0.5wt％，氧化铝1.5wt％，玻璃粉1.0wt％和煤沥青30wt％在球磨机中搅拌混合均匀，球磨时间24h制成模压粉料；
(2)热压成型：将步骤(1)制得的模压粉料放入模具中，在热压成型机上分三个阶段加热加压，使煤沥青固化成型：
第一阶段：温度80℃，压力200MPa，保压时间：30min
第二阶段：温度120℃，压力100MPa，保压时间：30min
第三阶段：温度200℃，压力50MPa，保压时间：10min。
(3)炭化：对步骤(2)所压制的试样真空炭化炉中进行炭化处理，处理温度为1000℃，炭化时间为2h；
(4)将步骤(3)炭化炭化后的样品抽真空烘干，装入热等静压炉预热后，将样品和青铜粉一起放入石墨坩埚内，升到1000℃使青铜粉熔融，开动加压系统，使炉内压力达到8MPa，温度1000℃保压1h，卸压冷却，制成炭基受流摩擦材料试样1。其金相照片如图2(a)所示，摩擦性能曲线如图3所示，其力学、摩擦磨损和电阻率等性能如表1所示。
表1
Figure BSA00000302839100041
注：摩擦测试为销盘模式；摩擦副为铝钢复合材料。
实施例2：
(1)混料：先将石墨15wt％，焦炭粉55wt％，硫粉2.0wt.％，二硫化钼0.5wt％，氧化铝1.5wt％，玻璃粉1.0wt％和煤沥青25wt％在球磨机中搅拌混合均匀，球磨时间24h制成模压粉料；
(2)热压成型：将步骤(1)制得的模压粉料放入模具中，在热压成型机上分三个阶段加热加压，使煤沥青固化成型：
第一阶段：温度80℃，压力200MPa，保压时间：30min
第二阶段：温度120℃，压力100MPa，保压时间：30min
第三阶段：温度200℃，压力50MPa，保压时间：10min。
(3)炭化：对步骤(2)所压制的试样真空炭化炉中进行炭化处理，处理温度为1000℃，炭化时间为2h；
(4)将步骤(3)炭化炭化后的样品抽真空烘干，装入热等静压炉预热后，将样品和青铜粉一起放入石墨坩埚内，升到1000℃使青铜粉熔融，开动加压系统，使炉内压力达到8MPa，温度1000℃保压1h，卸压冷却，制成炭基受流摩擦材料试样1。其金相照片如图2(a)所示，摩擦性能曲线如图3所示，其力学、摩擦磨损和电阻率等性能如表1所示。

Claims (4)

1.一种轨道车辆用炭基滑块材料，其特征在于：该材料是以石墨、焦炭两者的混合物作为基体，两者含量占总组分质量百分比分别为15-35％和35-55％；以煤沥青为粘结剂，其在总组分中所占的质量百分比为25-30％；以硫粉、玻璃粉、氧化铝和二硫化钼的混合物作为摩擦改性剂，在总组分中所占的质量百分比分别为1-3％，1-3％，1-2％和0.5-1％。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆用炭基滑块材料，其特征在于：所述的青铜粉粒度小于200目，青铜粉型号为663型，质量百分比组成为：铜85％，锡6％，锌6％，铅3％。
3.根据权利要求1所述的轨道车辆用炭基滑块材料，其特征在于：所述的石墨和焦炭粉粒度小于150目；作为摩擦改性剂的硫粉、玻璃粉、氧化铝和二硫化钼均粒度小于200目。
4.一种轨道车辆用炭基滑块材料的制备方法，其特征在于，包括如下几个步骤：
(1)混料：先将石墨、焦炭、煤沥青和摩擦改性剂混合均匀，在球磨机中搅拌混合，球磨时间20～40h制成模压粉料；
(2)热压成型：将步骤(1)制得的模压粉料放入模具中，在热压成型机上分三个阶段加热加压，使煤沥青固化成型：
第一阶段：温度80-90℃，压力200-220MPa，保压时间：30min；
第二阶段：温度120-130℃，压力100-120MPa，保压时间：30min；
第三阶段：温度200-220℃，压力50-70MPa，保压时间：10min；
(3)炭化：对步骤(2)所压制的试样进行炭化处理，处理温度为900-1100℃，炭化时间为2-4h；
(4)将步骤(3)炭化后的样品抽真空烘干，装入热等静压炉预热后，将样品和青铜粉一起放入石墨坩埚内，升到1000-1200℃使青铜粉熔融，开动加压系统，使炉内压力达到8-10MPa，温度1000-1200℃保压1h，卸压冷却，便制成浸渍金属炭基滑块材料。
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