混雜增強銅基復(fù)合滑板材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Ti3SiC2/Al2O3混雜增強銅基復(fù)合滑板材料及其制備方法，其特征在于：所述銅基復(fù)合滑板材料由以下組份質(zhì)量百分比組成：1～5納米Al2O3粉；20～40Ti3SiC2粉；余量為銅粉。本發(fā)明不但解決了傳統(tǒng)受電弓滑板材料制成的受電弓滑板及接觸電網(wǎng)壽使用壽命短，其抗沖擊能力差，導(dǎo)致缺損和凹坑的形成，導(dǎo)致運行可靠性差；而且有效解決現(xiàn)有銅-鈦硅碳復(fù)合材料制成的受電弓滑板工作穩(wěn)定性、耐磨損等性能指標(biāo)差的問題。
【專利說明】一種了八1203混雜增強銅基復(fù)合滑板材料及其制備方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及受電弓滑板材料及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種混雜增強銅基復(fù)合滑板材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0003]隨著電力機車的發(fā)展提速，對接觸導(dǎo)線和受電弓滑板的材質(zhì)與結(jié)構(gòu)提出了越來越高的要求，受電弓滑板的發(fā)展與研究呈現(xiàn)出多樣性，滑板類型衍生出純金屬滑板、粉末冶金銅基滑板和鐵基滑板、純碳滑板、浸金屬碳滑板以及復(fù)合材料滑板等。其中，純金屬滑板和鐵基滑板因?qū)佑|導(dǎo)線磨損嚴(yán)重而較少使用，純碳滑板抗沖擊性較差，表面容易形成缺損和凹坑，目前高鐵使用較多的是浸金屬碳滑板，主要從國外進口且價格昂貴，這類滑板同樣存在抗沖擊力不足，價格過高，維護成本高等缺點，大多數(shù)浸金屬碳滑板運行距離在10萬公里左右即需更換。為了進一步提高滑板的耐沖擊性和耐磨損性能，新型復(fù)合材料滑板收到研究人員的關(guān)注。銅基復(fù)合材料由于基體優(yōu)越的導(dǎo)電性，良好的延展性而受到廣泛關(guān)注。
[0004]鈦硅碳(1131?)是一種六方晶系的三元層狀結(jié)構(gòu)材料，熔點超過30001，因鈦硅碳特殊的納米層狀結(jié)構(gòu)使其具備良好的自潤滑性能，優(yōu)越的機械性能，并且具有較好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，對熱沖擊不敏感，高溫下有著良好的塑性變形能力。國內(nèi)外的科研人員充分利用鈦硅碳的優(yōu)良特性，采用多樣的制備工藝與制備手段將其與不同材料進行復(fù)合，從而制備出符合各種工況的復(fù)合材料。因此，將鈦硅碳引入到受電弓滑板成為當(dāng)前的研究熱點，在基體中摻雜可以起到良好的潤滑和彌散強化作用，使得受電弓復(fù)合材料具備更佳的性能?，F(xiàn)今受電弓滑板的研究主要集中在1131?與基體材料間的界面結(jié)合狀態(tài)、界面組織、潤濕角等方面。
[0005]由于受電弓滑板不僅是一種電接觸材料，同時也是一種耐磨減摩材料；既要有良好的導(dǎo)電性和集電能力，又要具備適中的綜合機械性能；所研制的滑板材料既要與弓網(wǎng)系統(tǒng)相匹配，又要研究接觸網(wǎng)導(dǎo)線，滑板的材料、形狀、尺寸應(yīng)適應(yīng)高速的要求，以保證具有良好的接觸狀態(tài)和更高的耐磨性能。如何有效降低滑板與接觸導(dǎo)線的磨損，并保證受電弓滑板快速有效地運行成為當(dāng)前研究的熱點，研究焦點主要集中于提高滑板的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，改善滑板的組成元素配比，增強各元素彼此間的結(jié)合，考慮采用新型材質(zhì)滑板代替舊式滑板，保證列車安全運行并提高列車運行效率。
[0006]到目前為止，針對￠11-1131?受電弓滑板復(fù)合材料，國內(nèi)做的研究非常有限，僅有三個相關(guān)的專利，申請?zhí)柗謩e為⑶200810136996.3、⑶200810106997.8以及⑶201310314266.9，其中銅-鈦硅碳復(fù)合觸頭材料及其熱壓燒結(jié)制備方法和用途(申請?zhí)枹?01310314266.9)公開了一種銅-鈦硅碳復(fù)合材料的制備方法，制備出具有一定性能的受電弓滑板復(fù)合材料，但是復(fù)合材料制成滑板的工作穩(wěn)定性、對接觸導(dǎo)線的耐磨損等方面性能還是存在一定的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鱘魚魚肉棒及其制備方法，本發(fā)明不但解決了傳統(tǒng)受電弓滑板材料制成的受電弓滑板及接觸電網(wǎng)壽使用壽命短，其抗沖擊能力差，導(dǎo)致缺損和凹坑的形成，導(dǎo)致運行可靠性差；而且有效解決現(xiàn)有銅-鈦硅碳復(fù)合材料制成的受電弓滑板工作穩(wěn)定性、耐磨損等性能指標(biāo)差的問題。
[0008]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種八1203混雜增強銅基復(fù)合滑板材料，其特征在于:所述銅基復(fù)合滑板材料由以下組份質(zhì)量百分比組成:1?5納米八1203粉；20?40 1138102粉；余量為銅粉。
[0009]所述納米八1203粉體純度?99%，平均粒度為20鹽。
[0010]所述1131?粉體純度?95%，粒度為3?20 9 III。
[0011]所述銅粉為電解銅粉，粒度為100目?400目。
[0012]本發(fā)明進一步解決的技術(shù)方案為:
包括以下工藝步驟:
一、采用硝酸鹽法制備納米八1203前驅(qū)體，分別配制30?708/1的硝酸鋁溶液和15?308/1氨水見13相20溶液，在超聲波作用下將氨水溶液逐步滴入到硝酸鋁溶液中，采用95%乙醇為分散劑和保護劑，利用15%?20%??！202為氧化劑來促進八1 (0?) 300！1向八1 (0?) 4的轉(zhuǎn)化，沉淀、離心、烘干、煅燒得到納米八1203粉體；
二、對步驟一中的納米八1203粉體進行表面鍍銅，使用20%職2作為粗化劑，利用301^/1？如12作為活化劑活化八1203粉體表面，緊接著在10?308/1硫酸銅母液中進行表面化學(xué)鍍銅，30?508/1酒石酸鉀鈉作為絡(luò)合劑，5?208/1甲醛作為還原劑，10?208/1似0！1作為四調(diào)節(jié)劑，控制反應(yīng)母液的酸堿性值為11?13，最后對納米八1203粉體進行121檢測，以確定包覆效果；
三、為了進一步增強粉體與作為基體的銅粉之間的界面接觸，在粉體表面覆蓋銅，從而提高其潤濕性能；首先配制用蒸餾水溶解10?608/1的銅鹽、絡(luò)合劑酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉和穩(wěn)定劑溶液，均勻混合；然后配制5?208/1還原劑甲醛的溶液，單獨存放；化學(xué)鍍時，用15%?20%氏022對！'粉體進行粗化，粗化后加入到母液銅鹽溶液中，然后將上述兩種溶液混合，過濾待用；
四、按質(zhì)量百分比將表面處理過的鍍銅粉體、鍍銅納米八1203粉體與銅粉采用機械混合方式進行混合，混合速度為20011)111和混合時間為1011，混合完成后使用鋼模進行預(yù)壓坯，預(yù)壓壓力200?3001？^以除去其中包含的空氣；
五、將步驟四中的將預(yù)壓坯置入石墨模具中，進行真空熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)時以15?2500 /111111的速度進行升溫，燒結(jié)溫度為8001?9001，燒結(jié)壓力為25?35腿^，燒結(jié)時間控制在1?2111-8 ；
六、將步驟五中形成的坯料采用擠壓模進行熱擠壓成型，控制擠壓溫度400?5001和擠壓速度8?150/8，擠壓比為7.2，從而保證良好的復(fù)合滑板材料的成型。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點:
一、本發(fā)明所采用的基體銅自身具有良好的導(dǎo)電性能，可以作為優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)電材料，為了防止銅滑板對接觸導(dǎo)線產(chǎn)生大的磨耗，在銅基體中添加由于具備獨特的三元層狀結(jié)構(gòu)，所以可以起到良好的潤滑作用；另外，為了延長滑板的壽命，在滑板中加入納米八1203顆粒，這樣在起到減摩耐磨的同時，不至于對接觸導(dǎo)線產(chǎn)生過多的損耗；
二、本發(fā)明盡量延長滑板及接觸電網(wǎng)的壽命，提高其抗沖擊能力，減少形成缺損和凹坑的可能性，增加運行的可靠性；
三、本發(fā)明提供出良好的八1203粉體和11331(^2粉體的表面處理方案，使得其具有完整的銅表面覆蓋層，為制備滑板復(fù)合材料打下基礎(chǔ)；
四、本發(fā)明同時還提供了可行的受電弓滑板復(fù)合材料的熱壓燒結(jié)制備工藝，優(yōu)化復(fù)合材料的力學(xué)性能、電接觸性能，為裝備運用提供可能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為11331(:2/八1203混雜增強銅基滑板復(fù)合材料的制備工藝流程圖；
圖2為鍍銅前八1203粉體的121圖及其衍射花樣；
圖3為鍍銅后的形貌圖，鍍銅后表現(xiàn)出團絮狀特征；
圖4為硝酸鹽法制備八1203前驅(qū)體原理圖；
圖5為熱壓燒結(jié)示意圖；
圖6為熱擠壓成型示意圖；
圖7為制備出的銅基復(fù)合滑板材料。

【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明的銅基復(fù)合滑板材料由以下組份質(zhì)量百分比組成:1?5納米八1203粉；20?40 1138102粉；余量為銅粉；所述納米八1203粉體純度?99%，平均粒度為201^ ；所述1138102粉體純度?95%，粒度為3?20 ^ 111 ；所述銅粉為電解銅粉，粒度為100目?400目。
[0016]其制備包括以下工藝步驟:
一、采用硝酸鹽法制備納米八1203前驅(qū)體，分別配制30?708凡的硝酸鋁溶液和15108/I氨水冊131120溶液，在超聲波作用下將氨水溶液逐步滴入到硝酸鋁溶液中，采用95%乙醇為分散劑和保護劑，利用15%?20%！！202為氧化劑來促進八1 (0?) 300！1向八1 (0?) 4的轉(zhuǎn)化，沉淀、離心、烘干、煅燒得到納米八1203粉體；
二、對步驟一中的納米八1203粉體進行表面鍍銅，使用20%??！202作為粗化劑，利用3(^/I ？如12作為活化劑活化八1203粉體表面，緊接著在10?308凡硫酸銅母液中進行表面化學(xué)鍍銅，30^50^/1酒石酸鉀鈉作為絡(luò)合劑，5^20^/1甲醛作為還原劑，10^20^/1版10?作為調(diào)節(jié)劑，控制反應(yīng)母液的酸堿性四值為11?13，最后對納米八1203粉體進行121檢測，以確定包覆效果；
三、為了進一步增強粉體與作為基體的銅粉之間的界面接觸，在粉體表面覆蓋銅，從而提高其潤濕性能；首先配制用蒸餾水溶解10飛08/1的銅鹽、絡(luò)合劑酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉和穩(wěn)定劑溶液，均勻混合；然后配制5?208/1還原劑甲醛的溶液，單獨存放；化學(xué)鍍時，用15%?20%??！202對粉體進行粗化，粗化后加入到母液銅鹽溶液中，然后將上述兩種溶液混合，過濾待用；
四、按質(zhì)量百分比將表面處理過的鍍銅粉體、鍍銅納米八1203粉體與銅粉采用機械混合方式進行混合，混合速度為20011)111和混合時間為1011，混合完成后使用鋼模進行預(yù)壓坯，預(yù)壓壓力200?3001？3，以除去其中包含的空氣；
五、將步驟四中的將預(yù)壓坯置入石墨模具中，進行真空熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)時以15^2500 /111111的速度進行升溫，燒結(jié)溫度為8001、001，燒結(jié)壓力為25?351？3，燒結(jié)時間控制在1?2111*8 ；
六、將步驟五中形成的坯料采用擠壓模進行熱擠壓成型，控制擠壓溫度400飛001和擠壓速度『150/8，擠壓比為7.2，從而保證良好的復(fù)合滑板材料的成型；
上述銅鹽為硫酸銅。
[0017]實施例一、
1)首先配制納米鍍銅納米八1203被％比例為1%，鍍銅為20%，其余為粒度200目的銅粉；
2)依次稱取的鍍銅納米八1203粉體，408的鍍銅打講仏粉體以及15?的銅粉，然后進行機械混合，混合時間為10匕混合速度20011)%混合速度不宜過高，防止破壞表面鍍層的完整性；
3)采用鋼模2001？3預(yù)壓坯，然后將預(yù)壓坯置入內(nèi)徑為的石墨模具中，進行真空熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)時以151/-11的速度進行升溫，燒結(jié)溫度為8001，燒結(jié)壓力為251？3，燒結(jié)時間控制在111 ；
4)采用口模尺寸為28*38的擠壓模進行熱擠壓成型，嚴(yán)格控制擠壓溫度和擠壓速度，以保證良好的復(fù)合滑板材料的成型，調(diào)整擠壓溫度為4001，擠壓比\為7.2，擠壓速度為
8麵 / 8 ；
本實施例所制備的混雜增強銅基復(fù)合滑板材料的性能為:密度99.4%，電阻率0.212 9 0.1II，載流磨損量 2.83X10、III3。
[0018]實施例二、
1)首先配制鍍銅納米八1203被％比例為3%，鍍銅打如“找為30%，其余為粒度200目的銅粉；
2)依次稱取的鍍銅納米八1203粉體，608的鍍銅粉體以及13知的銅粉，然后進行機械混合，混合時間為10匕混合速度20011)%混合速度不宜過高，防止破壞表面鍍層的完整性；
3)采用鋼模2501？3預(yù)壓坯，然后將預(yù)壓坯置入內(nèi)徑為70臟的石墨模具中，進行真空熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)時以201 /111111的速度進行升溫，燒結(jié)溫度為8501，燒結(jié)壓力為301？3，燒結(jié)時間控制在1.511 ；
4)采用口模尺寸為28*38的擠壓模進行熱擠壓成型，嚴(yán)格控制擠壓溫度和擠壓速度，以保證良好的復(fù)合滑板材料的成型，調(diào)整擠壓溫度為4501，擠壓比\為7.2，擠壓速度為
10麵 / 8 ；
本實施例所制備的混雜增強銅基復(fù)合滑板材料的性能為:密度98.7%，電阻率0.263 ⑶.1II，載流磨損量 2.31 X 105 9 III3。
[0019]實施例三、
1)首先配制鍍銅納米八1203被％比例為5%，鍍銅打如“找為40%，其余為粒度200目的銅粉； 2)依次稱取108的鍍銅納米八1203粉體，808的鍍銅粉體以及1108的銅粉，然后進行機械混合，混合時間為10匕混合速度20011)%混合速度不宜過高，防止破壞表面鍍層的完整性；
壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)時以251 /111111的速度進行升溫，燒結(jié)溫度為9001，燒結(jié)壓力為351？3，燒結(jié)時間控制在21??；
4)采用口模尺寸為28*38的擠壓模進行熱擠壓成型，嚴(yán)格控制擠壓溫度和擠壓速度，以保證良好的復(fù)合滑板材料的成型，調(diào)整擠壓溫度為5001，擠壓比\為7.2，擠壓速度為
15麵 / 8 ；
本實施例所制備的混雜增強銅基復(fù)合滑板材料的性能為:密度97.1%，電阻率0.295 9 0.1II，載流磨損量 3.27X10、III3。
[0020]本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實施方式所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種Ti3SiC2AI2O3混雜增強銅基復(fù)合滑板材料，其特征在于:所述銅基復(fù)合滑板材料由以下組份質(zhì)量百分比組成?5納米Al2O3粉；20?40 Ti3SiC2粉；余量為銅粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti3SiC2Al2O3混雜增強銅基復(fù)合滑板材料，其特征在于:所述納米Al2O3粉體純度>99%，平均粒度為20nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti3SiC2Al2O3混雜增強銅基復(fù)合滑板材料，其特征在于:所述Ti3SiC2粉體純度>95%，粒度為3?20 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti3SiC2Al2O3混雜增強銅基復(fù)合滑板材料，其特征在于:所述銅粉為電解銅粉，粒度為100目^400目。
5.制備如權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種Ti3SiC2Al2O3混雜增強銅基復(fù)合滑板材料的方法，其特征在于:包括以下工藝步驟: 一、采用硝酸鹽法制備納米Al2O3前驅(qū)體，分別配制3(T70g/L的硝酸鋁溶液和15?30g/L氨水ΝΗ3*Η20溶液，在超聲波作用下將氨水溶液逐步滴入到硝酸鋁溶液中，采用95%乙醇為分散劑和保護劑，利用15°/Γ20%Η202為氧化劑來促進Al (OH) 300Η向Al (OH) 4的轉(zhuǎn)化，沉淀、離心、烘干、煅燒得到納米Al2O3粉體； 二、對步驟一中的納米Al2O3粉體進行表面鍍銅，使用20%Η202作為粗化劑，利用30mg/L Pdcl2作為活化劑活化Al2O3粉體表面，緊接著在l(T30g/L硫酸銅母液中進行表面化學(xué)鍍銅，3(T50g/L酒石酸鉀鈉作為絡(luò)合劑，5?20g/L甲醛作為還原劑，l(T20g/L NaOH作為PH調(diào)節(jié)劑，控制反應(yīng)母液的酸堿性PH值為11?13，最后對納米Al2O3粉體進行TEM檢測，以確定包覆效果； 三、為了進一步增強Ti3SiC2粉體與作為基體的銅粉之間的界面接觸，在Ti3SiC2粉體表面覆蓋銅，從而提高其潤濕性能；首先配制用蒸餾水溶解l(T60g/L的銅鹽、絡(luò)合劑酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉和穩(wěn)定劑溶液，均勻混合；然后配制5?20g/L還原劑甲醛的溶液，單獨存放；化學(xué)鍍時，用15°/Γ20%Η202對Ti3SiC2粉體進行粗化，粗化后加入到母液銅鹽溶液中，然后將上述兩種溶液混合，過濾待用； 四、按質(zhì)量百分比將表面處理過的鍍銅Ti3SiC2粉體、鍍銅納米Al2O3粉體與銅粉采用機械混合方式進行混合，混合速度為200rpm和混合時間為1h,混合完成后使用鋼模進行預(yù)壓坯，預(yù)壓壓力20(T300MPa，以除去其中包含的空氣； 五、將步驟四中的將預(yù)壓坯置入石墨模具中，進行真空熱壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)時以15^250C /min的速度進行升溫，燒結(jié)溫度為800°C、00°C，燒結(jié)壓力為25?35MPa，燒結(jié)時間控制在I?2hrs ； 六、將步驟五中形成的坯料采用擠壓模進行熱擠壓成型，控制擠壓溫度40(T500°C和擠壓速度8?15m/s，擠壓比為7.2，從而保證良好的復(fù)合滑板材料的成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種Ti3SiC2Al2O3混雜增強銅基復(fù)合滑板材料的制備方法，其特征在于:所述的銅鹽為硫酸銅。
【文檔編號】B22F1/00GK104388741SQ201410664261
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】符學(xué)龍, 嵇正波 申請人:江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院