CN103397220B - 一种高抗压双层铜合金接触线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高抗压双层铜合金接触线及其制备方法，铜合金接触线抗拉强度≥450MPa，拉断力≥48KN，电导率≥75%IACS，其两侧设有缺口，由外层的镀锡层和内层的铜合金本体组成，位于缺口上下方的铜合金本体的横截面均呈扇形，在镀锡层上设有多个伸缩口，通过制粉预压制坯锭等工序制得铜合金，该铜合金接触线结构独特，在保证高导性的同时，组元起到减磨、抗磨作用，该接触线在使用时，能有效防止温度差变及电火花烧伤。

Description

一种高抗压双层铜合金接触线及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铜合金接触线及其制备方法，具体地说是一种具有高导电性、高耐磨性的铜合金接触线及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步和发展，高速、大电流受电摩擦材料得到了广泛应用，如在轨道交通领域、输变电系统的各种开关、通讯系统的各种导电触头、工业控制器中的各种接触器、插拔导电部件等。这类摩擦－导电摩擦材料有如下特性：摩擦接触与导电接触共存，使用寿命、可靠性与导电性能要求并重，要求材料同时具备摩擦－导电一体化功能。

铜具有高的导电性、导热性及优良的加工性能，但是纯铜的熔点、室温强度和高温强度较低，难以满足苛刻工况条件要求。

接触网作为电气化铁路的重要组成部分，接触网质量的优劣，将影响行车安全和运输经济效益。众所周知，接触线是与列车运行最直接相关的接触网部分，从而接触线是高速铁路供电系统的核心技术之一，也是影响我国发展高速铁路所面临的关键技术之一，直接影响列车运行速度和安全，为确保列车高速运行时能连续不断地从牵引供电系统中获取能量，必须拥有良好的弓网配合关系，否则，接触线将可因为振动、温度差变、电火花烧伤、接触硬点等因素造成列车断电，接触线技术的高耐磨，耐火高导电成为了限制列车高速运行的瓶颈。

接触硬点突然带来机械伤害和电弧伤害。机械伤害是指受电弓、接触导线轻微的碰伤、刮伤等，通常我们说硬点对弓（网）的伤害，主要是硬点引起的弓网离线，和离线瞬间产生的高温电弧，对接触网、受电弓都有很大的危害。接触硬点是造成机车受电弓受电弓离线的重要原因之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高抗压双层铜合金接触线及其制备方法，合金中弥散分布着摩擦组元、润滑组元和高温组元，该铜合金接触线结构独特，在保证高导性的同时，组元起到减磨、抗磨作用，该接触线在使用时，能有效防止温度差变及电火花烧伤。

本发明实现上述目的采取的技术方案是：一种高抗压双层铜合金接触线，铜合金接触线抗拉抗拉强度≥450MPa，拉断力≥48KN，电导率≥75%IACS，其两侧设有缺口，由外层的镀锡层和内层的铜合金本体组成，位于缺口上下方的铜合金本体的横截面均呈扇形，在镀锡层上设有多个伸缩口，铜合金本体原料由Cu、Ni、Si、Mg、Wc、Co、Ti、Cr₂O₃和PbO组成，各物料的质量分数是：Ni0.2-0.5%、Si0.1-0.5%、Mg0.1-0.5%、Wc0.2-0.5%、Co0.2-0.5%、Ti0.1-0.5%、Cr₂O₃0.1-0.3%和PbO0.1-0.3%，其余为铜；制备的合金中Ni、Si、Mg、Wc、Co、Ti、Cr₂O₃和PbO均匀分布于铜基体。

一种高抗压双层铜合金接触线的制备方法步骤如下：

一、         将质量分数为0.2－0.5%的Ni、质量分数为0.1－0.5%Si、质量分数为0.1－0.5%的Mg、质量分数为0.2－0.5%的Wc、质量分数为0.2－0.5%的Co、质量分数为0.1－0.5%的Ti、质量分数为0.1－0.3%的Cr₂O₃、质量分数为0.1－0.3%的PbO和质量分数为96.4－98.9％的铜的粉末，按比例配好后，装入高能球磨机的不锈钢研磨罐中，混合研磨5－25h，真空操作，真空度不小于10^-3Pa，干燥氮气保护，制得混合粉体料；

二、将混合粉体料，送入压力机，预压成坯料，保压时间20－35min；

三、将预压后的坯料，送入冷等静压机中，进行压制，压力230－280MPa，保压10-15min；

四、将步骤三静压后的坯料，制成坯锭，送入真空烧结炉内烧结，氢气保护，在890-950℃状态下，烧制0.5小时，然后停止加热，随炉冷却4小时后，打开炉体外罩空冷至350℃，关闭氢气，通入氮气8-12分，出炉，制得铜合金；

五、将步骤四制得的铜合金在850℃炉中保温十分钟后立刻取出，放入液压成型机内进行反挤压，挤压成棒材，将所得棒材通过拉拨制成所需截面尺寸的接触线，制得铜合金本体；

六、将步骤六制得的铜合金本体，通过电镀镀上镀锡层，制得产品。

本发明的有益效果是：

1、制备的高导电高耐磨铜钼合金材料性能优良：抗拉强度≥450MPa，拉断力≥48KN，在高速滑动和大电流的条件下电导率≥75%IACS。制备生产过程简单、易于控制，增强颗粒大小、分布均匀。

2、本发明制备的高导电高耐磨铜钼合金材料中，Cr₂O₃作为摩擦组元相起到了抗磨作用，PbO相起到了减磨润滑作用，Ni、Si、Mg、Wc、Co和Ti相细小、具有较好的塑性。

3、Wc、Co、Si、Ti耐磨性高，Ni、Mg增强了合金的导电性，Ni、Si、Mg、Wc、Co和Ti多种元素均匀弥散分布于Cu基体中，使复合材料的磨损率显著降低，既没有形成对导电性有较大负面影响的网络结构，又能充分发挥润滑组元PbO特性在独立析出时，在摩擦表面形成一层薄膜，从而降低磨损的特性，使离合时平稳，不产生卡滞现象，制备的合金具有优异的物理与力学综合性能，因此本发明具有十分广阔的应用前景。

4、该铜合金的制备采用弥散强化，弥散强化铜材料具有良好的综合性能，Cr₂O₃粒子均匀分布在基体中产生细晶强化和弥散强化，且由于晶粒细小，有较好的塑性。经热挤压后，试样的硬度显著上升。并且，随着弥散相尺寸的增加，硬度成下降趋势，既可显著提高合金强度和硬度，又可使塑性和韧性下降不大，并且颗粒越细小，越呈弥散均匀分布，强化效果越好。

5、该铜合金接触线结构独特，通过设置细小伸缩口及扇形铜合金本体，增强接触线张力，提升抗重能力，增强接触线的预伸力，减少接触线在构架过程中因为各种原因（如无线力放线、使用夹线工具不当、导线张力不足驰度过大、人员上、下导线、重物挂在导线上等等）造成的接触线弯曲变形，特别是上下弯造成离线及离线后的冲击硬点。

说明书附图

图1为本发明的结构示意图；

图中：1、镀锡层，2、铜合金本体，3、缺口，4、伸缩口。

具体实施方式

一种高抗压双层铜合金接触线，抗拉强度≥450MPa，拉断力≥48KN，电导率≥75%IACS，其两侧设有缺口3，由外层的镀锡层1和内层的铜合金本体2组成，位于缺口上下方的铜合金本体2的横截面呈扇形，接触线受到重物压坠时，扇形结构抗压能力强，分散整个接触线上的压力，在镀锡层1上设有多个细小伸缩口3，在不影响电弓滑板接触摩擦的情况下，增强接触线的预伸力，当接触线未被强制拉伸之前，接触线处于平整状态，当接触线被归整或者安装时，接触线可根据情况适当调整接触线的伸缩，铜合金本体原料由Cu、Ni、Si、Mg、Wc、Co、Ti、Cr₂O₃和PbO组成，各物料的质量分数是：Ni0.2-0.5%、Si0.1-0.5%、Mg0.1-0.5%、Wc0.2-0.5%、Co0.2-0.5%、Ti0.1-0.5%、Cr₂O₃0.1-0.3%和PbO0.1-0.3%，其余为铜；制备的合金中Ni、Si、Mg、Wc、Co、Ti、Cr₂O₃和PbO均匀分布于铜基体。

一种高抗压双层铜合金接触线的制备方法步骤如下：

一、 将质量分数为0.2－0.5%的Ni、质量分数为0.1－0.5%Si、质量分数为0.1－0.5%的Mg、质量分数为0.2－0.5%的Wc、质量分数为0.2－0.5%的Co、质量分数为0.1－0.5%的Ti、质量分数为0.1－0.3%的Cr₂O₃、质量分数为0.1－0.3%的PbO和质量分数为96.4－98.9％的铜的粉末，按比例配好后，装入高能球磨机的不锈钢研磨罐中，混合研磨5－25h，真空操作，真空度不小于10^-3Pa，干燥氮气保护，制得混合粉体料；

二、将混合粉体料，送入压力机，预压成坯料，保压时间20－35min；

三、将预压后的坯料，送入冷等静压机中，进行压制，压力230－280MPa，保压10-15min；

四、将步骤三静压后的坯料，制成坯锭，送入真空烧结炉内烧结，氢气保护，在890-950℃状态下，烧制0.5小时，然后停止加热，随炉冷却4小时后，打开炉体外罩空冷至350℃，关闭氢气，通入氮气8-12分，出炉，制得铜合金；

五、将步骤四制得的铜合金在850℃炉中保温十分钟后立刻取出，放入液压成型机内进行反挤压，挤压成棒材，将所得棒材通过多次拉拨制成所需截面尺寸的接触线，制得铜合金本体；

 六、将步骤六制得的铜合金本体，通过电镀镀上镀锡层，制得产品。

实施例1

一种高抗压双层铜合金接触线，铜合金接触线抗拉抗拉强度为450MPa，拉断力为48KN，电导率为75%IACS，其两侧设有缺口，由外层的镀锡层和内层的铜合金本体组成，位于缺口下方的铜合金本体的横截面呈扇形，在镀锡层上设有多个伸缩口，铜合金本体原料由Cu、Ni、Si、Mg、Wc、Co、Ti、Cr₂O₃和PbO组成，各物料的质量分数是：Ni0.2%、Si0.1%、Mg0.1%、Wc0.2%、Co0.2%、Ti0.1%、Cr₂O₃0.1%和PbO0.1%，其余为铜；制备的合金中Ni、Si、Mg、Wc、Co、Ti、Cr₂O₃和PbO均匀分布于铜基体。

一种高抗压双层铜合金接触线的制备方法步骤如下：

一、         将质量分数为0.2%的Ni、质量分数为0.1%Si、质量分数为0.1%的Mg、质量分数为0.2%的Wc、质量分数为0.2%的Co、质量分数为0.1%的Ti、质量分数为0.1%的Cr₂O₃、质量分数为0.1%的PbO和质量分数为98.9％的铜的粉末，按比例配好后，装入高能球磨机的不锈钢研磨罐中，混合研磨5h，真空操作，真空度不小于10^-3Pa，干燥氮气保护，制得混合粉体料；

二、将混合粉体料，送入压力机，预压成坯料，保压时间20min；

三、将预压后的坯料，送入冷等静压机中，进行压制，压力230MPa，保压10min；

四、将步骤三静压后的坯料，制成坯锭，送入真空烧结炉内烧结，氢气保护，在890℃状态下，烧制0.5小时，然后停止加热，随炉冷却4小时后，打开炉体外罩空冷至350℃，关闭氢气，通入氮气8分，出炉，制得铜合金；

五、将步骤四制得的铜合金在850℃炉中保温十分钟后立刻取出，放入液压成型机内进行反挤压，挤压成棒材，将所得棒材通过拉拨制成所需截面尺寸的接触线，制得铜合金本体；

六、将步骤六制得的铜合金本体，通过电镀镀上镀锡层，制得产品。

实施例2

一种高抗压双层铜合金接触线，铜合金接触线抗拉抗拉强度为470MPa，拉断力50KN，电导率≥72%IACS，其两侧设有缺口，由外层的镀锡层和内层的铜合金本体组成，位于缺口下方的铜合金本体的横截面呈扇形，在镀锡层上设有多个伸缩口，铜合金本体原料由Cu、Ni、Si、Mg、Wc、Co、Ti、Cr₂O₃和PbO组成，各物料的质量分数是：Ni0.5%、Si0.5%、Mg0.5%、Wc0.5%、Co0.5%、Ti0.5%、Cr₂O₃0.3%和PbO0.3%，其余为铜；制备的合金中Ni、Si、Mg、Wc、Co、Ti、Cr₂O₃和PbO均匀分布于铜基体。

一种高抗压双层铜合金接触线的制备方法步骤如下：

一、         将质量分数为0.5%的Ni、质量分数为0.5%的Si、质量分数为0.5%的Mg、质量分数为0.5%的Wc、质量分数为0.5%的Co、质量分数为0.5%的Ti、质量分数为0.3%的Cr₂O₃、质量分数为0.3%的PbO和质量分数为96.4％的铜的粉末，按比例配好后，装入高能球磨机的不锈钢研磨罐中，混合研磨25h，真空操作，真空度不小于10^-3Pa，干燥氮气保护，制得混合粉体料；

二、将混合粉体料，送入压力机，预压成坯料，保压时间35min；

三、将预压后的坯料，送入冷等静压机中，进行压制，压力280MPa，保压15min；

四、将步骤三静压后的坯料，制成坯锭，送入真空烧结炉内烧结，氢气保护，在950℃状态下，烧制0.5小时，然后停止加热，随炉冷却4小时后，打开炉体外罩空冷至350℃，关闭氢气，通入氮气12分，出炉，制得铜合金；

五、将步骤四制得的铜合金在850℃炉中保温十分钟后立刻取出，放入液压成型机内进行反挤压，挤压成棒材，将所得棒材通过拉拨制成所需截面尺寸的接触线，制得铜合金本体；

六、将步骤六制得的铜合金本体，通过电镀镀上镀锡层，制得产品。

实施例3

一种高抗压双层铜合金接触线，铜合金接触线抗拉强度为480MPa，拉断力为52KN，电导率为72%IACS，其两侧设有缺口，由外层的镀锡层和内层的铜合金本体组成，位于缺口下方的铜合金本体的横截面呈扇形，在镀锡层上设有多个伸缩口，铜合金本体原料由Cu、Ni、Si、Mg、Wc、Co、Ti、Cr₂O₃和PbO组成，各物料的质量分数是：Ni0.3%、Si0.3%、Mg0.3%、Wc0.3%、Co0.3%、Ti0.3%、Cr₂O₃0.2%和PbO0.2%，其余为铜；制备的合金中Ni、Si、Mg、Wc、Co、Ti、Cr₂O₃和PbO均匀分布于铜基体。

一种高抗压双层铜合金接触线的制备方法步骤如下：

一、         将质量分数为0.3%的Ni、质量分数为0.3%的Si、质量分数为0.3%的Mg、质量分数为0.3%的Wc、质量分数为0.3%的Co、质量分数为0.3%的Ti、质量分数为0.2%的Cr₂O₃、质量分数为0.2%的PbO和质量分数为97.8％的铜的粉末，按比例配好后，装入高能球磨机的不锈钢研磨罐中，混合研磨20h，真空操作，真空度不小于10^-3Pa，干燥氮气保护，制得混合粉体料；

二、将混合粉体料，送入压力机，预压成坯料，保压时间28min；

三、将预压后的坯料，送入冷等静压机中，进行压制，压力250MPa，保压12min；

四、将步骤三静压后的坯料，制成坯锭，送入真空烧结炉内烧结，氢气保护，在920℃状态下，烧制0.5小时，然后停止加热，随炉冷却4小时后，打开炉体外罩空冷至350℃，关闭氢气，通入氮气10分，出炉，制得铜合金；

五、将步骤四制得的铜合金在850℃炉中保温十分钟后立刻取出，放入液压成型机内进行反挤压，挤压成棒材，将所得棒材通过拉拨制成所需截面尺寸的接触线，制得铜合金本体；

六、将步骤六制得的铜合金本体，通过电镀镀上镀锡层，制得产品。

Claims (1)

1.一种高抗压双层铜合金接触线，其特征在于：铜合金接触线抗拉强度≥450MPa，拉断力≥48KN，电导率≥75%IACS，在铜合金接触线外表面的两侧，对称设有缺口（3），铜合金接触线由外层的镀锡层（1）和内层的铜合金本体（2）组成，位于缺口上下方的铜合金本体（2）的横截面均呈扇形，在镀锡层（1）上设有多个伸缩口（4），铜合金本体的原料由Cu、Ni、Si、Mg、WC、Co、Ti、Cr₂O₃和PbO组成，各物料的质量百分比是：Ni0.2-0.5%、Si0.1-0.5%、Mg0.1-0.5%、WC0.2-0.5%、Co0.2-0.5%、Ti0.1-0.5%、Cr₂O₃ 0.1-0.3%和PbO0.1-0.3%，其余为铜；制备的合金中Ni、Si、Mg、Wc、Co、Ti、Cr₂O₃和PbO均匀分布于铜基体；

所述的高抗压双层铜合金接触线的制备方法包括如下步骤如下：

将质量分数为0.2－0.5%的Ni、质量分数为0.1－0.5%的Si、质量分数为0.1－0.5%的Mg、质量分数为0.2－0.5%的WC、质量分数为0.2－0.5%的Co、质量分数为0.1－0.5%的Ti、质量分数为0.1－0.3%的Cr₂O₃、质量分数为0.1－0.3%的PbO和质量分数为96.4－98.9％的铜的粉末，按比例配好后，装入高能球磨机的不锈钢研磨罐中，混合研磨5－25h，真空操作，真空度不小于10^-3Pa，干燥氮气保护，制得混合粉体料；

二、将混合粉体料，送入压力机，预压成坯料，保压时间20－35min；

三、将预压后的坯料，送入冷等静压机中，进行压制，压力230－280MPa，保压10-15min；

四、将步骤三静压后的坯料，制成坯锭，送入真空烧结炉内烧结，氢气保护，在890-950℃状态下，烧制0.5小时，然后停止加热，随炉冷却4小时后，打开炉体外罩空冷至350℃，关闭氢气，通入氮气8-12分，出炉，制得铜合金；

五、将步骤四制得的铜合金在850℃炉中保温十分钟后立刻取出，放入液压成型机内进行反挤压，挤压成棒材，将所得棒材通过拉拨制成所需截面尺寸的接触线，制得铜合金本体；

六、将步骤五制得的铜合金本体，通过电镀镀上镀锡层，制得产品。