CN105671357B - 一种铜基受电弓滑板材料及其制备方法 - Google Patents

一种铜基受电弓滑板材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种石墨烯/铜受电弓滑板材料及其制备方法，属于铜石墨烯自润滑复合材料制备技术领域。将石墨烯负载铜粉末、锡粉和铜粉、按照一定的比例混合，将以上粉体在混料机上混合均匀后，再经热压烧结即可得受电弓滑板材料。本发明以石墨烯负载铜粒子形式引入石墨烯，达到石墨烯强化相在金属基体中均匀分散、形成强界面化学结合的目的。采用该方法制备的石墨烯/铜基受电弓滑板，组织均匀，具有较好的导热性能和较高的强度和耐磨性，适于进行大批量生产。

Description

一种铜基受电弓滑板材料及其制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯-铜复合材料制备技术领域，该复合材料可用于制备电力机车受电弓滑板，属于一种交通运输车辆使用的配件。
背景技术
随着我国高速铁路的快速发展，作为高速列车最重要的集电元件，受电弓滑板的用量越来越大。高速铁路在国民经济和日常生活中发挥着重要作用，电力机车受电弓滑板是一种集高强高导耐摩擦于一体的多功能材料，是影响高速铁路发展的一种重要器件。由于石墨的自润滑等特性，石墨/铜基复合材料常用于电力机车的滑板材料，当石墨含量低时，材料的润滑性能差，速度过快与导线摩擦发热产生熔焊现象，严重磨损导线；而当石墨含量高时，虽然润滑性能满足要求，但是其力学强度不能满足高速列车的要求。随着对高速列车速度进一步提高的要求，急需开发出高强高导耐摩擦的新型材料用于制备滑板材料。利用石墨烯的高强度、高导性等优点和铜的良好延展性和成型性相结合制备出石墨烯/铜复合材料，有望成为新一代高强高导铜材料。
公开号为CN1793408A的发明专利公开了一种电力机车受电弓滑板材料及制备方法。该滑板以铜粉为基体，以镀铜碳材料粉体、镀铜碳纤维为改性组分，以铁、铬、铅的混合粉体为添加剂，将所有组分混合均匀并模压成型，再经烧结即可得滑板材料。该材料仍然属于传统的铜基粉末冶金材料，具有铜基材料对铜导线磨损严重的缺点。并且该材料导电性能，抗冲击性能和耐磨性有待进一步提高。
公开号为CN1178745A的发明专利申请公开了一种电力机车用碳-碳复合材料受电弓滑板。该滑板以镀铜碳粉末为基体材料，采用短碳纤维作为增强剂，并用热固性树脂作为粘结剂，采用湿态混合或干态混合的方法，将原料充分混合，然后进行冷压和热压成型。该滑板具有优异的摩擦磨损性能，但是冲击韧性差，电阻率高。
公开号为CNIO2031439A的发明公开了一种以镀铜碳纳米管增强受电弓滑板材料及其制备方法。将Cu、CNTs、Ti3SC2和TIB2四种原料与丙三醇混匀和烘烤后装入钢质模具，先冷压再置于氢气保护气氛的高温炉中，之后取出样品再冷压，然后在进行二次烧结。该发明工艺简单，利用现有生产设备就可以极大改善受电弓滑板材料的性能。石墨烯相比碳纳米管导电、导热性能更优，石墨烯以石墨为原料相比碳纳米管制备成本较低的优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高滑板润滑性和耐磨性，加强滑板材料强度的一种石墨烯-铜复合材料受电弓滑板材料的制备方法。
其工艺步骤包括：按照质量百分比配比原料，石墨烯负载铜复合粉含量为40-50％、锡粉的含量为5-7％，余量为基体纯铜粉，其中石墨烯负载铜的粒度为60-100μm，石墨烯负载铜中铜含量为总重量的40-60％；将原料混合均匀，混料时间为5-7小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为900℃-1000℃，压力为30-80MPa下进行热压，保压时间为30-60min，得到石墨烯-铜复合材料受电弓滑板材料。
具体实施事例：
实施例1
将铜粉、石墨烯负载铜粉和添加剂锡粉按照一定质量百分比例混合，做为润滑材料的石墨烯负载铜粒子含量为40wt％，石墨烯负载铜的粒度为60μm，其中铜含量为40％，添加剂锡的含量为5wt％，铜粉为余量，混料时间为5小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为900℃，压力为30MPa下进行热压，保压时间为30min，即可得到性能良好的电力机车受电弓滑板材料。
实施例2
将铜粉、石墨烯烯负载铜粉和添加剂锡粉按照一定质量百分比例混合，做为润滑材料的石墨烯负载铜粉的含量为45wt％，粒度为90μm，其中铜含量为60wt％，添加剂锡的含量为6wt％，铜粉为余量，混料时间为6小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为950℃，压力为45MPa下进行热压，保压时间为45min，即可得到性能良好的电力机车受电弓滑板材料。
实施列3
将铜粉、石墨烯烯负载铜粉和添加剂锡粉按照一定质量百分比例混合，做为润滑材料的石墨烯负载铜粉的含量为50wt％，粒度为100μm，其中铜含量为50wt％，添加剂锡的含量为7wt％，铜粉为余量，混料时间为7小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为1000℃，压力为55MPa下进行热压，保压时间为50min，即可得到性能良好的电力机车受电弓滑板材料。
实施例4
将铜粉、石墨烯烯负载铜粉和添加剂锡粉按照一定质量百分比例混合，做为润滑材料的石墨烯负载铜粉含量为45wt％，石墨烯负载铜的粒度为80μm，其中铜含量为55wt％，添加剂锡的含量为6wt％，铜粉为余量，混料时间为6小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为950℃，压力为50MPa下进行热压，保压时间为55min，即可得到性能良好的电力机车受电弓滑板材料。
实施列5
将铜粉、石墨烯负载铜粉和添加剂锡粉按照一定比例混合，做为润滑材料的石墨烯负载铜粉含量为45wt％，石墨烯负载铜的粒度为70μm，其中铜含量为50wt％，添加剂锡粉的含量为7wt％，铜粉为余量，混料时间为7小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为1000℃，压力为80MPa下进行热压，保压时间为60min，即可得到性能良好的电力机车受电弓滑板材料。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种石墨烯-铜受电弓滑板材料，其特征在于具体工艺步骤为：按照质量百分比配比原料：石墨烯负载铜复合粉含量为40-50％、锡粉的含量为7％，余量为基体纯铜粉，其中石墨烯负载铜的粒度为60-90μm，石墨烯负载铜中铜含量为总重量的50-60％；
将原料混合均匀，混料时间为5-7小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为900℃-1000℃，压力为30-80MPa下进行热压，保压时间为30-60min，得到石墨烯-铜复合材料受电弓滑板材料。
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