CN117965946A - 一种环保型铜基粉末受电靴的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，包括如下步骤：S1、配粉，将电解铜粉、锡粉、锌粉、石墨和合成润滑油加入混粉器中混合搅拌；S2、初压，将配好的混合粉末加入模具中，进行压制；S3、烧结，真空烧结，烧结过程中的温度分为四个温区进行烧制，分别是：预热区860℃士15℃，烧结区900℃士10℃，调值区800℃士10℃，降温区55℃‑20℃；S4、复压，将烧结后的初压产品复压到图纸所规定的尺寸；S5、机加工，将复压后的产品加工至需要的尺寸。本发明提供一种环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，无需采用贵重金属合金材料加工，大大降低了触电靴的生产成本，可以满足各种中小型企业的生产设备的运行使用需求。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，涉及低压电器铜基粉末受电靴有色金属合成材料，同时涉及一种环保型铜基粉末受电靴的加工工艺。
背景技术
在滑动供电低压电器设备上，集电器受电靴是非常重要的元器件，在保证设备运行的可靠性和安全性上起着决定性作用，对其材料的合成和使用周期要求较高。自电车、滑动(移动)设备投入使用以来，经历了金属滑块、碳滑块、粉末冶金滑块、浸金属滑块及碳纤维复合材料滑块的发展过程。对集电器装置受电靴的性能要求越来越高。受电靴具备电阻率低导电性好、抗氧化耐腐蚀、良好的热导性摩擦性和易焊性抗冲击性等物理性能。为了保证受电靴工作中的安全可靠性，国内外大多采用贵重金属合金材料加工，造成触电靴的生产成本大大增高，不能完全满足中小型企业的生产设备运行使用的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，无需采用贵重金属合金材料加工，大大降低了触电靴的生产成本，可以满足各种中小型企业的生产设备的运行使用需求。
为解决上述技术问题，本发明提供一种环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，包括如下步骤：
S1、配粉，将电解铜粉、锡粉、锌粉、石墨和合成润滑油加入混粉器中混合搅拌，其中，锡粉的作用是固溶，降低熔点，强化产品，合成润滑油也可以用机油、液压油或其他起粘合作用的油脂(例如温压润滑剂-有机溶剂)来替代，具体的操作方式是，将电解铜粉、锡粉、锌粉、石墨依次加入混合滚筒机中，然后混滚搅拌15分钟后，开启混合滚筒机锁盖，然后加入适量合成润滑剂，锁好混合滚筒机盖，混滚搅拌3小时，待混粉完成后，开启锁盖倒入专用容器中，然后使用200目筛网进行过滤；
S2、初压，将配好的混合粉末加入预先调制的模具中，使用压机进行压制，此处的模具根据待压制产品的形态进行设计；
S3、烧结，真空烧结，洒上氧化铝粉末，烧结过程中的温度分为四个温区进行烧制，分别是：预热区860℃士15℃，烧结区900℃士10℃，调值区800℃士10℃，降温区55℃-20℃；
S4、复压，将烧结后的初压产品复压到图纸所规定的尺寸，压强与初压相同，模具与初压时使用的模具不同；
S5、机加工，将复压后的产品加工至需要的尺寸。
S1中的粉料配比为：电解铜粉80％-90％、锡粉0.5％-4％、锌粉0.5％-4％、石墨0.5％-4％，其中，合成润滑油与粉料重量的比例为17.5:1。
混粉器为机械式混粉器，混合后的粉料的成品密度为2.5-4.0g/cm3。
S2中的压机为200吨液压机，初压在常温环境中进行，压强为15-25兆帕，保压5-10秒。
S3中烧结是在炉道式真空烧结炉中进行，初压的产品用氧化铝粉覆盖，这样不仅可以对烧结的产品进行有效防护，避免高温火焰直接对产品烘烤，将产品表面烧坏，而且可以在烧结完成打开烧结炉时避免外界空气进入烧结炉内后与高温产品直接接触使其氧化变质，更加安全方便。
S3中预热区的时长为3.5h，烧结区的时长为3.5h，调值区的时长为2h，降温区的时长为2h。
S4中复压的压强与初压相同，复压后的成品密度达到6.5-7.5g/cm3。
配置好的粉末放置的时间不能超过20小时，这样可以避免铜粉氧化，导致产品的电阻增大。
S5中机加工后的环保型铜基粉末受电靴产品的：密度6.5-7.5g/cm3，电阻为2.0-2.4Ω，硬度为30-55HV。
S1中的电解铜粉的化学成分符合GB/T5246-2007国标中各金属元素含量要求。颗粒微观形貌呈树枝状，松装密度达到1.5-1.8g/cm3，粒度分布≤43um(-300目)，石墨采用颗粒分布≤2um的具有良好自润滑性、抗氧化性、导电性、导热性和可塑性的胶体润滑粉末。
综上所述，与现有技术相比，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、本发明通过一种环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，通过电流为60A-250A。所用的材料资源丰富，成本低廉。对加工设备没有特殊要求，生产工艺过程符合环保要求，降低了集成电器元器件的成本。本发明集电器受电靴电阻率低，具有导电性好、抗氧化耐腐蚀、良好的热导性、摩擦性和易焊性抗冲击性等物理性能，使用周期长，安全可靠性高，为低压集电器铜银合金和铜基石墨受电靴最理想的替代型产品，解决了由于材料因素，自身的磨损值较高，造成材料的使用寿命不长，需要经常替换，对资源产生浪费的问题，大大提高了产品的使用寿命，耐磨性能更强。
2、本发明中的电解铜粉为浅玫红色、树枝装，松装比类似颗粒，松装密度1.5-1.8g/cm3之间，按GB/T1479.1-2011金属粉末松装密度的测定，石墨为胶体润滑粉末。
3、本发明中的初压的产品以及对初压的产品进行烧结时均使用氧化铝粉覆盖，这样不仅可以对烧结的产品进行有效防护，避免高温火焰直接对产品烘烤，将产品表面烧坏，而且可以在烧结完成打开烧结炉时避免外界空气进入烧结炉内后与高温产品直接接触使其氧化变质，更加安全方便。
4、本发明中的配置好的粉末放置的时间不能超过20小时，这样可以避免铜粉氧化，导致产品的电阻增大。
5、本发明通过将电解铜粉、锡粉、锌粉、石墨依次加入混合滚筒机中，然后混滚搅拌15分钟后，开启混合滚筒机锁盖，然后加入适量合成润滑剂，锁好混合滚筒机盖，混滚搅拌3小时，待混粉完成后，开启锁盖倒入专用容器中，然后使用200目筛网进行过滤，可以保证生产出来的产品使用寿命更长、金属结构性更好、导电性更好。
附图说明
图1为本发明环保型铜基粉末受电靴的加工工艺的流程图；
图2为本发明通过环保型铜基粉末受电靴的加工工艺加工出来的合格的受电靴产品的各种金属粉末的质量分数与粒径的参数对照表。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1和图2，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。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。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示：本实施例提供了一种环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，包括如下步骤：
S1、配粉，将电解铜粉、锡粉、锌粉、石墨和合成润滑油加入混粉器中混合搅拌，其中，锡粉的作用是固溶，降低熔点，强化产品，合成润滑油也可以用机油、液压油或其他起粘合作用的油脂(例如温压润滑剂-有机溶剂)来替代，具体的操作方式是，将电解铜粉、锡粉、锌粉、石墨依次加入混合滚筒机中，然后混滚搅拌15分钟后，开启混合滚筒机锁盖，然后加入适量合成润滑剂，锁好混合滚筒机盖，混滚搅拌3小时，待混粉完成后，开启锁盖倒入专用容器中，然后使用200目筛网进行过滤；
S2、初压，将配好的混合粉末加入预先调制的模具中，使用压机进行压制，此处的模具根据待压制产品的形态进行设计；
S3、烧结，真空烧结，洒上氧化铝粉末，烧结过程中的温度分为四个温区进行烧制，分别是：预热区860℃士15℃，烧结区900℃士10℃，调值区800℃士10℃，降温区55℃-20℃；
S4、复压，将烧结后的初压产品复压到图纸所规定的尺寸，压强与初压相同，模具与初压时使用的模具不同；
S5、机加工，将复压后的产品加工至需要的尺寸。下表为环保型铜基粉末受电靴的加工工艺：
环保型铜基粉末受电靴的加工工艺
根据本发明的一个实施例，如图1所示，S1中的粉料配比为：电解铜粉80％、锡粉0.5％、锌粉0.5％、石墨2.5％，其中，合成润滑油与粉料重量的比例为17.5:1，通过上述配方工艺加工出来的产品的材料性能检测数据如下表所示：
材料性能检测数据
根据本发明的另一个实施例，如图1所示，S1中的粉料配比为：电解铜粉88.72％、锡粉2.07％、锌粉3.52％、石墨4.97％，其中，合成润滑油与粉料重量的比例为17.5:1，通过上述配方工艺加工出来的产品的材料性能检测数据如下表所示：
产品材料性能检测数据
根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，S1中的粉料配比为：电解铜粉89.28％、锡粉2.15％、锌粉3.57％、石墨5.00％，其中，合成润滑油与粉料重量的比例为17.5:1，通过上述配方工艺加工出来的产品的材料性能检测数据如下表所示：
产品材料性能检测数据
根据本发明的另一个实施例，如图1所示，S1中的粉料配比为：电解铜粉89.38％、锡粉2.19％、锌粉3.62％、石墨5.05％，其中，合成润滑油与粉料重量的比例为17.5:1，通过上述配方工艺加工出来的产品的材料性能检测数据如下表所示：
产品材料性能检测数据
根据本发明的另一个实施例，如图1所示，S1中的粉料配比为：电解铜粉90％、锡粉4％、锌粉4％、石墨6％，其中，合成润滑油与粉料重量的比例为17.5:1，通过上述配方工艺加工出来的产品的材料性能检测数据如下表所示：
产品材料性能检测数据
混粉器为机械式混粉器，混合后的粉料的成品密度为2.5-4.0g/cm3。
S2中的压机为200吨液压机，初压在常温环境中进行，压强为15-25兆帕，保压5-10秒。
S3中烧结是在炉道式真空烧结炉中进行，初压的产品用氧化铝粉覆盖，这样不仅可以对烧结的产品进行有效防护，避免高温火焰直接对产品烘烤，将产品表面烧坏，而且可以在烧结完成打开烧结炉时避免外界空气进入烧结炉内后与高温产品直接接触使其氧化变质，更加安全方便。
S3中预热区的时长为3.5h，烧结区的时长为3.5h，调值区的时长为2h，降温区的时长为2h。
S4中复压的压强与初压相同，复压后的成品密度达到6.5-7.5g/cm3。
配置好的粉末放置的时间不能超过20小时，这样可以避免铜粉氧化，导致产品的电阻增大。
S5中机加工后的环保型铜基粉末受电靴产品的：密度6.5-7.5g/cm3，电阻为2.0-2.4Ω，硬度为30-55HV。
根据本发明的另一个实施例，如图1和图2所示，S1中的电解铜粉的化学成分符合GB/T5246-2007国标中各金属元素含量要求。颗粒微观形貌呈树枝状，松装密度达到1.5-1.8g/cm3，粒度分布≤43um(-300目)，石墨采用颗粒分布≤2um的具有良好自润滑性、抗氧化性、导电性、导热性和可塑性的胶体润滑粉末。
通过上述实施例中的实验数据可以得出，粉料配比为：电解铜粉89.28％、锡粉2.15％、锌粉3.57％、石墨5.00％，其中，合成润滑油与粉料重量的比例为17.5:1，通过上述配方工艺加工出来的产品的各项性能最优，电阻率低，使用周期最长。
本发明的工艺流程：
首先，需要明确的是本发明涉及到的加工工艺主要用于在磁浮列车及高速铁路列车上使用的受电靴的生产，本发明以环保型铜基粉末受电靴的加工工艺为例对其工艺流程进行详细阐述，步骤如下：S1、配粉，将电解铜粉、锡粉、锌粉、石墨和合成润滑油加入混粉器中混合搅拌，其中，锡粉的作用是固溶，降低熔点，强化产品，合成润滑油也可以用机油、液压油或其他起粘合作用的油脂(例如温压润滑剂-有机溶剂)来替代，具体的操作方式是，将电解铜粉、锡粉、锌粉、石墨依次加入混合滚筒机中，然后混滚搅拌15分钟后，开启混合滚筒机锁盖，然后加入适量合成润滑剂，锁好混合滚筒机盖，混滚搅拌3小时，待混粉完成后，开启锁盖倒入专用容器中，然后使用200目筛网进行过滤；
S2、初压，将配好的混合粉末加入预先调制的模具中，使用压机进行压制，此处的模具根据待压制产品的形态进行设计；
S3、烧结，真空烧结，洒上氧化铝粉末，烧结过程中的温度分为四个温区进行烧制，分别是：预热区860℃士15℃，烧结区900℃士10℃，调值区800℃士10℃，降温区55℃-20℃；
S4、复压，将烧结后的初压产品复压到图纸所规定的尺寸，压强与初压相同，模具与初压时使用的模具不同；
S5、机加工，将复压后的产品加工至需要的尺寸。
本发明可以提供一种环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，无需采用贵重金属合金材料加工，大大降低了触电靴的生产成本，可以满足各种中小型企业的生产设备的运行使用需求。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、配粉，将电解铜粉、锡粉、锌粉、石墨和合成润滑油加入混粉器中混合搅拌；
S2、初压，将配好的混合粉末加入预先调制的模具中，使用压机进行压制；
S3、烧结，真空烧结，洒上氧化铝粉末，烧结过程中的温度分为四个温区进行烧制，分别是：预热区860℃士15℃，烧结区900℃士10℃，调值区800℃士10℃，降温区55℃-20℃；
S4、复压，将烧结后的初压产品复压到图纸所规定的尺寸，压强与初压相同，模具与初压时使用的模具不同；
S5、机加工，将复压后的产品加工至需要的尺寸。
2.如权利要求1所述的环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，其特征在于：S1中的粉料配比为：电解铜粉80％-90％、锡粉0.5％-4％、锌粉0.5％-4％、石墨2.5％-6％，其中，合成润滑油与粉料重量的比例为17.5:1。
3.如权利要求2所述的环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，其特征在于：混粉器为机械式混粉器，混合后的粉料的成品密度为2.5-4.0g/cm3。
4.如权利要求3所述的环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，其特征在于：S2中的压机为200吨液压机，初压在常温环境中进行，压强为15-25兆帕，保压5-10秒。
5.如权利要求4所述的环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，其特征在于：S3中烧结是在炉道式真空烧结炉中进行，初压的产品用氧化铝粉覆盖。
6.如权利要求5所述的环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，其特征在于：S3中预热区的时长为3.5h，烧结区的时长为3.5h，调值区的时长为2h，降温区的时长为2h。
7.如权利要求6所述的环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，其特征在于：S4中复压的压强与初压相同，复压后的成品密度达到6.5-7.5g/cm3。。
8.如权利要求7所述的环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，其特征在于：配置好的粉末放置的时间不能超过20小时。
9.如权利要求8所述的环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，其特征在于：S5中机加工后的环保型铜基粉末受电靴产品的密度为6.5-7.5g/cm3，电阻为2.0-2.4Ω，硬度为30-55HV。
10.如权利要求9所述的环保型铜基粉末受电靴的加工工艺，其特征在于：S1中的电解铜粉的化学成分符合GB/T5246-2007国标中各金属元素含量要求。颗粒微观形貌呈树枝状，松装密度达到1.5-1.8g/cm3，粒度分布≤43um(-300目)，石墨采用颗粒分布≤2um的具有良好自润滑性、抗氧化性、导电性、导热性和可塑性的胶体润滑粉末。
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