RU2281341C2 - Спеченный композиционный материал - Google Patents
Спеченный композиционный материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2281341C2 RU2281341C2 RU2003124904/02A RU2003124904A RU2281341C2 RU 2281341 C2 RU2281341 C2 RU 2281341C2 RU 2003124904/02 A RU2003124904/02 A RU 2003124904/02A RU 2003124904 A RU2003124904 A RU 2003124904A RU 2281341 C2 RU2281341 C2 RU 2281341C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermosetting resin
- graphite
- composite material
- carbide
- composition
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к спеченным композиционным материалам на основе некарбидообразующих металлов, содержащим антифрикционный накопитель. Данные материалы используются для изготовления токопроводящих узлов трения, коммутирующих электрических контактов, в частности токосъемных узлов электротранспорта. Спеченный композиционный материал содержит металлическую матрицу из некарбидообразующего металла, графит 3-10 мас.%, термореактивную смолу 0,1-2,0 мас.%, полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа 0,005-0,2 мас.%. Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа имеют межслоевое расстояние 0,34-0,36 нм, средний размер частиц 60-200 нм и удельное электрическое сопротивление не более 2,5×10-4 Ом·м-1 при давлении 120 МПа. В качестве термореактивной смолы материал содержит эпоксидную или фенолформальдегидную смолу. В качестве металлической матрицы материал содержит медь, никель или нержавеющую сталь. Технический результат - повышение износостойкости как композиции, так и контртела при сохранении низкого удельного электрического сопротивления композиционного материала. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным композиционным псевдосплавам на основе некарбидообразующих металлов, содержащим антифрикционный наполнитель. Указанные материалы находят применение для изготовления токопроводящих узлов трения, коммутирующих электрических контактов и, в частности, токосъемных узлов электротранспорта.
При контакте токосъемных узлов и токоведущих шин-троллеев возникает сложный электротриботехнический процесс, приводящий к износу обоих контактирующих элементов. При этом явления механического и электрического износа взаимосвязаны. К материалам, используемым для изготовления токосъемных узлов, предъявляются определенные требования. Основными из них являются требования высокой электропроводности и высоких антифрикционных характеристик. Подобные материалы могут быть получены технологией порошковой металлургии.
Наиболее распространенным псевдосплавом является псевдосплав меди с наполнителем, который содержит 0,25-10 мас.%, чаще 3,0-5,0% графита. Графит легко расслаивается на чешуйки (пластинки) или блоки пластинок, которые располагаются на рабочих поверхностях контактов и препятствуют схватыванию этих поверхностей при скольжении или свариванию их при прохождении электрического тока [Шулепов С.В. Физика углеграфитовых материалов. М.: Металлургия, 1972]. Графит не взаимодействует с металлом, составляющим непрерывную матрицу псевдосплава, в которой должны равномерно распределяться мелкие включения наполнителя.
Однако эти композиционные материалы обладают недостаточной для токосъемных элементов износостойкостью и механической прочностью, а также низкой дугостойкостью.
Известен композиционный материал марки КМКБ10 (ТУ 16 538.272-75), представляющий собой спеченный псевдосплав, содержащий медно-никелевую матрицу и графит. Этот материал обладает более высокой электроэрозионной стойкостью и износостойкостью, чем материал, включающий медь и графит. Тем не менее износостойкость этого материала недостаточна для продолжительной эксплуатации токопроводящих узлов трения, изготовленных из него, а его электропроводность ниже, чем у сплавов типа бронзы или псевдосплавов на основе меди.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому материалу является спеченный композиционный материал, включающий металлическую матрицу, графит и углеродные наноструктуры [патент РФ № 2087575, М.кл6 С 22 С 1/09, Н 01 Н 1/02, опубл. 20.08.97]. В качестве металлической матрицы известный материал содержит некарбидообразующие металлы, такие как медь или смесь меди с оловом, в соотношении 18:1. Композиция также включает 1-20 мас.% (в примерах 3-5 мас.%) графита и 0,1-20 мас.% (в примерах 1-2 мас.%) смеси углеродных нановолокон и/или фуллеренов и графита. Процент наноструктур в смеси с графитом не указан.
Указанная композиция имеет более высокую твердость, чем композиция, не содержащая углеродных наноструктур, и примерно то же значение удельного электрического сопротивления.
Однако известно [Белоусов В.П. и др. Оптич. журнал, 1997, 64, № 12, с.3-37], что фуллерены не выдерживают термообработки при температуре выше 450°С. В прототипе спекание (как это и требуется в порошковой металлургии меди и ее сплавов) производится при температуре 700-1000°С, что неизбежно приведет к деструктурированию фуллеренов. По нашим данным добавление в композицию графита, содержащего указанные наноструктуры, не приводит к повышению износостойкости медно-графитовой композиции.
Технический результат, достигаемый в заявляемом изобретении, состоит в повышении износостойкости как композиции, так и контртела, при сохранении низкого удельного электрического сопротивления композиции.
Указанный технический результат достигается тем, что спеченный композиционный материал, включающий металлическую матрицу из некарбидообразующего металла, графит и углеродные наноструктуры, в качестве последних содержит полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм, средним размером частиц 60-200 нм, удельным электрическим сопротивлением не более 2,5×10-4 Ом·м-1 при давлении 120 МПа и дополнительно термореактивную смолу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
графит | 3-10 |
термореактивная смола | 0,1-2,0 |
полиэдральные многослойные | |
углеродные наноструктуры | |
фуллероидного типа | 0,005-0,2 |
металлическая матрица | остальное |
В качестве некарбидообразующего металла металлическая матрица композиции может содержать медь, никель, нержавеющую сталь, а также смеси меди с различными металлами, бронзу различного состава и др.
В качестве термореактивной смолы композиция может содержать эпоксидную смолу, например, такую как эпоксидная диановая смола марки ЭД-20, или фенолформальдегидную смолу, например бакелитовый лак.
Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа выделены нами из корки катодного депозита, полученного термическим распылением графитового анода в поле постоянного тока в атмосфере инертного газа, так, как это описано в патенте РФ № 2196731. Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа обладают высокой термобароустойчивостью к графитизации (3000°С при давлении 50 Кбар); они выдерживают нагрев до 1000°С, необходимый для спекания композиции.
Композиция содержит также графит, например, марки ГС-3 по ГОСТ 8295-73.
Композиция получена следующим образом.
Смесь медного порошка (ПМС-1, ГОСТ 4960-75) и графита (ГС-3, ГОСТ 8295-73) с добавлением 0,7 мас.% стеарата цинка (смазка и порообразователь) перемешивали в течение двух часов в смесителе типа «пьяная бочка». Из образованной смеси формировали пластины 10×10×80 мм на гидравлическом прессе. Пластины спекали в среде диссоциированного аммиака в камерной электропечи типа ВП-25 при температуре 900-1000°С в течение 2 часов.
К эпоксидной смоле марки ЭД-20 добавляли порошок полиэдральных многослойных углеродных наноструктур. После тщательного перемешивания к смеси прибавляли отвердитель, опускали в них пластины и пропитывали их эпоксидной смолой с отвердителем и наноструктурами под действием ультразвука с частотой 22 КГц в течение 50 мин.
Пропитанные пластины калиброваны путем холодной допрессовки в пресс-форме под давлением 100-200 МПа.
Определяли удельное электрическое сопротивление пластины по ГОСТ 7229-76, твердость по Бринелю (ГОСТ 9012-50) и износостойкость (по разработанной заявителем методике) как потерю веса образца и потерю веса контртела - ролика из бронзы - при прокатке контртела по образцу.
Состав композиционного материала и его физико-механические свойства приведены в таблице.
Таблица Состав композиций и их физико-механические свойства. |
||||||||
№ п/п | Содержание компонентов, мас.% | Удельное электрическое сопротивление мкОм·м-1 | Твердость НВ МПа | Износ, мг | ||||
образца | Контртела | |||||||
графит | Термореактивная смола | наноструктуры | основа | |||||
1 | 3 | 2 | 0,005 | медь | 0,047 | 550 | 13,7 | 0,19 |
2 | 10 | 0,1 | 0,2 | медь | 0,029 | 410 | 9,8 | 0,17 |
3 | 5 | 1,0 | 0,1 | медь | 0,040 | 340 | 15,5 | 0,15 |
4к | 5 | 1,0 | - | медь | 0,046 | 100 | 13,8 | 0,58 |
5к | 5 | - | 0,1 | медь | 0,041 | 449 | 133,0 | задир |
6к | 5 | - | - | медь | 0,075 | 256 | 470,0 | задир |
7 | 3 | 2 | 0,005 | никель | 0,170 | 502 | 7,5 | 0,21 |
8 | 10 | 0,1 | 0,2 | нерж. сталь | 0,128 | 570 | 7,3 | 0,35 |
9к | 3 | - | - | никель | 0,180 | 450 | 164,0 | задир |
10к | 10 | - | - | нерж. сталь | 0,130 | 430 | 158,0 | задир |
1. В примере 5к наноструктуры вводили в композицию в процессе смешения порошка меди с графитом.
2. Нержавеющая сталь марки 410L (Швеция), дисперсность порошка менее 150 мкм.
Как видно из приведенных данных, заявленный композиционный материал имеет низкое удельное электрическое сопротивление, низкий износ как образца, так и контртела при триботехнических испытаниях и достаточно высокую твердость. Исключение из состава композиции смолы или полиэдральных многослойных углеродных наноструктур фуллероидного типа приводит к увеличению электрического сопротивления и резкому увеличению износа как образца, так и контртела и к снижению твердости.
Claims (6)
1. Спеченный композиционный материал, включающий металлическую матрицу из некарбидообразующего металла, графит и углеродные наноструктуры, отличающийся тем, что в качестве углеродных наноструктур материал содержит полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа с межслоевым расстоянием 0,34-0,36 нм, средним размером частиц 60-200 нм, удельным электрическим сопротивлением не более 2,5·10-4 Ом·м-1 при давлении 120 МПа и дополнительно термореактивную смолу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2. Спеченный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве некарбидообразующего металла металлическая матрица содержит медь.
3. Спеченный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве некарбидообразующего металла металлическая матрица содержит никель.
4. Спеченный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве некарбидообразующего металла металлическая матрица содержит нержавеющую сталь.
5. Спеченный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве термореактивной смолы он содержит эпоксидную смолу.
6. Спеченный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве термореактивной смолы он содержит фенолформальдегидную смолу.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003124904/02A RU2281341C2 (ru) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | Спеченный композиционный материал |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003124904/02A RU2281341C2 (ru) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | Спеченный композиционный материал |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003124904A RU2003124904A (ru) | 2005-02-10 |
RU2281341C2 true RU2281341C2 (ru) | 2006-08-10 |
Family
ID=35208524
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003124904/02A RU2281341C2 (ru) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | Спеченный композиционный материал |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2281341C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011010946A1 (ru) | 2009-07-21 | 2011-01-27 | Ponomarev Andrei Nikolaevich | Многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа |
RU2543121C2 (ru) * | 2013-01-10 | 2015-02-27 | Закрытое акционерное общество "Завод "Композит" (ЗАО "Завод "Композит") | Спеченный композиционный материал |
-
2003
- 2003-07-23 RU RU2003124904/02A patent/RU2281341C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011010946A1 (ru) | 2009-07-21 | 2011-01-27 | Ponomarev Andrei Nikolaevich | Многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа |
US9090752B2 (en) | 2009-07-21 | 2015-07-28 | Andrey Ponomarev | Multi-layered carbon nanoparticles of the fulleroid type |
RU2543121C2 (ru) * | 2013-01-10 | 2015-02-27 | Закрытое акционерное общество "Завод "Композит" (ЗАО "Завод "Композит") | Спеченный композиционный материал |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003124904A (ru) | 2005-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU598815B2 (en) | Circuit breaker contact containing silver and graphite fibers | |
CN101492015B (zh) | 网状层压碳-铜复合材料受电弓滑板及其制造方法 | |
CN101343700A (zh) | 一种Ag/Ti3SiC2电接触材料及其制备工艺 | |
CN101106024A (zh) | 一种弱电铜基电触头复合材料及其制备方法 | |
CN105274384A (zh) | 一种高强度减磨铜基复合材料及其制备方法 | |
RU2281341C2 (ru) | Спеченный композиционный материал | |
CN102931560B (zh) | 一种性能优良的电刷材料及其制备方法 | |
CN102059339B (zh) | 一种铜基受电弓滑板材料的制备方法 | |
US20070072440A1 (en) | Composite collectors | |
RU2368971C1 (ru) | Материал для сильноточного скользящего электроконтакта | |
KR100290315B1 (ko) | 집전기마찰판용 조성물 및 이를 이용한 마찰판의 제조방법 | |
JP4133105B2 (ja) | 耐クラック性を有する炭素系焼結すり板材料 | |
CN104103434A (zh) | 一种低压电器用铜基电接触复合材料及其温压成形工艺 | |
CN106011519A (zh) | 低压电器用碳化稀土铜基触头材料及其加工方法 | |
CN102436864B (zh) | 碳化钛基电触头材料及其制备方法和用途 | |
JPH0470380B2 (ru) | ||
KR101683666B1 (ko) | 전동차 팬터그래프 집전마찰판 및 그 제조방법 | |
RU2815171C1 (ru) | Способ изготовления электрических контактов из мелкозернистого плотного графита, пропитанных серебром и кадмием, электрический контакт, электромагнитное реле | |
CN114457253B (zh) | 一种用于微动开关的银镍-氧化铋材料及其制造方法 | |
RU2207962C1 (ru) | Способ изготовления контактной вставки токосъемника электротранспортного средства | |
RU223847U1 (ru) | Электрический контакт композиционный электромагнитного реле | |
RU2769344C1 (ru) | Материал для дугогасительных и разрывных электрических контактов на основе меди и способ его изготовления | |
CN1219091C (zh) | 铜基包覆金刚石包覆氧化物系低压电工触头材料及生产方法 | |
RU2106371C1 (ru) | Композиция для антифрикционного материала | |
RU2506334C1 (ru) | Спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20070330 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120621 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130910 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140724 |