專利名稱：軌道車輛用炭基滑塊材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軌道車輛用炭基滑塊材料及其制備方法，屬于炭基受流摩擦材料 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鐵路的電氣化和高速化已成為世界鐵路運(yùn)輸發(fā)展的趨勢(shì)，而受電弓滑板是電力機(jī) 車的靈魂部件，滑板質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)機(jī)車的取流狀況有重要的影響。目前電力機(jī)車使用的滑 板主要有銅滑板、純炭滑板、粉末冶金滑板和浸金屬炭滑板。銅滑板導(dǎo)電性能好，機(jī)械強(qiáng)度 高，取材方便，使用壽命長(zhǎng)，成本低，但其對(duì)接觸網(wǎng)導(dǎo)線磨耗大，耐電弧性能差，目前已限制 使用；純炭滑板具有自潤(rùn)滑性能，對(duì)導(dǎo)線磨耗低，并具有良好的接觸穩(wěn)定性，但其固有電阻 大，機(jī)械強(qiáng)度低，質(zhì)脆，易出現(xiàn)斷裂和掉塊現(xiàn)象，在使用范圍方面也受到很大限制；粉末冶金 滑板一般有鐵基和銅基兩種，其機(jī)械強(qiáng)度高，抗沖擊能力強(qiáng)，但對(duì)接觸網(wǎng)導(dǎo)線而言，其并不 是理想的材料，最大的缺欠是抗電弧能力差，離線時(shí)產(chǎn)生的電弧經(jīng)常將滑板燒熔或把網(wǎng)導(dǎo) 線燒熔；浸金屬滑板具有較好的導(dǎo)電性能，基本解決了純炭滑板機(jī)械強(qiáng)度低的問(wèn)題，耐磨性 能大為提高，能根本解決網(wǎng)導(dǎo)線磨耗過(guò)快的問(wèn)題，但其抗沖擊能力不足，易出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象， 使用過(guò)程中需要不斷整形，而且制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)和維護(hù)成本都過(guò)高。
為了解決上述受電弓滑板存在的不足，近年來(lái)國(guó)內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)又開(kāi)始了以炭基 復(fù)合材料作為滑板材料的研究，一部分滑板是以鍍銅石墨為導(dǎo)電基料或者改性組分，分別 以短切炭纖維(不大于8cm)、連續(xù)長(zhǎng)炭纖維(直徑小于20 μ m)和鍍銅炭纖維作為增強(qiáng)材料 來(lái)研制滑板材料，雖然均具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性能，摩擦磨損性能也較優(yōu)異，但原料 預(yù)處理工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，大大降低其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提出一種軌道車輛用炭基滑塊 材料及其制備方法。該材料具有良好的導(dǎo)電性能、優(yōu)異的摩擦性能、較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，適宜 用作軌道交通車輛所用受流摩擦材料。
本發(fā)明軌道車輛用炭基滑塊材料，其技術(shù)方案如下以石墨、焦炭?jī)烧叩幕旌衔镒?為基體，兩者含量占總組分質(zhì)量百分比分別為15-35%和35-55%;以煤浙青為粘結(jié)劑，其在 總組分中所占的質(zhì)量百分比為25-30% ；以硫粉、玻璃粉、氧化鋁和二硫化鉬的混合物作為 摩擦改性劑，在總組分中所占的質(zhì)量百分比分別為1_3%，1-3%，1-2%和0. 5-1%。將上述 物料采用于態(tài)混合的方法，將原料充分混合后進(jìn)行熱壓成型，然后在氮?dú)鈿夥罩谐禾炕?最后滲青銅粉。
其中，青銅粉粒度小于200目，青銅粉型號(hào)為663型，質(zhì)量百分比組成為銅85%， 錫6%，鋅6%，鉛3% ；石墨和焦炭粉粒度小于150目；作為摩擦改性劑的硫粉、玻璃粉、氧 化鋁和二硫化鉬均粒度小于200目。
上述軌道車輛用炭基滑塊材料的制備方法如圖1所示，包括如下幾個(gè)步驟3
(1)混料先將石墨、焦炭、煤浙青和摩擦改性劑混合均勻，在球磨機(jī)中攪拌混合， 球磨時(shí)間20 40h制成模壓粉料；
(2)熱壓成型將步驟⑴制得的模壓粉料放入模具中，在熱壓成型機(jī)上分三個(gè)階 段加熱加壓，使煤浙青固化成型
第一階段溫度80-90°C，壓力200-220MPa，保壓時(shí)間30min
第二階段溫度120-130°C，壓力 100-120MPa，保壓時(shí)間30min
第三階段溫度200-220°C，壓力50_70MPa，保壓時(shí)間10min。
(3)炭化對(duì)步驟⑵所壓制的試樣進(jìn)行炭化處理，處理溫度為900-1100°C，炭化 時(shí)間為2-4h ；
(4)將步驟C3)炭化后的樣品抽真空烘干，裝入熱等靜壓爐預(yù)熱后，將樣品和青銅 粉一起放入石墨坩堝內(nèi)，升到1000-1200°C使青銅粉熔融，開(kāi)動(dòng)加壓系統(tǒng)，使?fàn)t內(nèi)壓力達(dá)到 8-lOMPa，溫度1000-1200°C保壓lh，卸壓冷卻，便制成浸漬金屬炭基滑塊材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及功效在于本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、可進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)； 該材料具有良好的導(dǎo)電性能、優(yōu)異的摩擦性能和較好的機(jī)械性能，適宜用作軌道交通車輛 所用受流摩擦材料。


圖1是本發(fā)明軌道車輛用炭基滑塊材料的制備工藝流程圖。
圖2(a) (b)是炭基滑塊材料試樣1、2的金相照片
圖3是炭基滑塊材料試樣1、2的摩擦曲線圖
表1是炭基滑塊材料試樣1、2 (實(shí)施例1、幻的基本性能表
單位說(shuō)明
°C 攝氏度
°〇/11:攝氏度/小時(shí)
MPa 兆帕
g/cm3:克/立方厘米
KJ/m2:千焦/平方米
Ω · m 歐 米
μ m 微米
mm 毫米
wt % 質(zhì)量百分比
HS 肖氏硬度
L/min:升 / 分鐘
min 分鐘
h 小時(shí)具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1
(1)混料先將石墨25wt %，焦炭粉40wt %，硫粉2. Owt. %，二硫化鉬0. 5wt %，氧 化鋁1. 5wt%，玻璃粉1. Owt %和煤浙青30wt%在球磨機(jī)中攪拌混合均勻，球磨時(shí)間24h制 成模壓粉料；
(2)熱壓成型將步驟(1)制得的模壓粉料放入模具中，在熱壓成型機(jī)上分三個(gè)階 段加熱加壓，使煤浙青固化成型
第一階段溫度80°C，壓力200MPa，保壓時(shí)間30min
第二階段溫度120°C，壓力lOOMPa，保壓時(shí)間30min
第三階段溫度200°C，壓力50MPa，保壓時(shí)間10min。
(3)炭化對(duì)步驟( 所壓制的試樣真空炭化爐中進(jìn)行炭化處理，處理溫度為 1000°C，炭化時(shí)間為2h ；
(4)將步驟( 炭化炭化后的樣品抽真空烘干，裝入熱等靜壓爐預(yù)熱后，將樣品和 青銅粉一起放入石墨坩堝內(nèi)，升到1000°c使青銅粉熔融，開(kāi)動(dòng)加壓系統(tǒng)，使?fàn)t內(nèi)壓力達(dá)到 8MPa，溫度1000°C保壓lh，卸壓冷卻，制成炭基受流摩擦材料試樣1。其金相照片如圖2(a) 所示，摩擦性能曲線如圖3所示，其力學(xué)、摩擦磨損和電阻率等性能如表1所示。
表 權(quán)利要求
1.一種軌道車輛用炭基滑塊材料，其特征在于該材料是以石墨、焦炭?jī)烧叩幕旌衔?作為基體，兩者含量占總組分質(zhì)量百分比分別為15-35%和35-55%;以煤浙青為粘結(jié)劑，其 在總組分中所占的質(zhì)量百分比為25-30% ；以硫粉、玻璃粉、氧化鋁和二硫化鉬的混合物作 為摩擦改性劑，在總組分中所占的質(zhì)量百分比分別為1_3%，1-3%，1-2%和0. 5-1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道車輛用炭基滑塊材料，其特征在于所述的青銅粉粒度 小于200目，青銅粉型號(hào)為663型，質(zhì)量百分比組成為銅85 %，錫6 %，鋅6 %，鉛3 %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道車輛用炭基滑塊材料，其特征在于所述的石墨和焦炭 粉粒度小于150目；作為摩擦改性劑的硫粉、玻璃粉、氧化鋁和二硫化鉬均粒度小于200目。
4.一種軌道車輛用炭基滑塊材料的制備方法，其特征在于，包括如下幾個(gè)步驟(1)混料先將石墨、焦炭、煤浙青和摩擦改性劑混合均勻，在球磨機(jī)中攪拌混合，球磨 時(shí)間20 40h制成模壓粉料；(2)熱壓成型將步驟(1)制得的模壓粉料放入模具中，在熱壓成型機(jī)上分三個(gè)階段加 熱加壓，使煤浙青固化成型第一階段溫度80-90°C，壓力200-220MPa，保壓時(shí)間30min ；第二階段溫度120-130°C，壓力100-120MPa，保壓時(shí)間30min ；第三階段溫度200-220°C，壓力50-70MPa，保壓時(shí)間IOmin ；(3)炭化對(duì)步驟( 所壓制的試樣進(jìn)行炭化處理，處理溫度為900-1100°C，炭化時(shí)間 為 2-4h ；(4)將步驟C3)炭化后的樣品抽真空烘干，裝入熱等靜壓爐預(yù)熱后，將樣品和青銅粉 一起放入石墨坩堝內(nèi)，升到1000-1200°C使青銅粉熔融，開(kāi)動(dòng)加壓系統(tǒng)，使?fàn)t內(nèi)壓力達(dá)到 8-lOMPa，溫度1000-1200°C保壓lh，卸壓冷卻，便制成浸漬金屬炭基滑塊材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軌道車輛用炭基滑塊材料，其特征在于該材料是以石墨、焦炭?jī)烧叩幕旌衔镒鳛榛w，兩者含量占總組分質(zhì)量百分比分別為15-35％和35-55％；以煤瀝青為粘結(jié)劑，其在總組分中所占的質(zhì)量百分比為25-30％；以硫粉、玻璃粉、氧化鋁和二硫化鉬的混合物作為摩擦改性劑，在總組分中所占的質(zhì)量百分比分別為1-3％，1-3％，1-2％和0.5-1％；將上述物料采用干態(tài)混合的方法，將原料充分混合后，分三個(gè)階段進(jìn)行熱壓成型，然后在氮?dú)鈿夥罩谐禾炕詈鬂B青銅。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、可進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)；該材料具有良好的導(dǎo)電性能、優(yōu)異的摩擦性能和較好的機(jī)械性能，適宜用作軌道交通車輛所用受流摩擦材料。
文檔編號(hào)H01B13/00GK102034561SQ20101050630
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月9日
發(fā)明者楊慧君, 羅瑞盈, 蘇琛涵 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)