CN104525918A - 一种受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置及系统，包括：炉体，所述炉体下围设有旋转机构，所述旋转机构能使炉体实现逆时针、顺时针旋转；所述炉体上设有炉门、炉膛，所述炉膛内设有石墨舟，该石墨舟上设置用于放置不同原材料的两个坩埚，所述两个坩埚的原料在所述炉体旋转后混合。所述系统包括：真空压力浸渗装置以及用于将石墨舟送入炉体的叉车装置，所述整个系统置于氮气环境。本发明克服现有真空压力浸渗技术设备要求高，自动化程度受限的不足，实现受电弓浸金属碳滑板的高效率、低能耗、自动化、连续生产；实现近终成形，产品致密度高、尺寸精度高，工艺简单，可控性好。

Description

一种受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置及系统

技术领域

本发明属于受电弓滑板制备技术领域，具体地说，涉及的是一种受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置及系统。

背景技术

提高受电弓浸金属碳滑板质量，加快实现国产化，突破国外技术封锁，是目前受电弓滑板行业的重要内容。多年来，法国、德国、日本等国家都大力开展受电弓滑板的制备工艺研究。受电弓碳滑板的制备方法主要有粉末冶金、高压烧结、真空压力浸渗等，目前市场主导产品为真空压力浸渗制造的浸金属碳滑板，另外纯碳滑板占有小额市场。传统的粉末冶金滑板由于对导线损耗严重，被淘汰，纯碳滑板由于耐冲击性较差，限制了其在高速电气化铁路的应用，现在仅在低速铁路应用。而浸金属碳滑板兼具纯碳滑板材料的良好润滑性能和粉末冶金滑板的高强度、良好导电性等优点，是一种较为理想的高速列车用受电弓滑板材料。

公开号为CN102728813A的中国发明专利，提供了一种真空压力浸渗连续制备金属基复合材料的装置及方法，该装置中金属基体熔炼炉与增强体预热炉通过进液管等相关装置连接，克服了真空压力浸渗技术设备要求高、难以连续成形的不足，通过合金熔炼、定量浇注、气压浸渗和液固态致密化四个步骤进行。但是，该装置进液管的加入，造成工艺控制的复杂性和难度大幅增加。

公开号为CN100487147C的中国发明专利，提供了一种真空压力浸渗制备颗粒增强镁基复合材料的工艺，它采用将金属基体覆盖于增强体预制件上，共同放置在同一坩埚，加热并进行气压浸渗。与公开号为CN102728813A的中国发明专利相比，该装置没有了进液管，采用原位气压浸渗方法。但是原位浸渗一定程度上削弱了抽真空阶段除掉预制体孔隙中气体的能力，增加了压力浸渗过程中渗流的阻力，不利于得到致密度高的复合材料。

发明内容

本发明针对现有设备技术存在的不足，并结合受电弓滑板材料的制备需要，提出一种制备受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置及系统，克服现有真空压力浸渗技术设备要求高，自动化程度受限的不足，实现受电弓浸金属碳滑板的高效率、低能耗、自动化、连续生产；实现近终成形，产品致密度高、尺寸精度高，工艺简单，可控性好。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明提供一种受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置，包括：炉体，所述炉体下围设有旋转机构，所述旋转机构能使炉体实现逆时针、顺时针旋转；所述炉体上设有炉门、炉膛，所述炉膛内设有石墨舟，该石墨舟上设置用于放置不同原材料的两个坩埚，所述两个坩埚的原料在所述炉体旋转后混合。

优选的，所述坩埚为凹槽坩埚，更优选的，为梯形凹槽坩埚。所述凹槽坩埚是指位于石墨舟上端的两个凹槽形状。

优选的，所述石墨舟的外围为加热体、供系统加热。

优选的，所述炉门为全自动液压炉门。

优选的，所述整个装置均置于氮气环境。

本发明提供一种由上述真空压力浸渗装置构成的系统，包括：真空压力浸渗装置以及用于将石墨舟送入炉体的叉车装置，所述整个系统置于氮气环境。

所述叉车装置包括叉车，叉手前端设有伸缩爪，该叉车安放在铺设的轨道上；所述石墨舟下设有用于叉手插入的槽，叉手插入该槽将石墨舟拉出炉体。

优选的，与所述炉体下沿平行的位置设有自动支撑架，与叉车共同分担运行过程中石墨舟的重量。

优选的，所述炉体连接抽真空系统与压力系统。

本发明系统采用上述炉体旋转机构、石墨舟、自动叉车配合，并在氮气环境工作，氮气环境可以实现高温开炉取料装料，所以更有利于提高生产效率，不像普通环境下要等炉体完全冷却后才能操作。

本发明上述装置使用时，石墨舟由叉车装置沿轨道方向，相对炉体向外拉出，将经过预处理的碳条放入一个坩埚内，铜合金置于另一个坩埚内，装料完成后将石墨舟推入炉膛，关闭自动炉门；对炉膛进行抽真空，达到既定参数后开启加热，达到一定温度后关闭抽真空系统，继续加热；达到浸渗温度后，操作炉体旋转机构，使炉体逆时针旋转一角度，熔融金属流入碳条所在坩埚后，迅速顺时针旋转相应角度后归位，然后充入气体加压，完成高压浸渗过程；关闭加热系统，冷却一段时间后开启炉门，取出浸金属碳滑板。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：利用该真空压力浸渗装置，可实现材料的连续生产，同时实现短流程；该装置可实现近终成形；待渗碳条与金属合金分别放置在不同腔体中，抽真空过程使碳条空隙中的气体充分排出，提高了浸渗质量，改善材料致密度；同时，该装置结合氮气车间的使用，可实现高温开炉，而不造成炉体及滑板材料的破坏，提高了生产效率，同时改善了作业人员的工作环境。利用该真空压力浸渗装置的特点，可以使用不同种类的金属进行浸渗，如铜铬、铜钛、铜镍等。

本发明通过真空压力浸渗装置实现受电弓浸金属碳滑板的制备，全自动化生产的同时也突破了技术壁垒，提高了浸金属碳滑板的综合性能，生产出低电阻系数、高强度、高冲击韧性的产品。

附图说明

图1是本发明一较优实施例的结构示意图；

图中：炉体1，炉体后支腿2，旋转机构3，凹槽4，加热体5，石墨舟6，方槽7，炉体前支腿8，轨道9，叉车加固架10，叉车滑板11，叉车固定架12，叉车纵向滑板13，叉手14，伸缩爪15，支撑架支腿16，支撑架横梁17，支撑架横梁固定栓18，炉门19，炉门液压装置20，凸点21，排气阀门22，进气阀门23，气压罐24，真空阀门25，真空泵26。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，以下实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，为本发明的一较优实施例的受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗系统，图中箭头方向为浇注时旋转方向和复位时旋转方向。

所述系统包括真空压力浸渗装置以及叉车装置。

所述真空压力浸渗装置包括：炉体1，所述炉体1下围设有旋转机构3，所述旋转机构3能使炉体1实现逆时针、顺时针旋转；所述炉体1上设有炉门19、炉膛，所述炉膛内设有石墨舟6，该石墨舟6上设置用于放置不同原材料的两个坩埚，所述两个坩埚的原料在所述炉体1旋转后混合。

本实施例中，所述炉体1，由炉口向内依次设有加热体5，石墨舟6，石墨舟6上端结构为两个梯形凹槽坩埚。石墨舟6的外围为加热体5，供系统加热；

炉体1配备全自动液压炉门19，并由安装在炉门19上的液压装置20控制，炉门19关闭后，炉门19外延上的凸点21与炉口壁上的凹槽4紧密咬合；

本实施例中，所述旋转机构3，可以使炉体旋转，设置于炉体下端，可自动化控制。该旋转机构可以使整个炉体最大实现左右各90°旋转。

本实施例中，加热体5材质为石墨，紧邻炉体外壳，供石墨舟加热。

本实施例中，石墨舟6采用双模结构，左右两个凹槽坩埚分别放置原材料碳条和合金，位置在炉体最下端、形状如图所示，坩埚为梯形凹槽坩埚。

所述叉车装置包括叉车，叉手14前端设有伸缩爪15，该叉车安放在铺设的轨道9上；石墨舟6下端开有两个方槽7，槽7正对着炉口自动叉车的两个叉手14；与炉体下沿平行位置设有自动支撑架17，与叉车手14共同分担运行过程中石墨舟6的重量；同时，炉体1连接真空泵26与气压罐24；

所述方槽7位于石墨舟前端，位置与叉车的叉手正对，使叉手插入，以便将石墨舟从炉体中拉出。

所述轨道9，正对炉口，与炉体平行方向铺设。

所述叉手14设置有叉车加固架10，避免当叉手抬起石墨舟时承重太大而弯曲。

所述叉车的底座为叉车滑板11，叉车滑板11在轨道上方，使叉车前后滑移。叉车固定架12固定在叉车滑板上，用于叉手固定。叉车纵向滑板13使叉手上下运动。

所述叉手14与叉车固定架10垂直，固定在固定架10上，可插入石墨舟的方槽，将其拉出炉体。

所述伸缩爪15在叉手14最前端，当叉手进入石墨舟后，可将伸缩爪打开，勾住石墨舟后部，避免拉出时，石墨舟未插好而掉落。

当石墨舟拉出时，到炉体外部后，由于重量大，可将其放在支撑架上，减轻叉手的压力。支撑架横梁17为可旋转，不用的时候为收起状态，用的时候，则将其固定起来。支撑架横梁固定栓18，起到固定支撑架横梁17作用。

本实施例中，排气阀门22，压力浸渗中有高压气体充入，结束后，开启排气阀，将气体排出炉腔。

本实施例中，进气阀门23，压力浸渗中压力的来源，通过开启排气阀，使气体突然进入炉腔，加压的过程。

上述装置系统放置于氮气环境车间。装料时，石墨舟6由叉车14沿轨道9拉出，待浸碳条经过预处理后，放入石墨舟6的左坩埚内，同时，将铜合金置于石墨舟6的右坩埚内，装料完成后将石墨舟5推入炉内，复位后，关闭液压自动炉门19；开启真空泵26，对装置抽真空，达到既定真空度后，根据已制定的最佳工艺路线进行加热，达到一定温度后关闭真空泵26，继续加热；达到最终温度后，开启旋转机构3，使炉体1逆时针旋转60度，待熔融铜合金流入碳条所在坩埚后，操作旋转机构3迅速使炉体1顺时针旋转60度复位，开启进气阀门23，向装置充气加压，完成高压浸渗过程；保温一段时间后，关闭加压及加热系统；材料冷却到某一温度后，开启自动炉门19，使用叉车14将石墨舟6拉出，同时利用车间外配机械手将浸金属碳滑板取出，得到产品。

本发明采用两个坩埚，如果将原料都置于同一个坩埚中，由于原料(比如碳条)中有气孔，在抽真空的阶段不利于气体的排出，本发明将原料分开放置于两个坩埚解决该问题；另外，将原料分开放置，当工艺结束后还可以将剩余铜合金倒回，节省原材料。

本发明采用炉体旋转机构实现旋转炉体，石墨舟在炉体中，炉体转动使炉体内的石墨舟转动，进而第二坩埚中的原料(比如铜合金)可以倒入第一坩埚中的原料(比如碳条)中，实现浸渗过程。

本发明是一种受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置及系统，主要是全自动化制备受电弓浸金属碳滑板。本发明采用合理的炉膛，自动叉车，自动炉门，真空泵，气压装置及氮气车间的设计，实现受电弓浸金属碳滑板的高效率、低能耗、自动化、连续生产；实现近终成形，产品致密度高、尺寸精度高，工艺简单，可控性好；同时，改善操作人员的作业环境。

利用本发明装置，配合具体工艺得到的浸金属碳滑板的电阻率≤3.5μΩ·m、密度2.8g/cm³～3.5g/cm³、洛氏硬度≥113、抗折强度≥90MPa。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应该认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置，其特征在于，包括：炉体，所述炉体下围设有旋转机构，所述旋转机构能使炉体实现逆时针、顺时针旋转；所述炉体上设有炉门、炉膛，所述炉膛内设有石墨舟，该石墨舟上设置用于放置不同原材料的两个坩埚，所述两个坩埚的原料在所述炉体旋转后混合。

2.根据权利要求1所述的受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置，其特征在于，所述整个装置均置于氮气环境。

3.根据权利要求1所述的受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置，其特征在于，所述坩埚为凹槽坩埚。

4.根据权利要求3所述的受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置，其特征在于，所述坩埚为梯形凹槽坩埚。

5.根据权利要求1-3任一项所述的受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置，其特征在于，所述石墨舟的外围为加热体，供系统加热。

6.根据权利要求1-3任一项所述的受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗装置，其特征在于，所述炉门为全自动液压炉门。

7.一种包含上述任一项权利要求所述装置的受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗统，其特征在于，所述系统包括：真空压力浸渗装置以及用于将石墨舟送入炉体的叉车装置，所述整个系统置于氮气环境。

8.根据权利要求7所述的受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗统，其特征在于，所述叉车装置包括叉车，叉手前端设有伸缩爪，该叉车安放在铺设的轨道上；所述石墨舟下设有用于叉手插入的槽，叉手插入该槽将石墨舟拉出炉体。

9.根据权利要求8所述的受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗统，其特征在于，与所述炉体下沿平行的位置设有自动支撑架，与叉车共同分担运行过程中石墨舟的重量。

10.根据权利要求7-9任一项所述的受电弓浸金属碳滑板的真空压力浸渗统，其特征在于，所述炉体连接抽真空系统与压力系统。