專利名稱：電力機車受電弓滑板新材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的耐磨減摩合金材料—高錳鋁青銅合金(ZQMn14-7-3-3-1)，特別適用于制造電力機車受電弓的滑板。此外，這種合金材料也可以代替多種傳統(tǒng)的耐磨銅合金(如ZQSn6-6-3)，制作高載荷、高速、中溫(≤400℃)下工作的各種滑動軸瓦和滑塊。
鐵路電氣化、高速化是發(fā)達國家交通的一個重要標(biāo)志，我國正在力爭近幾年內(nèi)進入世界先進行列。電氣化鐵路網(wǎng)中，電力機車的受電弓滑板，是一種技術(shù)要求高，消耗量大的導(dǎo)電材料，也是實現(xiàn)鐵路高速化的一個重要的制約因素。目前電力機車常用的受電弓滑板材料主要有四大類粉末冶金銅基滑板、粉末冶金鐵基滑板、鑄造銅合金滑板和金屬—碳復(fù)合材料滑板。這些材料有的使用壽命低，有的對接觸網(wǎng)導(dǎo)線磨損嚴(yán)重等問題，因此，各國都在研制滑板新材料。
本發(fā)明的目的是研制一種新型的滑板材料，它的耐磨性能好，既能提高滑板材料的使用壽命，又能減少對接觸網(wǎng)導(dǎo)線的磨損。同時機械性能較高，質(zhì)量較輕，適合于高速運行。而且價格較低，廢舊滑板又可以回收利用。
本發(fā)明研制的新型滑板材料是屬于鑄造銅合金類的高錳鋁青銅合金，它的中國牌號可以寫作ZQMn14-7-3-3-1，其化學(xué)成分見表一。
表一、ZQMn14-7-3-3-1化學(xué)成分。
這種合金的熔煉可以在坩堝爐、電爐或大型反射爐中熔煉，鑄型應(yīng)采用于砂型或硬模。熔煉工藝如下首先將電解銅、一號金屬錳(或電解錳)、白鐵皮，按比例一起裝爐，點火升溫到800℃將爐材料預(yù)熱，除去水分和揮發(fā)物。待溫度均勻后，快速升溫到1250℃～1300℃，使?fàn)t料全部熔化，攪拌均勻。加進預(yù)留的5％冷銅料，降溫至1150℃左右，再加進鋅，攪拌，扒渣；最后加進鋁和鉛，攪拌均勻后，作爐前彎角和化學(xué)成分分析。分析結(jié)果若不合格，則應(yīng)調(diào)整成分，除氣精煉。待成分和爐前彎角(≥25°)都合格后，就可以出爐了，澆鑄溫度為1100℃～1050℃。熔鑄工藝直接影響材料的性能和產(chǎn)品的質(zhì)量，因此必須嚴(yán)格控制熔煉工藝和澆注溫度。
ZQMn14-7-3-3-1有優(yōu)良的機械性能(見表二)，它的抗拉強度、沖擊韌性和硬度都高于我國和日本常用的三類滑板材料，而比重在金屬基滑板材料中是最輕的。它的電阻率比粉末冶金的銅基和鐵基的滑板材料稍高一些，但是大大低于碳系滑板材料的電阻率，所以對其導(dǎo)電性能的影響很微小，也不會象碳系滑板那樣，有停車時滑板與接觸導(dǎo)線發(fā)熱過高的問題。
ZQMn14-7-3-3-1有很好的耐磨性能，同時對摩擦付有很好的減摩性能，從表三中我們可以看到，它與銅導(dǎo)線的高度磨耗比和重量磨耗比，均大大低于我國現(xiàn)行常用的三類滑板材料的部頒標(biāo)準(zhǔn)，可以大幅度提高滑板的使用壽命。同時它對接觸網(wǎng)導(dǎo)線的磨耗比也減少了，甚至低于浸金屬碳滑板對導(dǎo)線的磨耗，有利于接觸網(wǎng)導(dǎo)線的保護和維修。而且ZQMn14-7-3-3-1材料的成本較低，制造工藝較簡便；廢舊的滑板又可以回收熔煉，鑄成新的滑板，循回使用，有利于降低電氣化鐵路的保養(yǎng)費用和環(huán)境保護。
表二、ZQMn14-7-3-3-1與幾種常見滑板材料性能比較
注TB/T184.1～2002是中國鐵道部標(biāo)準(zhǔn)，JRS-日本舊國鐵標(biāo)準(zhǔn)。
表三、高錳鋁青銅與幾種常見滑板材料磨損性能比較表
表四、幾種耐磨材料的磨耗比
在表四中我們將ZQMn14-7-3-3-1與幾種常見的耐磨材料的磨耗比做個比較，從中我們看到，ZQMn14-7-3-3-1有很好的耐磨性能，它的磨耗比小于其它幾種耐磨材料。因此，這種新的耐磨材料將可以代替多種傳統(tǒng)的耐磨銅合金，制作高載荷、高速、中溫(≤400℃)下工作的各種滑動軸瓦和滑塊，具有廣闊的應(yīng)用前景。
實例說明首先將66.4公斤電解銅、14.2公斤電解錳和2.9公斤鐵絲一起裝進坩堝爐內(nèi)，點火升溫到800℃，除去水分和揮發(fā)物。待溫度均勻后，快速升溫到1250℃～1300℃，使?fàn)t料全部熔化，攪拌均勻，再加進5公斤冷銅降溫，在1150℃時加進1.15公斤鋅，攪拌、扒渣后，再加進7公斤鋁和3.8公斤鉛，將合金攪拌均勻，作爐前彎角試驗和化學(xué)成分分析。分析結(jié)果合格后，加0.2％的六氯乙烷除氣處理。然后在1100℃～1050℃下澆鑄，鑄模使用干砂模。自然冷卻后，再進行機械加工，制作成滑板。
權(quán)利要求
1.一種新型的耐磨材料—高錳鋁青銅合金，其牌號為ZQMn14-7-3-3-1，其特征是Mn 11.0％～15.0％，Al 6.0％～8.0％，F(xiàn)e 2.0％～3.5％，Pb 2.0％～6.0％，Zn0.5％～3.0％。
2.如權(quán)利要求書1所述的耐磨材料，其中的Zn可以是Sn、MoS2、石墨或是稀土元素中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求書1和2所述的耐磨材料，其制造方法可以是熔煉澆鑄，也可以是粉末冶金燒結(jié)而成。
4.如權(quán)利要求書1、2和3所述的耐磨材料，用于制作電力機車受電弓的滑板材料。
5.如權(quán)利要求書1、2和3所述的耐磨材料，用于制作高載荷、高速、中溫(≤400℃)下工作的各種滑動軸瓦和滑塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的耐磨減摩材料—高錳鋁青銅合金(ZQMn14－7－3－3－1)，特別適用于制造電力機車受電弓的滑板。這種材料有很好的耐磨性能，它與銅導(dǎo)線的磨耗比大大低于現(xiàn)在常用的幾種滑板材料，因此可以延長滑板的使用壽命。同時又減少了對接觸銅導(dǎo)線的磨損，有利于接觸網(wǎng)的保護。而且這種材料的制造工藝較簡便，成本較低，廢舊滑板還可以回收利用。此外，這種新型的耐磨合金材料，也可以代替多種傳統(tǒng)的耐磨材料，制作高載荷、高速、中溫(≤400℃)下工作的各種滑動軸瓦和滑塊。本發(fā)明詳細介紹了這種耐磨材料的化學(xué)成分和熔鑄工藝。
文檔編號C22C9/05GK1629349SQ20031011842
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者陳昭威 申請人:陳昭威