CN112643032A - 一种电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力机车受电弓滑板技术领域，公开了一种电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法。它利用石墨20~30份、沥青焦30~50份、镀铜碳纤维1~5份、改质沥青25~35份经过配料、混捏、磨粉后与40~60份铜粉混合，所述混合料经预成型、挤压成型、一次焙烧、浸渍、二次焙烧和加工制备出碳/铜复合滑板。通过使用本发明生产出来的碳/铜复合滑板，具有材料均一性好、成本低的优点，容易实现大规模生产。本发明制备的碳/铜复合滑板主要用于电力机车受电弓集流元件。

Description

一种电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法
技术领域
本发明涉及电力机车受电弓滑板，具体来讲涉及一种电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法，属于受电弓滑板技术领域。
背景技术
受电弓滑板是电力机车重要的集流元件，通过与接触网导线接触，将输电网上的电流引导下来传输到电力机车供电系统来维持机车的运行。由于滑板与接触网导线不断产生电冲击和机械磨损，易造成滑板磨损和破坏，频繁的更换和维修滑板会增加电力机车的维修成本，因此对滑板材料提出了较高的技术要求。滑板材料一般有粉末冶金滑板、纯碳滑板、浸金属碳滑板三种，粉末冶金滑板具有高强度、低电阻率、高冲击韧性的优点，但对导线的磨损大；纯碳滑板对导线磨损小、自身磨损低，具备一定的自润滑性，但同时也具有电阻率偏大、抗冲击韧性差、强度偏低的缺点。浸金属碳滑板兼具粉末冶金滑板和纯碳滑板的优点，是高速电力机车普遍采用的受电弓滑板，而在浸金属碳滑板中，浸铜碳滑板是目前工业化应用的主流。
专利号为CN104774012A的中国专利公开了一种电力机车受电弓浸铜碳滑板的生产方法，其特征在于将沥青焦粉60~80份、石墨粉12~16份、硅化石墨粉10~15份、高温沥青30~35份混合后磨粉；将混合粉体预压成一阶段料柱，再固化，挤压成型焙烧，即得复合碳滑板；将复合碳滑板清洗烘干，冷却后将其装入石墨坩埚内并置于1300~1400℃电炉里预热；再将铜液倒入坩埚中以将复合碳滑板浸没，再将坩埚置于油压机中罩内，然后通入氮气在特定压强下保温3~5分钟，泄压后冷却即可。
现有技术采用高压浸渍的方法在炭质基材中浸入铜或铜合金，能够提升材料的强度、降低电阻率，但材料内部的均一性较差。造成材料均一性较差的原因较多，首先铜填充的是炭化过程中形成的气孔，碳材料的气孔分为开口气孔和封闭气孔，浸渍时铜溶液只能填充开口气孔而不能填充封闭气孔；其次碳材料中可供填充铜溶液的开口气孔的大小不一致，开口气孔在材料内部的分布也不均匀；还有浸渍液是由外向内浸渍，因此材料内部往往很难达到材料表面的浸渍效果。此外，浸渍时需要将铜融化并保持较低的粘度，一般要在1200℃以上的温度下进行，对设备要求较高，而且能耗大、成本高。
发明内容
本发明的目地在于克服现有技术的不足，提供一种设备要求低、材质均匀的电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法。
为了达到以上目的，本发明采用了以下技术方案。
一种电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法，其特征在于按照如下步骤进行：
（1）按如下质量份数备料：石墨20~30份，沥青焦30~60份，镀铜碳纤维1~5份，改质沥青25~35份；
（2）将石墨、沥青焦放入混捏锅进行干混，干混之后加入改质沥青和镀铜碳纤维进行湿混，混捏完成后物料经冷却后磨粉，得到粉料；
（3）将步骤（2）中的粉料100份与铜粉40~60份在混合机内混合，得到混合料；
（4）将步骤（3）中的混合料在油压机上预成型，得到预成型料；
（5）将步骤（4）中的预成型料在入烘箱预热，预热温度为120~140℃，预热时间为4~8小时；
（6）将步骤（5）中的预热完成的预成型料放入挤压机内挤压成型，得到生坯料；
（7）将步骤（6）中的生坯料进行一次焙烧，得到一次焙烧品，一次焙烧温度为800~1200℃；
（8）将步骤（7）中的一次焙烧品用抛丸清理机清理表面后，置于高压浸渍罐中进行浸渍，浸渍完成后进行二次焙烧，得到二次焙烧品，二次焙烧温度为600~1000℃；
（9）将步骤（8）中的二次焙烧品进行加工即得到碳/铜复合滑板。
所述的石墨为天然石墨、人造石墨或天然石墨和人造石墨的混合物，颗粒粒径范围为大于325目并小于60目；所述的沥青焦平均粒径为5~50μm。
所述的干混时间为0.5~2小时；所述的湿混混捏温度为160~220℃，混捏时间为1~4小时。
所述的铜粉为球形铜粉，平均粒径为2~10μm。
所述的浸渍选用的浸渍剂为浸渍沥青或酚醛树脂。
与现有技术相比，本发明具备以下优点：
1、本发明的配方中采用的石墨颗粒较大，使材料具有较好的润滑性，与改质沥青结合性能更好的沥青焦选用较小的颗粒尺寸，有利于形成提升材料的强度；
2、本发明中铜粉是以与粉料混合的方式加入，可以避免铜粉表面被沥青包覆，有利于铜粉的烧结；这种加入方式也能让铜粉均匀的分布在材料的内部，材料的均匀性较好；
3、本发明采用炭素行业常用的浸渍设备，与传统碳/铜复合滑板采用的金属浸渍设备相比具有设备投资小、能耗低、浸渍成本低的优点。
具体实施方式
为便于更好的理解，下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法，按以下步骤制备：
（1）备料：颗粒粒径范围为大于150目小于80目的石墨25份，平均粒径为18.6μm的沥青焦45份，镀铜碳纤维2份，改质沥青28份；
（2）将石墨、沥青焦放入混捏锅进行干混1h，干混之后加入改质沥青和镀铜碳纤维在180℃湿混3.5h，混捏完成后物料经冷却后磨粉，得到粉料；
（3）将粉料100份与平均粒径为7.6μm的铜粉50份在混合机内混合，得到混合料；
（4）将混合料在油压机上预成型，得到预成型料；
（5）将预成型料在入烘箱预热，预热温度为135℃，预热时间为6小时；
（6）将预热完成的预成型料放入挤压机内挤压成型，得到生坯料；
（7）将生坯料进行一次焙烧，得到一次焙烧品，一次焙烧温度为1000℃；
（8）将一次焙烧品用抛丸清理机清理表面后，置于高压浸渍罐中进行浸渍，浸渍剂为浸渍沥青，浸渍完成后进行二次焙烧，得到二次焙烧品，二次焙烧温度为800℃；
（9）将二次焙烧品进行加工即得到碳/铜复合滑板。
实施结果：碳/铜复合滑板的体积密度为2.86g/cm3，电阻率9.6μΩm，抗折强度为79MPa，肖氏硬度为82（HRC）。
实施例2
本实施例的电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法，按以下步骤制备：
（1）备料：颗粒粒径范围为大于200目小于100目的石墨22份，平均粒径为22.4μm的沥青焦48份，镀铜碳纤维3份，改质沥青27份；
（2）将石墨、沥青焦放入混捏锅进行干混0.5h，干混之后加入改质沥青和镀铜碳纤维在200℃湿混3h，混捏完成后物料经冷却后磨粉，得到粉料；
（3）将粉料100份与平均粒径为5.4μm的铜粉55份在混合机内混合，得到混合料；
（4）将混合料在油压机上预成型，得到预成型料；
（5）将预成型料在入烘箱预热，预热温度为130℃，预热时间为7小时；
（6）将预热完成的预成型料放入挤压机内挤压成型，得到生坯料；
（7）将生坯料进行一次焙烧，得到一次焙烧品，一次焙烧温度为1100℃；
（8）将一次焙烧品用抛丸清理机清理表面后，置于高压浸渍罐中进行浸渍，浸渍剂为酚醛树脂，浸渍完成后进行二次焙烧，得到二次焙烧品，二次焙烧温度为750℃；
（9）将二次焙烧品进行加工即得到碳/铜复合滑板。
实施结果：碳/铜复合滑板的体积密度为2.65g/cm3，电阻率13.2μΩm，抗折强度为87MPa，肖氏硬度为95（HRC）。
实施例3
本实施例的电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法，按以下步骤制备：
（1）备料：颗粒粒径范围为大于140目小于100目的石墨28份，平均粒径为25.7μm的沥青焦39份，镀铜碳纤维3份，改质沥青30份；
（2）将石墨、沥青焦放入混捏锅进行干混0.5h，干混之后加入改质沥青和镀铜碳纤维在210℃湿混2h，混捏完成后物料经冷却后磨粉，得到粉料；
（3）将粉料100份与平均粒径为8.3μm的铜粉45份在混合机内混合，得到混合料；
（4）将混合料在油压机上预成型，得到预成型料；
（5）将预成型料在入烘箱预热，预热温度为125℃，预热时间为8小时；
（6）将预热完成的预成型料放入挤压机内挤压成型，得到生坯料；
（7）将生坯料进行一次焙烧，得到一次焙烧品，一次焙烧温度为1050℃；
（8）将一次焙烧品用抛丸清理机清理表面后，置于高压浸渍罐中进行浸渍，浸渍剂为浸渍沥青，浸渍完成后进行二次焙烧，得到二次焙烧品，二次焙烧温度为900℃；
（9）将二次焙烧品进行加工即得到碳/铜复合滑板。
实施结果：碳/铜复合滑板的体积密度为2.73g/cm3，电阻率8.4μΩm，抗折强度为72MPa，肖氏硬度为75（HRC）。

Claims (5)

1.一种电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法，其特征在于按照如下步骤进行：
（1）按如下质量份数备料：石墨20~30份，沥青焦30~60份，镀铜碳纤维1~5份，改质沥青25~35份；
（2）将石墨、沥青焦放入混捏锅进行干混，干混之后加入改质沥青和镀铜碳纤维进行湿混，湿混完成物料经冷却后磨粉，得到粉料；
（3）将步骤（2）中的粉料100份与铜粉40~60份在混合机内混合，得到混合料；
（4）将步骤（3）中的混合料在油压机上预成型，得到预成型料；
（5）将步骤（4）中的预成型料放入烘箱预热，预热温度为120~140℃，预热时间为4~8小时；
（6）将步骤（5）中的预热完成的预成型料放入挤压机内挤压成型，得到生坯料；
（7）将步骤（6）中的生坯料进行一次焙烧，得到一次焙烧品，一次焙烧温度为800~1200℃；
（8）将步骤（7）中的一次焙烧品用抛丸清理机清理表面后，置于高压浸渍罐中进行浸渍，浸渍完成后进行二次焙烧，得到二次焙烧品，二次焙烧温度为600~1000℃；
（9）将步骤（8）中的二次焙烧品进行加工即得到碳/铜复合滑板。
2.根据权利要求1所述的一种电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法，其特征在于：步骤（1）中所述的石墨为天然石墨、人造石墨或天然石墨和人造石墨的混合物，颗粒粒径范围为大于325目并小于60目；所述的沥青焦平均粒径为5~50μm。
3.根据权利要求1所述的一种电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法，其特征在于：步骤（2）中的所述的干混混合时间为0.5~2小时；所述的湿混混合温度为160~220℃，混合时间为1~4小时。
4.根据权利要求1所述的一种电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法，其特征在于：步骤（3）中所述的铜粉为球形铜粉，平均粒径为2~10μm。
5.根据权利要求1所述的一种电力机车受电弓用碳/铜复合滑板生产方法，其特征在于：步骤（8）中所述的浸渍选用的浸渍剂为浸渍沥青或酚醛树脂。
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