CN107460361A - 一种高速列车功能分区受电弓滑板及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速列车功能分区受电弓滑板根据受电弓滑板的现场实际磨损情况对滑板进行材料构成分区：滑板前后两个边缘各四分之一区提高滑板的物理机械性能和摩擦磨损性能；滑板中部在浸金属滑板成分组成的基础上增加提高耐电弧烧蚀磨损性能的原料。本发明对滑板针对性地提高机械电气性能，降低弓网事故概率，延长滑板使用寿命。滑板两端各四分之一区域为着重加强耐机械磨损性能的S1和S3两个区域；滑板中间二分之一区域为着重加强耐电弧磨损性能的S2区域；其中，S1和S3的组分相同。
Description
技术领域
本发明涉及高速列车用受电弓滑板制备技术领域，具体的涉及一种用于列车的受电弓滑板。
背景技术
高速铁路因其污染少、准时率高、载运量大等优点，在全世界范围内得到广泛应用。而弓网关系、轮轨关系、流固耦合关系是高速列车系统的三大基础关系。其中，弓网系统作为高速列车能量供给的唯一途径，汇集了机械、电气、材料等多方面的影响因素，而受电弓滑板作为弓网系统中核心部件，在使用过程中极容易出现机械冲击、载流摩擦和电弧烧蚀，传统受电弓滑板在这种情况下容易出现断裂、掉块的现象，引发弓网故障，极大影响列车行车安全。
受电弓滑板是电力机车供电部分的重要部件，是一种要求兼具高强度、高韧性、高导电导热、低电阻、耐磨以及自润滑性能于一体的滑动电接触材料。现在，受电弓滑板的核心制备技术一直由发达国家掌握，我国对于受电弓滑板的研究起步较晚，上世纪五十年代才缓慢起步。受电弓滑板经过几十年的研究发展，在满足列车不断提速的现实情况下，由最初的纯金属滑板、粉末冶金滑板逐步发展到纯炭滑板、浸金属滑板以及正在研究的复合材料滑板。
纯金属滑板主要指铜滑板，具有机械强度高，取材方便，使用寿命长，成本低，引发弓网事故障碍概率小，但是对接触线磨耗大，尤其是对铜接触到导线磨耗严重。粉末冶金滑板具有机械强度高、电阻率低、导热性能好，以及具有一定自润滑性等优点。但其粘着磨损严重，同时抗电弧能力不足，易对滑板和接触网线造成严重烧蚀。纯炭滑板对导线磨耗低，可延长导线使用寿命，但是其固有电阻大，集电容量小，导致接触区的温度较高。浸金属滑板具有炭滑板和金属滑板的优点，但是实际情况下其导电导热性能、抗冲击能力仍然不足，相对强度较低，运行过程中容易出现掉块的现象，容易导致弓网事故。碳纤维滑板具有优良的摩擦磨损性能、力学性能和导电性能，是最合适的滑板材料，但是由于其成本较高，尚未实现规模化生产，所以现阶段不能广泛应用于高速列车上。
根据现有技术水平生产能力，采用粉末冶金法，制造一种能满足各种需求的功能分区滑板,既能满足滑板对机械磨损的要求，又能满足对电弧烧蚀磨损的要求。
发明内容
鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是根据列车受电弓滑板现场实际磨损情况，对滑板进行功能分区。滑板前后两个边缘各四分之一区域着重加强耐机械磨损的性能，中间二分之一区域着重加强耐电弧磨损的性能，使之克服现有技术的上述不足。
实现本发明目的采用的手段是：
一种高速列车功能分区受电弓滑板，根据受电弓滑板的现场实际磨损情况对滑板进行材料构成分区：滑板前后两个边缘各四分之一区域为着重加强耐机械磨损性能的两个区域，记为S1和S3；滑板中间二分之一区域为着重加强耐电弧磨损性能的S2区域；其中，S1和S3的组分相同，组分主要为：65wt％～70wt％铜粉、10wt％～12wt％铁粉、2wt％～5wt％锡粉、3wt％～5wt％铅粉、2wt％～5wt％镍粉、3wt％～5wt％石墨、1wt％～3wt％的二氧化锆、1wt％～3wt％硬脂酸锌；S2区域的组分主要为：70wt％～75wt％铜粉，8wt％～10wt％铁粉，3wt％～5wt％锡粉，3wt％～5wt％铅粉，2wt％～5wt％镍粉，5wt％～10wt％石墨，1wt％硬脂酸锌。
本发明的目的还在于，为上述高速列车功能分区受电弓滑板提供一种实施的工艺方法，具体如下：
一种高速列车功能分区受电弓滑板的制造方法，采用粉末冶金工艺对受电弓滑板分区依次完成模压-烧结-复压-成型处理，包含如下的步骤：
1)取：65wt％～70wt％铜粉，10wt％～12wt％铁粉，2wt％～5wt％锡粉，3wt％～5wt％铅粉，2wt％～5wt％镍粉，3wt％～5wt％石墨，1wt％～3wt％的二氧化锆，1wt％～3wt％硬脂酸锌粉末，在球磨机中用酒精湿混加球磨的方式混料6h左右，使之混合充分，得到混料A；
2)取：70wt％～75wt％铜粉，8wt％～10wt％铁粉，3wt％～5wt％锡粉，3wt％～5wt％铅粉，2wt％～5wt％镍粉，5wt％～10wt％石墨，1wt％硬脂酸锌一份在球磨机中用酒精湿混加球磨的方式混料6h左右，使之混合充分，得到混料B。
3)在型框中，将混料A分放入S1和S3区域，液压机在300～350MPa的压力下，使其压制成型，并保持压力1～3min；
4在3)成型的型框中S2部位混放入混料B，继续用液压机保持350～400MPa的压力将S2与S1及S3混合压制，直至两不同组分之间混合完全，在此压力下由于组分之间的润湿性，在S1及和S2的界面存在5％～10％的混料交叉区域，分别记为W1和W2；保持350～400MPa的液压机压力，直至S3部分与S1及S1和S2的混料完全相互结合在一起；
5)将4)压制完全的滑板依次在N2和H2的混合气氛下放入烧结炉中，在800℃～900℃的条件下烧结2～4h，使其三部分界面之间相互渗透，烧结成型；
6)烧结完成后，当温度大于700℃时，降温速度控制在50℃/h，700℃以下时，随炉冷却至室温。
7)将烧结冷却后的滑板进行复压，成型为目标物功能分区受电弓滑板。
采用本发明的方案和工艺，前后各四分之一滑板在原来粉末冶金受电弓滑板成分组成的基础上增加提高耐机械磨损性能的原料(二氧化锆、锡、镍等)，提高滑板的物理机械性能和摩擦磨损性能；滑板中部在浸金属滑板成分组成的基础上增加提高耐电弧烧蚀磨损性能的原料(石墨粉等)，提高滑板灭弧能力，以减少电弧烧蚀磨损。此滑板根据现场实际磨损情况，不同区域主要磨损机理不同，根据不同磨损机理对滑板针对性的提高性能，降低弓网事故概率，延长滑板使用寿命。
附图说明
图1为本发明的工艺路线图。
图2为本发明高速列车功能分区受电弓滑板分区示意图。
图3和图4为本发明受电弓滑板现场磨损照片。
具体实施方式
本发明中原料都是市售常规商品。下面通过具体的实例结合本发明中附图的各个流程，对本发明实施例中的技术方案进行详细、具体的阐述。
本发明的受电弓功能分区滑板的制备方法，包括以下步骤：
a.将受电弓滑板分为组分不同的三部分，分别记为S1、S2、S3。取S1组分质量百分比为：65wt％～70wt％铜粉、10wt％～12wt％铁粉、2wt％～5wt％锡粉、3wt％～5wt％铅粉、2wt％～5wt％镍粉、3wt％～5wt％石墨、1wt％～3wt％的二氧化锆、1wt％～3wt％硬脂酸锌；取S2组分质量百分比为：70wt％～75wt％铜粉，8wt％～10wt％铁粉，3wt％～5wt％锡粉，3wt％～5wt％铅粉，2wt％～5wt％镍粉，5wt％～10wt％石墨，1wt％硬脂酸锌一份；取S3组分质量与S1一致。
b.将上述粉末取样，分别在球磨机中用酒精湿混加球磨的方式混料6h左右，使之混合充分，得到两种不同的配料，分别记为A，B两类。其中组分S1和S3来自混料A，组分S2来自混料B。
c.将混合充分的混料A中的S1粉末组分放入液压机中，在300MPa的压力下，使其压制成型，并保持压力3min；在成型的S1混料上放入S2粉末，继续用液压机保持350MPa的压力将S2与S1混合压制，直至两不同组分之间混合完全，在此压力下由于组分之间的润湿性，在S1和S2的界面存在5％～10％的混料交叉区域，记为W1；在混合压制好的S1与S2混料上放入S3粉末，保持400MPa的液压机压力，直至S3部分与S1和S2的混料完全相互结合在一起，同样地在S2和S3的界面存在5％～10％的混料交叉区域，记为W2。
d.将压制完全的滑板依次在N2和H2的混合气氛下放入烧结炉中，在900℃的条件下烧结2h，使其三部分界面之间相互渗透，烧结成型。
e.烧结完成后，当温度大于700℃时，降温速度控制在50℃/h，700℃以下时，随炉冷却至室温。
f.将烧结冷却后的滑板进行复压，成型为功能分区受电弓滑板。
显然，所描述的实施方案仅是本发明一个实施例，但这些实施例仅是范例性的，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种高速列车功能分区受电弓滑板，其特征在于，根据受电弓滑板的现场实际磨损情况对滑板进行材料构成分区：滑板前后两个边缘各四分之一区域为着重加强耐机械磨损性能的两个区域，记为S1和S3；滑板中间二分之一区域为着重加强耐电弧磨损性能的S2区域；其中，S1和S3的组分相同，组分主要为：65wt％～70wt％铜粉、10wt％～12wt％铁粉、2wt％～5wt％锡粉、3wt％～5wt％铅粉、2wt％～5wt％镍粉、3wt％～5wt％石墨、1wt％～3wt％的二氧化锆、1wt％～3wt％硬脂酸锌；S2区域的组分主要为：70wt％～75wt％铜粉，8wt％～10wt％铁粉，3wt％～5wt％锡粉，3wt％～5wt％铅粉，2wt％～5wt％镍粉，5wt％～10wt％石墨，1wt％硬脂酸锌。
2.一种高速列车功能分区受电弓滑板的制造方法，采用粉末冶金工艺对受电弓滑板分区依次完成模压-烧结-复压-成型处理，包含如下的步骤：
1)取：65wt％～70wt％铜粉，10wt％～12wt％铁粉，2wt％～5wt％锡粉，3wt％～5wt％铅粉，2wt％～5wt％镍粉，3wt％～5wt％石墨，1wt％～3wt％的二氧化锆，1wt％～3wt％硬脂酸锌粉末，在球磨机中用酒精湿混加球磨的方式混料6h左右，使之混合充分，得到混料A；
2)取：70wt％～75wt％铜粉，8wt％～10wt％铁粉，3wt％～5wt％锡粉，3wt％～5wt％铅粉，2wt％～5wt％镍粉，5wt％～10wt％石墨，1wt％硬脂酸锌一份在球磨机中用酒精湿混加球磨的方式混料6h左右，使之混合充分，得到混料B；
3)在型框中，将混料A分放入S1和S3区域，液压机在300～350MPa的压力下，使其压制成型，并保持压力1～3min；
4)在3)成型的型框中S2部位混放入混料B，继续用液压机保持350～400MPa的压力将S2与S1及S3混合压制，直至两不同组分之间混合完全，在此压力下由于组分之间的润湿性，在S1及和S2的界面存在5％～10％的混料交叉区域，分别记为W1和W2；保持350～400MPa的液压机压力，直至S3部分与S1及S1和S2的混料完全相互结合在一起；
5)将4)压制完全的滑板依次在N2和H2的混合气氛下放入烧结炉中，在800℃～900℃的条件下烧结2～4h，使其三部分界面之间相互渗透，烧结成型；
6)烧结完成后，当温度大于700℃时，降温速度控制在50℃/h，700℃以下时，随炉冷却至室温；
7)将烧结冷却后的滑板进行复压，成型为目标物功能分区受电弓滑板。
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