CN103864429A - 一种铁路机车用受电弓滑板材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铁路机车用受电弓滑板材料及其制备方法，属于材料技术领域。选择抗压碎强度极高的沥青焦做为骨料，润滑、导电、导热性能良好的石墨粉，再添加一定比例的硬质添加剂炭黑，在高强、高残留粘结剂的作用下搅拌混匀成型、焙烧与浸渍、加工得到各项到性能极佳的滑板材料，实现了低的电阻率、良好的减磨自润滑、高强度、经济实用的新型材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁路机车用受电弓滑板材料及其制备方法，属于材料制备技术领域。
背景技术
随着铁路电力机车的迅速发展，特别是近年来电力机车在高速或重载方面的飞速发展，随着列车速度的不断提高，对受电弓滑板的综合性能提出了更高的要求。其材料主要经历了纯金属滑板、粉末冶金滑板、石墨滑板、浸金属碳滑板、金属基复合材料滑板和无机非金属基复合材料滑板等发展历程，而都在一些性能上存在不足，不论是纯金属还是浸金属和粉末冶金等滑板材料硬度相当高，普遍存在对金属接触导线亲和力大，易引起粘着磨损，接触导线磨损严重；石墨滑板电阻系数较大、集电容量小、耐冲击性能差；碳纤维增强碳滑板兼具了其强度高和减磨性，但存在制造碳纤维成本高、周期长等缺点。而滑板材料需同时满足或协调以下几个方面的性能指标：①低的电阻率和接触电阻；②足够的冲击强度；③良好的减磨、自润滑性能；④一定的耐磨性；⑤良好的耐热、耐电弧性能；⑥一定的经济性；⑦便于成型和实现量产化。目前解决这些问题，需要寻求一种硬度适中，对输电线磨损小，导电、耐热、耐电弧、自润滑性能良好，且具有一定的强度的新型材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铁路机车用受电弓滑板材料及其制备方法。选择抗压碎强度极高的沥青焦做为骨料，润滑、导电、导热性能良好的石墨粉，再添加一定比例的硬质添加剂炭黑，在高强、高残留粘结剂的作用下搅拌混匀成型、焙烧与浸渍、加工得到各项到性能极佳的滑板材料，实现了低的电阻率、良好的减磨自润滑、高强度、经济实用的新型材料。
本发明的技术方案是：
一种铁路机车用受电弓滑板材料，其特征在于：原材料采用沥青焦、炭黑、石墨粉、硬质沥青，以重量比为沥青焦∶石墨粉∶炭黑∶硬质沥青＝(75±10)∶(20±5)∶(5±1)∶(35±3)混合，挤压成型，经一浸二焙工艺制成。
进一步，所述沥青焦采用0.2-0mm粒级、200目的混合物，重量比为(30±5)∶(45±5)。
进一步，0.2-0mm粒级沥青焦纯度为70±3％；200目沥青焦纯度为75±3％；325目石墨粉纯度为80±3％；炭黑粒级在325-800目之间。
一种铁路机车用受电弓滑板材料的制备方法，包括如下步骤：
1)原材料准备：按照重量比沥青焦∶石墨粉∶炭黑∶硬质沥青＝75∶20∶5∶35，准备0.2-0mm粒级沥青焦、200目沥青焦、325目石墨粉、325-800目之间炭黑、硬质沥青，其中0.2-0mm粒级沥青焦、200目沥青焦的重量比为(30±5)∶(45±5)；
2)生坯成型：将沥青焦、炭黑、石墨粉倒入混捏锅中，搅拌60min以上，温度到110-120℃，使物料混匀，加入155-160℃已经融化静止脱水好的沥青粘接剂，再搅拌60min以上，至温度到150-155℃，出锅运至凉料设备，搅拌冷却至100-110℃，然后用挤压成型机挤出成型，放置冷却水中冷却；
3)一次焙烧：将生坯垂直、匀称装入预先制备好的铁匣钵，周围垫入细颗粒石英砂，将匣钵置入焙烧炉内，焙烧温度到1200-1250℃并保温40-48h，焙烧总计时间280-320h；
4)一次浸渍：一次焙烧制品清除表面粘接砂粒，装入浸渍框，放入预热罐预热至160-180℃，吊出后立即送入浸渍罐并抽真空，真空度大于0.075MPa，完毕后打入已融化好的185±5℃的沥青浸渍剂，利用压力泵打压，压力保持在0.9-1.2MPa之间，待将沥青浸渍剂完全浸入后，吊出后进行水冷却；
5)二次焙烧：将浸渍完毕的浸渍品装炉，焙烧220-260h，温度达到900-950℃之间保温40-48h。
进一步，步骤1中，0.2-0mm粒级沥青焦纯度为70±3％；200目沥青焦纯度为75±3％；325目石墨粉纯度为80±3％；炭黑325-800目之间。
本发明的有益效果是：在强度方面，充分利用了沥青焦强度高的特点，在配方中做为基体，充分体现出了这种材料的特性，200目沥青焦粉，325目石墨粉，超细补强炭黑都以不同的粒径充分填充基体，以便获得更加密实的结构分布，选用粒子近似球形，粒径介于10～100μm之间的补强炭黑，在增强和耐磨方面很大程度上得到了补充，此外，全配方均采用细颗粒，颗粒越细在烧结时收缩越大这一特点，在一烧温度1200-1250℃保温40-48h，生坯充分得到收缩和增强，一次浸渍工艺，再次使密度、强度增加，所选用的粘结剂为硬质沥青，具有高粘接性和高的残炭率，浸渍沥青选用的低喹啉高结焦沥青，因此，在强度方面得到了保障。在加工方面，由于成型采用细颗粒配方，各材质调配合理，加工表面细腻光滑。另一特点是补强剂选择了价格低廉的炭黑。工艺采用传统炭素工艺技术，制作周期短、成本廉价，易于实现工业化生产。
具体实施方式
此材料制备方法包括以下步骤：
1、原材料的选择和制备：选择0.2-0mm粒级沥青焦30％、200目沥青焦45％、325目石墨粉20％、超细的补强体炭黑5％、高温硬质沥青粘接剂35％。
2、生坯成型：经破碎、筛分、磨粉成不同粒级和纯度的沥青焦、炭黑和石墨粉，合计300Kg，倒入1000L混捏锅中，导热油加热并搅拌60min到110-120℃，使物料混匀，加入155-160℃已经融化静止脱水好的沥青粘接剂108kg，再搅拌60min至温度到150-155℃，出锅运至凉料设备，搅拌冷却至100-110℃，防止冷却结块，后加入315T立式挤压成型机，控制好嘴型温度、挤压压力和压速，匀速挤出成型，放置冷却水中冷却。
3、一次焙烧：将生坯垂直、匀称装入预先制备好的铁匣钵，周围垫入细颗粒石英砂，将匣钵置入18室环式炉内，制定合理焙烧曲线，焙烧温度到1200-1250℃并保温48h，焙烧总计280h，制品经预热、烧结、冷却阶段后出炉。
4、一次浸渍：一次焙烧制品清除表面粘接砂粒，装入浸渍框，放入预热罐预热至160-180℃，吊出后立即送入浸渍罐并抽真空，真空度大于0.075MPa，完毕后打入已融化好的185±5℃的沥青浸渍剂，利用压力泵打压，压力保持在0.9-1.2MPa之间，待将沥青浸渍剂完全浸入后，吊出后进行水冷却。
5、二次焙烧：将浸渍完毕的浸渍品装炉，选择合适的温度曲线，焙烧220h。900-950℃之间保温48h。
6、机加工：将制作完毕材质均质的毛坯，根据加工图纸，选择适宜的加工机床加工。
7、装配：将加工尺寸精密的产品与受电弓设备装配，用于机车输电。
委托相关具有国家资质机构检测理化指标如下：
| 项目 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 平均 |
| 密度/g.cm3 | 1.73 | 1.72 | 1.76 | 1.77 | 1.75 | 1.75 |
| 电阻率/μΩ.m | 28.7 | 28.3 | 29.5 | 30.2 | 27.8 | 28.9 |
| 冲击韧性/J.cm-2 | 0.146 | 0.163 | 0.173 | 0.16 | 0.15 | 0.158 |
| 抗压强度/MPa | 71.1 | 72.2 | 69.3 | 68.3 | 73.5 | 70.9 |
| 抗折强度/MPa | 44.8 | 45.9 | 41.6 | 37.4 | 44.6 | 42.8 |
| 肖氏硬度 | 67 | 74 | 72 | 65 | 76 | 70.8 |
磨耗性能检测指标如下：
以上对本发明进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施个例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种铁路机车用受电弓滑板材料，其特征在于：原材料采用沥青焦、炭黑、石墨粉、硬质沥青，重量比为沥青焦∶石墨粉∶炭黑∶硬质沥青＝(75±10)∶(20±5)∶(5±1)∶(35±5)，经一次浸渍两次焙烧工艺制成。
2.根据权利要求1所述的铁路机车用受电弓滑板材料，其特征在于：所述沥青焦采用0.2-0mm粒级沥青焦、200目沥青焦的混合物，重量比为0.2-0mm粒级沥青焦∶200目沥青焦＝(30±5)∶(45±5)混合，挤压成型，经一浸二焙工艺制成。
3.根据权利要求2所述的铁路机车用受电弓滑板材料，其特征在于：0.2-0mm粒级沥青焦纯度为70±3％；200目沥青焦纯度为75±3％；325目石墨粉纯度为80±3％；炭黑325-800目之间。
4.一种铁路机车用受电弓滑板材料的制备方法，包括如下步骤：
1)原材料准备：按照重量比沥青焦∶石墨粉∶炭黑∶硬质沥青＝75∶20∶5∶35，准备0.2-0mm粒级沥青焦、200目沥青焦、325目石墨粉、325-800目之间炭黑、硬质沥青，其中0.2-0mm粒级沥青焦、200目沥青焦的重量比为(30±5)∶(45±5)；
2)生坯成型：将沥青焦、炭黑、石墨粉倒入混捏锅中，搅拌60min以上，温度到110-120℃，使物料混匀，加入155-160℃已经融化静止脱水好的沥青粘接剂，再搅拌60min以上，至温度到150-155℃，出锅运至凉料设备，搅拌冷却至100-110℃，然后用挤压成型机挤出成型，放置冷却水中冷却；
3)一次焙烧：将生坯垂直、匀称装入预先制备好的铁匣钵，周围垫入细颗粒石英砂，将匣钵置入焙烧炉内，焙烧温度到1200-1250℃并保温40-48h，焙烧总计时间280-320h；
4)一次浸渍：一次焙烧制品清除表面粘接砂粒，装入浸渍框，放入预热罐预热至160-180℃，吊出后立即送入浸渍罐并抽真空，真空度大于0.075MPa，完毕后打入已融化好的185±5℃的沥青浸渍剂，利用压力泵打压，压力保持在0.9-1.2MPa之间，待将沥青浸渍剂完全浸入后，吊出后进行水冷却；
5)二次焙烧：将浸渍完毕的浸渍品装炉，焙烧220-260h，温度达到900-950℃之间保温40-48h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，0.2-0mm粒级沥青焦纯度为70±3％；200目沥青焦纯度为75±3％；325目石墨粉纯度为80±3％；炭黑325-800目之间。
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