CN107556056A - 一种磁悬浮列车用碳滑块的浸渍金属方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁悬浮列车用碳滑块的浸渍金属方法，包括：在加热条件下，将浸渍金属原料熔融混合均匀，制得浸渍金属液体；将碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800‑1000℃，再将浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没；将所述石墨坩埚置于压机中，通过密封罩使坩埚与外部成密封状态；对所述坩埚进行加压，将空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即得。应用本发明方法制备的碳滑块强度好，稳定性好，环境适应性高，加工性能好，导电性能、导热性能良好，使用寿命长，并且具有良好的物理、力学、化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮列车第三轨碳滑块，特别是涉及一种磁悬浮列车用碳滑块材料的浸渍金属方法，属于城市轨道交通配件领域。
背景技术
磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线的电磁力牵引列车运行。随着国家经济实力的不断增强和人们生活水平的提高，必须提高轨道交通的运输能力以适应经济发展和民生需求，德国、日本、美国等国家已经展开了磁悬浮列车的开发研究，德国和日本去的了比较大的成就。目前，我国已经在上海、长沙等地开通了磁悬浮列车，且运行良好。由于磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点，因此前景十分广阔。常导磁悬浮列车可达400-500公里/小时，超导磁悬浮列车可达500-600公里/小时。
磁悬浮列车在高速运行的过程中，通过碳滑块与第三轨接触，由于磁悬浮列车运行速度极高，因此，对碳滑块的导电性、耐磨性和硬度有极高的要求。目前针对磁悬浮列车用碳滑块的研究几乎没有，现有的碳滑块大多为粉末冶金碳滑块，由于粉末冶金滑板材料硬、摩擦系数大，对轨道磨损严重，以及本身材料特性，在运行过程容易造成掉边，掉块等现象，及容易造成停车以及导电性能差等现象，而且价格偏高。
发明内容
本发明的首要目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种磁悬浮列车用碳滑块的浸渍金属方法，本发明方法制备的碳滑块复合材料强度好，耐磨、耐压、稳定、润滑性好，环境适应性高，机械加工性能好，导电性能、导热性能良好，使用寿命长，并且具有良好的物理、力学、化学性能。
为实现本发明的目的，本发明提供一种磁悬浮列车用碳滑块的浸渍金属方法，包括：
在加热条件下，将浸渍金属原料熔融混合均匀，制得浸渍金属液体；
将碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没；
将所述石墨坩埚置于压机中，通过密封罩使坩埚与外部成密封状态；
对所述坩埚进行加压，将空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即得。
其中，所述浸渍金属原料包括金属原料、硅块和木炭。
特别是，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比为：硅3-5、木炭0.5-2、金属原料80-120。
尤其是，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比优选为：硅3.5-5、木炭1-2、金属原料89-120。
尤其是，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比优选为：硅3-4.5、木炭0.5-1.5、金属原料80-111。
特别是，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比优选为：硅3.5-4.5、木炭1-1.5、金属原料89-111。
尤其是，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比优选为：硅3.5-4、木炭1-1.5、金属原料89-100。
特别是，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比优选为：硅4-4.5、木炭1.5-2、金属原料100-111。
特别是，所述硅为纯度≥95％的无定型硅，硅的熔点高、硬度大，具有半导体性质；由于硅材料张力小，密度比铜小，会漂浮在铜水上面，因此本发明中硅主要缓慢铜水合金的凝固，使后期方便取用。
尤其是，所述木炭为普通木炭，其作用是防止合金氧化，并防止碳滑块浸渍金属材料在高温操作过程中的氧化。
其中，所述金属原料包括紫铜、锡和铅。
特别是，所述紫铜、锡和铅的重量份配比为：紫铜60-80、锡10-20、铅10-20。
尤其是，所述紫铜为工业纯铜，熔点为1083℃，含铜量≥99.9％。
紫铜的含铜量高，导电性、导热性都较好，且耐蚀，可大大提高浸渍金属材料的导电性能。
特别是，所述锡为锡锭，纯度≥99.95％。
锡可以增加材料的耐磨损性能，抗腐蚀性和适度的强度。
尤其是，所述镍为银白色金属，纯度≥90％。
镍具有磁性和良好的可塑性，耐腐蚀性能好，是常用的合金金属。镍在材料里面主要是增加材料的体积密度，以及增加材料的润滑性能！
其中，所述的将浸渍金属原料熔融混合均匀，制得浸渍金属液体包括：
将紫铜板、锡锭、铅块、硅块置于温度为500-600℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1300-1500℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体。
其中，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和铅的重量份配比为：硅3-5、木炭0.5-2、紫铜60-80、锡10-20、铅10-20。
特别是，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和铅的重量份配比为：硅3.5-5、木炭1-2、紫铜65-80、锡12-20、铅12-20。
尤其是，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和铅的重量份配比为：硅3-4.5、木炭0.5-1.5、紫铜60-75、锡10-18、铅10-18。
特别是，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和铅的重量份配比为：硅3.5-4.5、木炭1-1.5、紫铜65-75、锡12-18、铅12-18。
尤其是，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和铅的重量份配比为：硅3.5-4、木炭1-1.5、紫铜65-70、锡12-15、铅12-15。
特别是，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和铅的重量份配比为：硅4-4.5、木炭1.5-2、紫铜70-75、锡15-18、铅15-18。
其中，将碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将温度为1300-1500℃的浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没。
特别是，所述浸渍金属液体将所述碳滑块材料浸没2cm左右。
尤其是，将所述石墨坩埚置于650吨的压机中，通过密封罩使坩埚与外部成密封状态
其中，对所述坩埚进行加压，将空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部。
特别是，所述空气加压的压力为60-70MPa。
尤其是，所述加压的时间为20-40s。
本发明碳滑块的浸渍金属方法具有如下优点和有益技术效果：
1、本发明的碳滑块浸渍金属方法制备的碳滑块复合材料强度好，稳定性好，环境适应性高，加工性能好，导电性能、导热性能良好，使用寿命长，并且具有良好的物理、力学、化学性能。
2、本发明方法选择硅作为添加，可以防止铜水合金在过程中缓慢其凝固，使其产品后期方便取用。
3、本发明方法选择木炭作为添加，可以防止合金氧化，并防止碳滑块浸渍金属材料在高温操作过程中的氧化。
4、本发明方法选择紫铜、锡、铅作为金属原料，可以提高材料的导电性能、导热性能。
5、本发明碳滑块的浸渍金属方法简单，制备工艺简单，产品质量稳定效果明显，并且使用方便。
具体实施方式
以下结合实施例对发明进行说明。本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
(1)按照如下重量份配比备料
(2)制备浸渍液体
将紫铜板、锡锭、铅块、硅块置于温度为550℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1400℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体；
(3)压制处理
将待浸渍的碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将温度为1400℃左右的浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没，并超过其2cm；
将盛装有碳滑块材料和浸渍金属液体的石墨坩埚置于650吨的压机中，将石墨坩锅推入压机指定位置，通过密封罩下压至压机台面部位，使坩埚与外部成密封状态；
启动气压系统，通过气压加压系统对上述石墨坩埚进行加压30s，将65MPa的空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即制得浸渍金属后的碳滑块复合材料。
对所制得的碳滑块复合材料进行物理性能检测，结果见表1；对所制得的碳滑块复合材料进行磨耗测试，试验依据为“交流传动机车受电弓浸金属碳滑板暂行技术条件(TJ/JW054-2014)”，测试结果见表2。
实施例2
(1)按照如下重量份配比备料
(2)制备浸渍液体
将紫铜板、锡锭、铅块、硅块置于温度为580℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1350℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体；
(3)压制处理
将待浸渍的碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将温度为1350℃左右的浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没，并超过其2cm；
将盛装有碳滑块材料和浸渍金属液体的石墨坩埚置于650吨的压机中，将石墨坩锅推入压机指定位置，通过密封罩下压至压机台面部位，使坩埚与外部成密封状态；
启动气压系统，通过气压加压系统对上述石墨坩埚进行加压35s，将65MPa的空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即制得浸渍金属后的碳滑块复合材料。
对所制得的碳滑块复合材料进行物理性能检测，结果见表1；对所制得的碳滑块复合材料进行磨耗测试，试验依据为“交流传动机车受电弓浸金属碳滑板暂行技术条件(TJ/JW054-2014)”，测试结果见表2。
实施例3
(1)按照如下重量份配比备料
(2)制备浸渍液体
将紫铜板、锡锭、铅块、硅块置于温度为530℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1450℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体；
(3)压制处理
将待浸渍的碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将温度为1450℃左右的浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没，并超过其2cm；
将盛装有碳滑块材料和浸渍金属液体的石墨坩埚置于650吨的压机中，将石墨坩锅推入压机指定位置，通过密封罩下压至压机台面部位，使坩埚与外部成密封状态；
启动气压系统，通过气压加压系统对上述石墨坩埚进行加压25s，将68MPa的空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即制得浸渍金属后的碳滑块复合材料。
对所制得的碳滑块复合材料进行物理性能检测，结果见表1；对所制得的碳滑块复合材料进行磨耗测试，试验依据为“交流传动机车受电弓浸金属碳滑板暂行技术条件(TJ/JW054-2014)”，测试结果见表2。
实施例4
(1)按照如下重量份配比备料
(2)制备浸渍液体
将紫铜板、锡锭、铅块、硅块置于温度为500℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1500℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体；
(3)压制处理
将待浸渍的碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将温度为1500℃左右的浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没，并超过其2cm；
将盛装有碳滑块材料和浸渍金属液体的石墨坩埚置于650吨的压机中，将石墨坩锅推入压机指定位置，通过密封罩下压至压机台面部位，使坩埚与外部成密封状态；
启动气压系统，通过气压加压系统对上述石墨坩埚进行加压20s，将70MPa的空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即制得浸渍金属后的碳滑块复合材料。
对所制得的碳滑块复合材料进行物理性能检测，结果见表1；对所制得的碳滑块复合材料进行磨耗测试，试验依据为“交流传动机车受电弓浸金属碳滑板暂行技术条件(TJ/JW054-2014)”，测试结果见表2。
实施例5
(1)按照如下重量份配比备料
(2)制备浸渍液体
将紫铜板、锡锭、铅块、硅块置于温度为600℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1300℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体；
(3)压制处理
将待浸渍的碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将温度为1300℃左右的浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没，并超过其2cm；
将盛装有碳滑块材料和浸渍金属液体的石墨坩埚置于650吨的压机中，将石墨坩锅推入压机指定位置，通过密封罩下压至压机台面部位，使坩埚与外部成密封状态；
启动气压系统，通过气压加压系统对上述石墨坩埚进行加压40s，将60MPa的空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即制得浸渍金属后的碳滑块复合材料。
对所制得的碳滑块复合材料进行物理性能检测，结果见表1；对所制得的碳滑块复合材料进行磨耗测试，试验依据为“交流传动机车受电弓浸金属碳滑板暂行技术条件(TJ/JW054-2014)”，测试结果见表2。
表1实施例1-5碳滑块复合材料物理性能检测结果
由表1数据可知，本发明碳滑块复合材料物理性能良好，均达到铁路TJ/JW054-2014标准要求，电阻率低、导电性能好，体积密度小，抗折强度和抗压强度高，硬度适中，冲击韧性好，相较于未浸渍金属的碳滑块材料，电阻率降低了20μΩ·m左右，体积密度增加了0.87-0.9g/cm3，抗折强度提高了34-47MPa，抗压强度提高了155-174MPa，洛氏硬度提高了71-75，冲击韧性提高了0.14-0.19J/cm2。
表2实施例1-5碳滑块复合材料磨耗测试结果
由表2数据可知，本发明碳滑块复合材料物理性能良好，均达到TJ/JW054-2014的要求，磨耗比小，耐磨性能好！
Claims (10)
1.一种磁悬浮列车用碳滑块的浸渍金属方法，其特征在于，包括：
在加热条件下，将浸渍金属原料熔融混合均匀，制得浸渍金属液体；
将碳滑块材料置于石墨坩埚内加热至800-1000℃，再将浸渍金属液体倒入石墨坩埚中将所述碳滑块材料浸没；
将所述石墨坩埚置于压机中，通过密封罩使坩埚与外部成密封状态；
对所述坩埚进行加压，将空气压入密封罩内部，通过空气加压将所述浸渍金属液体压入所述碳滑块材料内部，即得。
2.如权利要求1所述的磁悬浮用碳滑块的浸渍金属方法，其特征在于，所述浸渍金属原料包括金属原料、硅块和木炭。
3.如权利要求2所述的磁悬浮用碳滑块的浸渍金属方法，其特征在于，所述硅、木炭与所述金属原料的重量份配比为：硅3-5、木炭0.5-2、金属原料80-120。
4.如权利要求3所述的磁悬浮用碳滑块的浸渍金属方法，其特征在于，所述金属原料包括：紫铜、锡和铅。
5.如权利要求3所述的磁悬浮列车用碳滑块的浸渍金属方法，其特征在于，所述紫铜、锡和铅的重量份配比为：紫铜60-80、锡10-20、铅10-20。
6.如权利要求5所述的磁悬浮列车用碳滑块的浸渍金属方法，其特征在于，所述述硅、木炭与所述紫铜、锡和铅的重量份配比为：硅3-5、木炭0.5-2、紫铜60-80、锡10-20、铅10-20。
7.如权利要求4所述的磁悬浮列车用碳滑块的浸渍金属方法，其特征在于，所述的将浸渍金属原料熔融混合均匀，制得浸渍金属液体包括：
将紫铜板、锡锭、铅块、硅块置于温度为500-600℃的加热炉中，并对其升温；
当温度达到1300-1500℃后，对上述原料进行搅拌使其混合均匀，并加入木炭，制得浸渍液体。
8.如权利要求4所述的磁悬浮列车用碳滑块的浸渍金属方法，其特征在于，所述碳滑块材料包括：
碳滑块基本原料；
二硫化钼-碳纤维混合物；以及，
硬脂酸锌；
其中，所述二硫化钼-碳纤维混合物与所述硬脂酸锌的重量份配比为：二硫化钼-碳纤维混合物3-12、硬脂酸锌1-4。
9.如权利要求8所述的磁悬浮列车用碳滑块的浸渍金属方法，其特征在于，所述二硫化钼-碳纤维混合物、硬脂酸锌与所述碳滑块基本原料的重量份配比为：二硫化钼-碳纤维混合物3-12、硬脂酸锌1-4、碳滑块基本原料70-140。
10.如权利要求8所述的磁悬浮列车用碳滑块的浸渍金属方法，其特征在于，所述碳滑块基本原料包括：石油焦、人造石墨、天然石墨和沥青。
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- 2016-06-30 CN CN201610496956.4A patent/CN107556056A/zh active Pending
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