CN107346853B - 一种自降温导电耐磨复合式电刷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种高速列车接地回流装置用自降温导电耐磨复合式电刷及其制备方法。所述自降温导电耐磨复合式电刷由多孔高导电高强固定块(1)、多孔高强耐磨摩擦块(2)组成；所述多孔高导电高强固定块(1)与多孔高强耐磨摩擦块(2)的孔隙内填有降温剂；所述降温剂的熔化温度为50‑150℃；所述多孔高导电高强固定块(1)填充降温剂前，其孔隙率为10‑15％、孔径为10‑20微米；所述多孔高强耐磨摩擦块(2)填充降温剂前，其孔隙率为6‑10％、孔径为5‑10微米。本发明所设计和制备的成品的力学性能和耐磨性能优良，导电性高，具有较大载流能力，磨损率和摩擦系数低，允许线速度高，可完全满足动车组的运行要求。

Description

一种自降温导电耐磨复合式电刷及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电刷材料，具体涉及一种高速列车接地回流装置用自降温导电耐磨复合式电刷及其制备方法。
背景技术
众所周知，机车通过受电弓滑板从接触网获得特高压电源电力，以驱动机车运动，而牵引电流经车轮、轨道和大地流回牵引变电所。因此，高速动车组齿轮箱通常都安装接地装置，将车轴上的漏电电流收集起来并接地，以保护轴承和齿轮，防止其发生电蚀。接地装置则是通过接地电刷，来牵引变压器的回流线电流直接回流到车轴。作为接地装置的关键零部件，电刷性能好坏直接影响到接地装置性能的优劣，以及列车运行的安全可靠性。
石墨/铜复合材料集石墨良好的接触润滑性和低的热膨胀系数、密度以及铜的高电导率、热导率和良好的延展性为一体，因而具有优异的导电导热性，载流量大，耐磨性能高，耐电弧烧蚀和抗熔焊等性能良好，被广泛用作了高速列车的接地电刷材料。
近几年，随着电力机车的运力、时速、安全可靠性的提高，机车牵引力功率从原来(电力机车)的6400KW提高至9600KW，速度由原来的160km/h提高至250km/h(动车组)，甚至350km/h(高铁)，接地电刷的最高线速度也由20m/s(对应时速170km/h)提高到28.8m/s及以上。列车速度的大幅提高，使得电刷在与摩擦副摩擦摩擦过程中产生的摩擦热增多，摩擦面温度升高，导致石墨润滑层氧化并破坏，同时由于石墨具有耐电弧烧蚀性能，故润滑层的破坏会增大电弧发生的几率，从而导致摩擦面因电弧激发而产生电蚀坑，从而增大摩擦面的粗糙度，进而使摩擦因数增大。而且，电弧强度高而产生电弧热，摩擦表面受热变软，强度下降，致使铜基体被拔出造成质量损失，增大电刷的磨损率。
此外，在摩擦热、电阻热和电弧热的高温作用下，电刷摩擦表层的铜基体大量熔融软化，进而转移到对磨盘上，而后又粘附到电刷表而，如此反复造成了电刷和对磨盘的质量损失，显著降低了两者的使用寿命。
发明内容
本发明针对目前高速列车高功率、高速、高安全可靠性的特点，提供了一种高速列车接地回流装置用电刷，本方法制备的电刷生产工艺简单、导电性好、耐磨、自润滑性好，且使用寿命长。
本发明一种自降温导电耐磨复合式电刷，所述自降温导电耐磨复合式电刷由多孔高导电高强固定块1、多孔高强耐磨摩擦块2组成；所述多孔高导电高强固定块1与多孔高强耐磨摩擦块2的孔隙内填有降温剂；所述降温剂的熔化温度为50-150℃，进一步优选为60-100℃；所述多孔高导电高强固定块1填充降温剂前，其孔隙率为10-15％、孔径为10-20微米；所述多孔高强耐磨摩擦块(2)填充降温剂前，其孔隙率为6-10％、孔径为5-10微米。
本发明一种自降温导电耐磨复合式电刷，所述多孔高导电高强固定块1填充降温剂前，其孔隙的孔径大于所述多孔高强耐磨摩擦块2填充降温剂前所具备孔隙的孔径。
本发明一种自降温导电耐磨复合式电刷，所述多孔高导电高强固定块1所填充的降温剂的质量与多孔高强耐磨摩擦块2所填充的降温剂的质量之比为2.5-1：1。
本发明一种自降温导电耐磨复合式电刷，所述复合式石墨/铜复合材料包括高导电高强固定块1和高强耐磨摩擦块2；通过热压将高导电高强固定块1和高强耐磨摩擦块2连接成一体。
本发明一种自降温导电耐磨复合式电刷，所述高导电高强固定块以质量百分比计包括下述原料：
电解铜粉60～90％、优选为70～83％；
树脂包覆石墨粉10～40％、优选为17～30％；
所述树脂包覆石墨粉中石墨的质量百分比为50-80％；
所述高强耐磨摩擦块粗坯以质量百分比计包括下述原料：
电解铜粉60～90％、优选为70～83％；
镀铜石墨粉9.5～39％、优选为16.5～29％；
所述镀铜石墨粉中铜的质量百分比为20-60％；
耐磨相颗粒粉0.5～1％；
所述耐磨相颗粒为陶瓷颗粒，选自二氧化硅、氧化锆、碳化硅中的一种。
本发明一种自降温导电耐磨复合式电刷，所述降温剂为石蜡。
本发明一种自降温导电耐磨复合式电刷的制备方法，包括下述步骤：
步骤一高导电高强固定块粗坯的制备
所述高导电高强固定块粗坯以质量百分比计包括下述原料：
电解铜粉60～90％、优选为70～83％；
树脂包覆石墨粉10～40％、优选为17～30％；
所述树脂包覆石墨粉中石墨的质量百分比为50-80％；
所述电解铜粉的粒度为40～50μm；
所述树脂包覆石墨粉的粒度为30～40μm；
所述树脂包覆石墨粉为石墨粉与酚醛树脂有机溶剂湿混均匀、干燥、破碎、过筛后得到的粉末；
按设计组分配取电解铜粉、树脂包覆石墨粉；将二者混合均匀后，在300-500MPa压制成型；得到高导电高强固定块预压坯；
步骤二高强耐磨摩擦块粗坯的制备
所述高强耐磨摩擦块粗坯以质量百分比计包括下述原料：
电解铜粉60～90％、优选为70～83％；
镀铜石墨粉9.5～39％、优选为16.5～29％；
所述镀铜石墨粉中铜的质量百分比为20-60％；
耐磨相颗粒粉0.5～1％；
所述耐磨相颗粒为陶瓷颗粒，选自二氧化硅、氧化锆、碳化硅中的一种；
所述电解铜粉的粒度为40～50μm；
所述镀铜石墨粉的粒度为30～40μm；
所述耐磨相颗粒粉的粒度为20～45μm、优选为30～40μm。
所述镀铜石墨粉为采用化学镀方法在石墨粉表面镀覆铜层得到的粉末；
按设计组分配取电解铜粉、镀铜石墨粉、耐磨相颗粒粉；将三者混合均匀后，在400-600MPa压制成型；得到高强耐磨摩擦块预压坯；
步骤三热压成型
将高导电高强固定块粗坯与高强耐磨摩擦块粗坯的待连接面打磨至表面粗糙度Ra 0.5～2.5μm，清洗、烘干；然后将高导电高强固定块粗坯与高强耐磨摩擦块粗坯的待连接面贴合并沿贴合面的垂直方向施加20～40MPa的压力，热压，热压温度为800～920℃，保温时间为5～10分钟，之后卸压，冷却，得到复合式石墨/铜复合材料连接件坯体；
步骤四
将步骤三所得复合式石墨/铜复合材料连接件坯体；浸渍于熔融的降温剂中，在真空条件下进行浸渍；得到自降温导电耐磨复合式电刷。
本发明一种自降温导电耐磨复合式电刷的制备方法，
当降温剂为石蜡时，步骤四中，控制浸渍温度为60-180℃，优选为60-100℃，进一步优选为60-80℃，真空度为10-2-10-3MPa、浸渍时间为1-3小时、进一步优选为1-2小时。
作为优选方案，本发明一种自降温导电耐磨复合式电刷的制备方法，制备高导电高强固定块预压坯压制压力小于制备高强耐磨摩擦块预压坯的压力。
本发明一种自降温导电耐磨复合式电刷的制备方法，所制备的自降温导电耐磨电刷的抗弯强度为110-130MPa、肖氏硬度为52-60、20℃电阻率2-4.2μΩ*cm、摩擦系数为0.05-0.06、50小时的磨损值为1.5-1.8mm3、50小时的接触电压降为0.1-0.13V。
原理和优势：
本发明的自降温导电耐磨电刷首次尝试了采用复合式结构，其针对电刷各部分的使用特性，将其分为了高导电高强固定块和高强耐磨摩擦块。靠近对磨摩擦盘一侧需要材料具有优异的力学性能，特别是耐磨性能，因此选用镀铜石墨粉和耐磨相颗粒粉，结合电解铜粉压制-烧结得到铜呈三维网络结构、耐磨相均匀镶嵌的石墨/铜复合材料，作为电刷的高强耐磨摩擦块部分，提高电刷整体的抗磨损性能。而远离磨摩擦盘一端则需要具有优异的导电、导热性能，以及一定的力学性能的材料，因此远离对磨摩擦盘的一端选用树脂包覆石墨粉和电解铜粉压制-烧结得到高导电、高强度的石墨/铜复合材料，该部分对电刷起到了有效的支撑连接作用，以及优异的导电导热作用，且不需要添加耐磨相。
同时本发明所设计的高导电高强固定块还是一个很好的降温剂储藏器；但由于的降温剂一般会提升电刷的电阻率，所以必须寻求一个合理的平衡点；而本发明控制多孔高导电高强固定块1填充降温剂前的孔隙率为10-15％；达到了逼近该平衡点的目的。同时控制多孔高导电高强固定块1中孔隙的孔径为10-20微米以及多孔高强耐磨摩擦块2的孔径为5-10微米，在确保电刷强度的同时，保证使用时液化的降温剂能很好的由多孔高导电高强固定块进入多孔高强耐磨摩擦块中以弥补多孔高强耐磨摩擦块中挥发掉的降温剂。本发明控制多孔高强耐磨摩擦块中的孔径，其另外一个目的在于：电刷使用时，利用孔径的内壁吸附液态降温剂，使得降温剂的脱离温度适当升高；进而提升其带走热量的能力(即电刷使用时，气化的降温剂是属于过热状态的)。除此之外，通过控制二者的孔隙率还能适当的减缓降温剂的脱离速度；进而达到在保证电刷能正常使用的前提下，尽可能的提升其使用寿命。
本发明控制多孔高强耐磨摩擦块以及多孔高导电高强固定块的通空率是为了确保降温剂能够顺利浸入其中。同时控制多孔高强耐磨摩擦块的孔径，是为了确保使用时；液态的降温剂不直接滴入与电刷接触的器具上，这为保证整个设备高精度、长寿命的使用提供了了必要条件。由于控制多孔高强耐磨摩擦块的孔径以及通孔率；在电刷使用时，磨损下来的细微颗粒自然或堵死电刷摩擦面上的细小微孔；这就从最大程度上降低了液态或气态降温剂附着于摩擦副上的概率。
本发明，多孔高强耐磨摩擦块以及多孔高导电高强固定块的主要成分基本一致；通过适当的热压后，可以得到剪切强度较高，结合致密较为合理的界面。
本发明在设计和制备高强耐磨石墨/铜复合材料(多孔高强耐磨摩擦块)时，采用电解铜粉作为主要铜源，所用电解铜粉在压制以及热压过程中会产生少量的孔隙，同时所得孔隙的孔径也远远小于高导电高强石墨/铜复合材料(即多孔高导电高强固定块)中的孔径。同时在制备多孔高强耐磨摩擦块采用镀铜后的石墨，这些镀铜后的石墨能够更紧密地结合于三维网状结构的铜基体中，铜基体与石墨的界面结合力增强，材料的导电性显著提高，石墨在载流摩擦中减少剥落而提高润滑性能，终使材料的磨损率减小。
本发明选用了合适的耐磨相颗粒，如二氧化硅的加入既可降低电刷材料本身的磨损量，也可以降低对磨盘的磨耗。而且，适量的二氧化硅不会大幅度增大摩擦系数，这样就可以减少发热与能耗，利于延长金属石墨电刷的使用寿命。
此外，本发明选用了粒度合适的电解铜粉、表面改性的石墨粉和耐磨相颗粒，这有利于提高了烧结铜坯体对耐磨相颗粒的夹持能力，充分发挥了耐磨相颗粒的耐磨损作用。
本发明在设计和制备高导电高强石墨/铜复合材料(即多孔高导电高强固定块)时，通过设计原料的组成以及各原料的粒径，确保其功能能得以实施；同时采用树脂包覆石墨粉作为原料并控制其树脂的用量，是为了利用树脂高温碳化后形成活性炭的过程中所产生的气体，为多孔高导电高强固定块提供合适的孔隙以及孔径和通孔率；除此之外，活性炭生成后，还可以显著提高材料的导电性能。
本发明优选选择石蜡作为降温剂，虽然石蜡的电阻率(3.0×1016Ω·m，20℃)远高于铜(1.7×10-8Ω·m，20℃)，添加一定量会导致室温时材料整体的导电性略微降低。但是石蜡也是很好的储热材料，其比热容为2.14～2.9J·g-1·K-1，熔化热为200～220J·g-1。石蜡受热熔化时能吸收大量热量，实现材料整体的控温，并借助空气很快带走吸收的大量热量。众所周知，温度升高，铜电子的迁移率下降，铜的导电性能显著降低。如温度为20℃时，铜的导电率为58×10-6ohm-1·m-1，50℃时，铜的导电率降低至50×10-6ohm-1·m-1，100℃时，则快速至40×10-6ohm-1·m-1。此外，温度升高，铜基体的强度也会降低。因此，降低石墨/铜复合材料整体的温度，对于保持材料的导电性十分有利。目前，电刷的使用时的温度为60～90℃，在这个温度下，石蜡开始融化，虽然石蜡的添加会一定程度略微降低材料的导电性，但适量的石蜡在特殊机构条件下是会使得材料快速降温，保证了石墨/铜复合材料的高导电性能和高的强度。
总之，本发明具有制备工艺简单、所得产品性能优良，便于大规模的工业化应用。
附图说明
附图1为本发明提供的自降温导电耐磨复合式电刷的制备流程图；
附图2为本发明提供的自降温导电耐磨复合式电刷的结构示意图
附图3为对比例3制备的电刷中石墨和铜的分布情况图；
附图4为对比例3制备的电刷中铜基体对二氧化硅的加持情况图；
附图5为实施例1制备的复合式电刷上部高导电高强固定块中石墨和铜的分布情况图；
附图6为实施例1制备的复合式电刷下部高强耐磨摩擦块中石墨和铜的分布情况，以及铜基体对二氧化硅的加持情况图；
附图7为对比例4制备的电刷摩擦后表面的SEM形貌；
附图8为实施例1制备的复合式电刷摩擦后表面的SEM形貌。
从图1中可以看出自降温导电耐磨复合式电刷的制备流程图。具体为：首先，分别将树脂包覆石墨粉与电解铜粉，以及镀铜石墨粉、电解铜粉和耐磨相颗粒粉末按一定比例进行干混，再将混合粉压制成坯体后，经氢气气氛烧结，分别得到高导电高强和高强耐磨石墨/铜复合材料多孔坯体，然后将两者热压成一体；最后将多孔坯体真空浸渍石蜡，得到自降温导电耐磨复合式电刷材料。
从图2中可以看出本发明方案设计的自降温导电耐磨复合式电刷包括孔径大、高孔隙度、高导电、高强固定块1和孔径小、较高孔隙度、高强耐磨摩擦块2。电刷靠近上部高导电、高强固定块1处接入刷辫3。
由图3和图4可知，压制压力过低，铜粉间的接触较少，烧结后，铜的网络结构形成不连续。而且由于石墨粒度过大，耐磨相二氧化硅颗粒部分卡在铜基体中，但绝大部分分布在石墨或是石墨与铜基体的夹缝中。
由图5和图6可知，本发明所制备的金属石墨电刷铜基体的网络结构连通更好，石墨和铜的分布很均匀，且铜基体对耐磨相二氧化硅的夹持能力较好。
图7和图8分别为对比例4和实施例1的电刷材料在滑动速度为50m·s-1下磨损表而的SEM形貌。由图可知，未浸渍石蜡的电刷的摩擦表面沿滑动方向出现了明显的交替裂口和凹穴，而浸渍石蜡的电刷的表而很光滑，可见摩擦过程中摩擦面润滑良好。
具体实施方式
对比例1
本对比例1中所制备的电刷，以质量百分比计包括下述组分：
电解铜粉75％、鳞片石墨粉25％。电解铜粉的粒度为45μm，鳞片石墨粉的粒度为50μm。
将配制的鳞片石墨粉和电解铜粉在V型混料机中混合6h，得到混合粉料。之后将混合粉料在室温下进行冷压成型，压制压力为300MPa，保压时间为20s，制备的压坯在氢气气氛保护下，在950℃烧结2h，炉子的升温速率与降温速率均为12℃/min，得到对比试样1。测试结果见表1。所述复合坯体的孔隙率为20～28％、孔径为20-30微米。
由于将铜粉和石墨粉直接干混、压制、烧结，石墨和铜机械啮合很弱，在材料内部无法形成连续的铜网结构，电刷的强度、硬度和电导率极低，耐磨性能很差。
对比例2
本对比例2中所制备的电刷，以质量百分比计包括下述组分：
电解铜粉65％、镀铜石墨粉34％。电解铜粉的粒度为45μm，镀铜石墨粉的粒度为40μm。镀铜石墨粉中，铜的质量百分比为35％。
将配制的镀铜石墨粉和电解铜粉在V型混料机中混合6h，得到混合粉料。之后将混合粉料在室温下进行冷压成型，压制压力为450MPa，保压时间为20s，制备的压坯在氢气气氛保护下，在950℃烧结2h，炉子的升温速率与降温速率均为12℃/min，得到对比试样2。测试结果见表1。所述复合坯体的孔隙率为5～10％、孔径为5-10微米。
虽然材料的力学性能和电阻较高，但由于未添加耐磨颗粒，材料耐磨性较差。
对比例3
本对比例3中所制备的电刷，以质量百分比计包括下述组分：
电解铜粉75％、树脂包覆石墨粉24％、二氧化硅粉1％。电解铜粉的粒度为45μm，树脂包覆石墨粉的粒度为50μm，二氧化硅粉的粒度为40μm。树脂包覆石墨粉中，石墨的质量百分比为80％。
将配制的树脂包覆石墨粉、电解铜粉和二氧化硅在V型混料机中混合6h，得到混合粉料。之后将混合粉料在室温下进行冷压成型，压制压力为250MPa，保压时间为20s，制备的压坯在氢气气氛保护下，在950℃烧结2h，炉子的升温速率与降温速率均为10～15℃/min，得到对比试样3。测试结果见表1。所述复合坯体的孔隙率为20～30％、孔径为15-30微米。
当压制压力较小时，铜粉间的接触较少，烧结后，铜的网络结构形成不连续。而且由于石墨粒度过大，二氧化硅颗粒部分卡在铜基体中，但绝大部分分布在石墨或是石墨与铜基体的夹缝中。这类未能固定的二氧化硅颗粒在与对磨盘发生摩擦时，极易脱落或是留在对磨盘上，反而提高了电刷本身的磨损。
对比例4
本对比例4中所制备的电刷，以质量百分比计包括下述组分：
电解铜粉60％、镀铜石墨粉34％、二氧化硅粉1％。电解铜粉的粒度为45μm，镀铜石墨粉的粒度为40μm。镀铜石墨粉中，铜的质量百分比为40％。
将配制的镀铜石墨粉、电解铜粉和二氧化硅粉在V型混料机中混合6h，得到混合粉料。之后将混合粉料在室温下进行冷压成型，压制压力为450MPa，保压时间为20s，制备的压坯在氢气气氛保护下，在950℃烧结2h，炉子的升温速率与降温速率均为12℃/min，得到对比试样4。测试结果见表1。所述复合坯体的孔隙率为5～10％、孔径为5-10微米。
以镀铜石墨粉和电解铜粉为原料，添加了适量的二氧化硅耐磨相后，材料烧结致密，铜的三维网络结构较好，因此力学性能、导电和耐磨性均较理想。
对比例5
本对比例5中所制备的电刷，以质量百分比计包括下述组分：
电解铜粉60％、镀铜石墨粉34％、二氧化硅粉1％。
电解铜粉75％、树脂包覆石墨粉25％。
电解铜粉的粒度为45μm，树脂包覆石墨粉的粒度为40μm，镀铜石墨粉的粒度为40μm，二氧化硅粉的粒度为40μm。镀铜石墨粉中，铜的质量百分比为40％。树脂石墨粉中，石墨的质量百分比为80％。
分别将配制的树脂包覆石墨粉和电解铜粉，以及镀铜石墨粉、电解铜粉和二氧化硅在V型混料机中混合6h，得到混合粉料。之后将混合粉料在室温下进行冷压成型，树脂包覆石墨粉、电解铜粉混合粉料的压制压力为400MPa，镀铜石墨粉、电解铜粉和二氧化硅混合粉料的压制压力为500MPa，保压时间均为20s。制备的压坯在氢气气氛保护下，在950℃烧结2h，炉子的升温速率与降温速率均为10～15℃/min，得到两种烧结坯体。将两种烧结坯体的待连接面用砂纸打磨，使表面粗糙度Ra 1.0μm，然后用无水乙醇擦洗表面并干燥后，将待连接面贴合并沿贴合面的垂直方向施加40MPa的压力，在空气中进行热压，热压温度为900℃，保温时间为10分钟，之后卸压，自然冷却，得到多孔高导电高强固定块/多孔高强耐磨摩擦块复合坯体，即对比试样5。测试结果见表1。所述多孔高导电高强固定块/多孔高强耐磨摩擦块复合坯体中；多孔高导电高强固定块孔隙率为15％、孔径为10-20微米；所述多孔高强耐磨摩擦块的孔隙率为10％、孔径为5-10微米。
对比例6
本对比例6中制备的电刷，以质量百分比计包括下述组分：
电解铜粉60％、镀铜石墨粉34％、二氧化硅粉1％。电解铜粉的粒度为45μm，镀铜石墨粉的粒度为40μm。镀铜石墨粉中，铜的质量百分比为40％。
将配制的镀铜石墨粉、电解铜粉和二氧化硅在V型混料机中混合6h，得到混合粉料。之后将混合粉料在室温下进行冷压成型，压制压力为500MPa，保压时间为20s，制备的压坯在氢气气氛保护下，在950℃烧结2h，炉子的升温速率与降温速率均为10～15℃/min，得到密度为5.50g/cm3，孔径为5-10微米，孔隙度10％的多孔坯体。最后将多孔坯体在真空炉中进行浸渍石蜡处理，浸渍温度为80℃，真空度为10-2MPa、浸渍时间为2小时，得到对比例6样件。测试结果见表1。
对比例7
本对比例7中制备的电刷，以质量百分比计包括下述组分：
电解铜粉75％、树脂包覆石墨粉24％、二氧化硅粉1％。电解铜粉的粒度为45μm，树脂包覆石墨粉的粒度为40μm，二氧化硅粉的粒度为40μm。树脂包覆石墨粉中，石墨的质量百分比为80％。
将配制的树脂包覆石墨粉、电解铜粉和二氧化硅在V型混料机中混合6h，得到混合粉料。之后将混合粉料在室温下进行冷压成型，压制压力为500MPa，保压时间为20s，制备的压坯在氢气气氛保护下，在950℃烧结1h，炉子的升温速率与降温速率均为10～15℃/min，得到密度为5.38g/cm3，孔径为10-20微米，孔隙度15％多孔坯体。最后将多孔坯体在真空炉中进行浸渍处理，浸渍温度为80℃，真空度为10-2MPa、浸渍时间为2小时，得到对比例7样件。测试结果见表1。
实施例1
本实施例1中制备电刷所用原料粉末成分、含量与对比例5完全一致。区别在于本实施例烧结后进行了浸渍石蜡处理。浸渍处理条件为，浸渍温度为80℃，真空度为10-2MPa、浸渍时间为2小时，得到实施例1样件。测试结果见表1。
实施例2
本实施例2中所制备的电刷，以质量百分比计包括下述组分：
电解铜粉75％、镀铜石墨粉24％、二氧化硅粉1％。
电解铜粉75％、树脂包覆石墨粉25％。
电解铜粉的粒度为45μm，树脂包覆石墨粉的粒度为40μm，镀铜石墨粉的粒度为40μm，二氧化硅粉的粒度为40μm。镀铜石墨粉中，铜的质量百分比为40％。树脂石墨粉中，石墨的质量百分比为80％。
分别将配制的树脂包覆石墨粉和电解铜粉，以及镀铜石墨粉、电解铜粉和二氧化硅在V型混料机中混合6h，得到混合粉料。之后将混合粉料在室温下进行冷压成型，树脂包覆石墨粉、电解铜粉混合粉料的压制压力为400MPa，镀铜石墨粉、电解铜粉和二氧化硅混合粉料的压制压力为550MPa，保压时间均为20s。制备的压坯在氢气气氛保护下，在950℃烧结2h，炉子的升温速率与降温速率均为10～15℃/min，得到两种烧结坯体。将两种烧结坯体的待连接面用砂纸打磨，使表面粗糙度Ra 1.0μm，然后用无水乙醇擦洗表面并干燥后，将待连接面贴合并沿贴合面的垂直方向施加40MPa的压力，在空气中进行热压，热压温度为920℃，保温时间为10分钟，之后卸压，自然冷却，得到多孔高导电高强固定块/多孔高强耐磨摩擦块复合坯体，即实施例2。测试结果见表1。所述多孔高导电高强固定块/多孔高强耐磨摩擦块复合坯体中；多孔高导电高强固定块孔隙率为15％、孔径为10-20微米；所述多孔高强耐磨摩擦块的孔隙率为9％、孔径为5-10微米。
由表1数据可知，本发明材料制备的复合式电刷的导电和耐磨性能优异，一对电刷接触压降低，允许通过的工作电流大，防止温升过高，确保轴箱与电刷的正常工作，强度和硬度高，磨损率和摩擦系数低，允许线速度高，可完全满足动车组的运行要求。
表1对比例和实施例制备的电刷的性能值

Claims (8)

1.一种自降温导电耐磨复合式电刷，其特征在于：所述自降温导电耐磨复合式电刷由多孔高导电高强固定块（1）、多孔高强耐磨摩擦块（2）组成；所述多孔高导电高强固定块（1）与多孔高强耐磨摩擦块（2）的孔隙内填有降温剂；所述降温剂的熔化温度为50-150℃；所述多孔高导电高强固定块（1）填充降温剂前，其孔隙率为10-15%、孔径为10-20微米；所述多孔高强耐磨摩擦块（2）填充降温剂前，其孔隙率为6-10%、孔径为5-10微米；所述多孔高导电高强固定块1填充降温剂前，其孔隙的孔径大于所述多孔高强耐磨摩擦块2填充降温剂前所具备孔隙的孔径；
所述多孔高导电高强固定块（1）所填充的降温剂的质量与多孔高强耐磨摩擦块（2）所填充的降温剂的质量之比为2.5-1：1；
所述高导电高强固定块以质量百分比计包括下述原料：
电解铜粉60～90％；
树脂包覆石墨粉10～40％；
所述树脂包覆石墨粉中石墨的质量百分比为50-80%；
所述高强耐磨摩擦块粗坯以质量百分比计包括下述原料：
电解铜粉60～90％；
镀铜石墨粉9.5～39％；
所述镀铜石墨粉中铜的质量百分比为20-60%；
耐磨相颗粒粉0.5～1％；
所述耐磨相颗粒为陶瓷颗粒，选自二氧化硅、氧化锆、碳化硅中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种自降温导电耐磨复合式电刷；其特征在于：通过热压将高导电高强固定块（1）和高强耐磨摩擦块（2）连接成一体。
3.根据权利要求1所述的一种自降温导电耐磨复合式电刷；其特征在于：
所述高导电高强固定块以质量百分比计包括下述原料：
电解铜粉 70～83%；
树脂包覆石墨粉 17～30%；
所述树脂包覆石墨粉中石墨的质量百分比为50-80%；
所述高强耐磨摩擦块粗坯以质量百分比计包括下述原料：
电解铜粉 70～83%；
镀铜石墨粉 16.5～29%；
所述镀铜石墨粉中铜的质量百分比为20-60%；
耐磨相颗粒粉0.5～1％；
所述耐磨相颗粒为陶瓷颗粒，选自二氧化硅、氧化锆、碳化硅中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种自降温导电耐磨复合式电刷；其特征在于：所述降温剂为石蜡。
5.一种制备如权利要求1所述的自降温导电耐磨复合式电刷的方法；其特征在于包括下述步骤：
步骤一高导电高强固定块粗坯的制备
所述高导电高强固定块粗坯以质量百分比计包括下述原料：
电解铜粉60～90％；
树脂包覆石墨粉10～40％；
所述树脂包覆石墨粉中石墨的质量百分比为50-80%；
所述电解铜粉的粒度为40~50μm；
所述树脂包覆石墨粉的粒度为30~40μm；
所述树脂包覆石墨粉为石墨粉与酚醛树脂有机溶剂湿混均匀、干燥、破碎、过筛后得到的粉末；
按设计组分配取电解铜粉、树脂包覆石墨粉；将二者混合均匀后，在300-500MPa压制成型；得到高导电高强固定块预压坯；
步骤二高强耐磨摩擦块粗坯的制备
所述高强耐磨摩擦块粗坯以质量百分比计包括下述原料：
电解铜粉60～90％；
镀铜石墨粉9.5～39％；
所述镀铜石墨粉中铜的质量百分比为20-60%；
耐磨相颗粒粉0.5～1％；
所述耐磨相颗粒为陶瓷颗粒，选自二氧化硅、氧化锆、碳化硅中的一种；
所述电解铜粉的粒度为40~50μm；
所述镀铜石墨粉的粒度为30~40μm；
所述耐磨相颗粒粉的粒度为20~45 μm；
所述镀铜石墨粉为采用化学镀方法在石墨粉表面镀覆铜层得到的粉末；
按设计组分配取电解铜粉、镀铜石墨粉、耐磨相颗粒粉；将三者混合均匀后，在400-600MPa压制成型；得到高强耐磨摩擦块预压坯；
步骤三热压成型
将高导电高强固定块粗坯与高强耐磨摩擦块粗坯的待连接面打磨至表面粗糙度Ra0.5～2.5 μm，清洗、烘干；然后将高导电高强固定块粗坯与高强耐磨摩擦块粗坯的待连接面贴合并沿贴合面的垂直方向施加 20～40 MPa的压力，热压，热压温度为800~920 ℃，保温时间为 5~10 分钟，之后卸压，冷却，得到复合式石墨/铜复合材料连接件坯体；
步骤四
将步骤三所得复合式石墨/铜复合材料连接件坯体；浸渍于熔融的降温剂中，在真空条件下进行浸渍；得到自降温导电耐磨复合式电刷。
6.根据权利要求5所述的一种自降温导电耐磨复合式电刷的制备方法，其特征在于：
所述高导电高强固定块粗坯以质量百分比计包括下述原料：
电解铜粉 70～83%；
树脂包覆石墨粉 17～30%；
所述树脂包覆石墨粉中石墨的质量百分比为50-80%；
所述高强耐磨摩擦块粗坯以质量百分比计包括下述原料：
电解铜粉70～83%；
镀铜石墨粉16.5～29%。
7.根据权利要求5所述的一种自降温导电耐磨复合式电刷的制备方法，其特征在于：
当降温剂为石蜡时，步骤四中，控制浸渍温度为60-180℃、真空度为10-2-10-3MPa、浸渍时间为1-3小时。
8.根据权利要求5所述的一种自降温导电耐磨复合式电刷的制备方法，其特征在于：
所制备的自降温导电耐磨电刷的抗弯强度为110-130 MPa、肖氏硬度为52-60、20℃电阻率2-4.2 μΩ*cm、摩擦系数为0.05-0.06、50小时的磨损值为1.5-1.8 mm3、50小时的接触电压降为0.1-0.13 V。
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