本發(fā)明涉及一種銅基受電弓滑板復(fù)合材料的制備方法，屬于受電弓滑板材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

滑板是裝在電力機(jī)車頂部的受電弓上，直接與電網(wǎng)導(dǎo)線磨擦接觸，將電網(wǎng)上的電流引入機(jī)車的接觸導(dǎo)電元件?；宀牧闲柰瑫r(shí)滿足或協(xié)調(diào)以下幾個(gè)方面的性能指標(biāo)：（1）低的電阻率和接觸電阻；（2）足夠的抗沖擊強(qiáng)度；（3）良好的減磨、自潤滑性能；（4）一定的耐磨性；（5）良好的耐熱、耐電弧性能；（6）一定的經(jīng)濟(jì)性；（7）便于成型和實(shí)現(xiàn)輕量化。受電弓滑板的研究和應(yīng)用方面，其材料主要經(jīng)歷了純金屬滑板、粉末冶金滑板、純碳滑板、浸金屬碳滑板、金屬基復(fù)合材料滑板和無機(jī)非金屬基復(fù)合材料滑板等發(fā)展過程。

現(xiàn)有的受電弓滑板的材料主要是粉末冶金材料和炭質(zhì)材料。粉末冶金滑板主要分為鐵基滑板和銅基滑板兩種。鐵基滑板適用于鋼鋁導(dǎo)線，銅基滑板適用于銅導(dǎo)線。粉末冶金滑板是以金屬鐵和銅粉末為基本成分，添加一些潤滑成分如炭、鉛和二硫化鉬等硫化物，通過機(jī)械混合使各種成分均勻分布后，利用液壓機(jī)將混料模壓成型，后將毛坯高溫?zé)Y(jié)，最后浸入潤滑油制得。由于粉末冶金滑板材料是金屬體，和導(dǎo)線材質(zhì)相近，而且導(dǎo)線是靜態(tài)，滑板是動(dòng)態(tài)，所以粉末冶金滑板對(duì)導(dǎo)線磨耗較大，而且在使用中易產(chǎn)生電弧。炭滑板本身具有很好的潤滑性，自潤滑性能和減摩性能好，對(duì)導(dǎo)線的磨損較小，滑動(dòng)時(shí)電磁噪聲小，且耐高溫，不易和導(dǎo)線發(fā)生焊附現(xiàn)象。炭滑板與銅接觸導(dǎo)線摩擦?xí)r在導(dǎo)線上形成一層炭膜，大大改善了導(dǎo)線的磨耗狀況。但是炭滑板機(jī)械強(qiáng)度低，耐沖擊性差，特別是雨季和潮濕地區(qū)，易出現(xiàn)局部拉溝，常出現(xiàn)弓網(wǎng)事故。另外，炭滑板固有電阻大、集電容量小、接觸溫度高，有可能引起導(dǎo)線過熱氧化，燒成連續(xù)麻坑，加速導(dǎo)線磨耗，且自身磨損較嚴(yán)重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對(duì)粉末冶金滑板材料對(duì)導(dǎo)線的磨耗較大，且在使用中易產(chǎn)生電弧的問題，本發(fā)明首先以石墨粉、鈦粉以及鋁粉等物質(zhì)為原料，制備得到陶瓷坯體，將其進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)后，與預(yù)處理的石墨、銅粉進(jìn)行球磨，得到復(fù)合材料粉料，最后將其進(jìn)行壓制、燒結(jié)和拋光處理，即可得到銅基受電弓滑板復(fù)合材料。本發(fā)明制備的銅基受電弓滑板復(fù)合材料對(duì)導(dǎo)線的磨損較小，不易產(chǎn)生電弧，可適用于制備鐵路電力機(jī)車受電弓滑板。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

（1）稱取140～145g鈦粉，27～28g鋁粉，21～22g石墨粉，23～24g錫粉，裝入球磨機(jī)中球磨混合9～10h，得混合粉料，將混合粉料置于干壓成型機(jī)中，在20～25MPa下預(yù)壓成型，并將其轉(zhuǎn)入干燥箱中，在105～110℃下，干燥至恒重，得陶瓷坯體，備用；

（2）稱取30～40g石墨粉，加入至80～100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氫氧化鈉溶液中，以200～300r/min攪拌加熱至沸騰并保持溫度20～25min，冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌濾餅至洗滌液呈中性，將洗滌后的濾餅加入至50～60mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%硝酸溶液中，以200～300r/min攪拌加熱至沸騰并保持溫度20～25min，冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌濾渣至洗滌液呈中性，并轉(zhuǎn)入干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，得預(yù)處理石墨；

（3）將上述步驟（1）制備的陶瓷坯體置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在氬氣保護(hù)條件下，加熱至1350～1400℃，高溫?zé)Y(jié)15～20min，冷卻至室溫，得Ti₃AlC₂陶瓷，將Ti₃AlC₂陶瓷加入粉碎機(jī)中粉碎，過200目篩，稱取180～200g過篩后的Ti₃AlC₂陶瓷粉末裝入球磨罐中，并向球磨罐中加入上述制備的預(yù)處理石墨和750～800g銅粉，在氬氣保護(hù)條件下，封罐球磨5～6h，得復(fù)合材料粉料；

（4）將上述制備的復(fù)合材料粉料裝入模具中，在300～400MPa壓力下壓制1～2min，將壓制后的模具置于真空燒結(jié)爐中，在體積比為1:1的氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w氣氛下，以80～100℃/min升溫至800～900℃，保持溫度10～15min后，冷卻至室溫，拆模得粗坯，并將其置于拋光機(jī)中，打磨拋光，得銅基受電弓滑板復(fù)合材料。

本發(fā)明制備的銅基受電弓滑板復(fù)合材料摩擦系數(shù)低于0.07，磨損量低于1.9×10^-4mm/km，壓縮強(qiáng)度達(dá)到325MPa以上，拉伸強(qiáng)度達(dá)到56.7MPa以上，沖擊韌性達(dá)到2.7J/cm²以上。

本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：

（1）本發(fā)明制備的銅基受電弓滑板復(fù)合材料對(duì)導(dǎo)線的磨耗較小，其摩擦系數(shù)低于0.07；

（2）本發(fā)明制備的銅基受電弓滑板復(fù)合材料自身磨損量較小，磨損量低于1.9×10^-4mm/km，延長了使用壽命。

具體實(shí)施方式

首先稱取140～145g鈦粉，27～28g鋁粉，21～22g石墨粉，23～24g錫粉，裝入球磨機(jī)中球磨混合9～10h，得混合粉料，將混合粉料置于干壓成型機(jī)中，在20～25MPa下預(yù)壓成型，并將其轉(zhuǎn)入干燥箱中，在105～110℃下，干燥至恒重，得陶瓷坯體，備用；再稱取30～40g石墨粉，加入至80～100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氫氧化鈉溶液中，以200～300r/min攪拌加熱至沸騰并保持溫度20～25min，冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌濾餅至洗滌液呈中性，將洗滌后的濾餅加入至50～60mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%硝酸溶液中，以200～300r/min攪拌加熱至沸騰并保持溫度20～25min，冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌濾渣至洗滌液呈中性，并轉(zhuǎn)入干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，得預(yù)處理石墨；接著將上述制備的陶瓷坯體置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在氬氣保護(hù)條件下，加熱至1350～1400℃，高溫?zé)Y(jié)15～20min，冷卻至室溫，得Ti₃AlC₂陶瓷，將Ti₃AlC₂陶瓷加入粉碎機(jī)中粉碎，過200目篩，稱取180～200g過篩后的Ti₃AlC₂陶瓷粉末裝入球磨罐中，并向球磨罐中加入上述制備的預(yù)處理石墨和750～800g銅粉，在氬氣保護(hù)條件下，封罐球磨5～6h，得復(fù)合材料粉料；最后將上述制備的復(fù)合材料粉料裝入模具中，在300～400MPa壓力下壓制1～2min，將壓制后的模具置于真空燒結(jié)爐中，在體積比為1:1的氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w氣氛下，以80～100℃/min升溫至800～900℃，保持溫度10～15min后，冷卻至室溫，拆模得粗坯，并將其置于拋光機(jī)中，打磨拋光，得銅基受電弓滑板復(fù)合材料。

實(shí)例1

首先稱取145g鈦粉，28g鋁粉，22g石墨粉，24g錫粉，裝入球磨機(jī)中球磨混合10h，得混合粉料，將混合粉料置于干壓成型機(jī)中，在25MPa下預(yù)壓成型，并將其轉(zhuǎn)入干燥箱中，在110℃下，干燥至恒重，得陶瓷坯體，備用；再稱取40g石墨粉，加入至100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氫氧化鈉溶液中，以300r/min攪拌加熱至沸騰并保持溫度25min，冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌濾餅至洗滌液呈中性，將洗滌后的濾餅加入至60mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%硝酸溶液中，以300r/min攪拌加熱至沸騰并保持溫度25min，冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌濾渣至洗滌液呈中性，并轉(zhuǎn)入干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，得預(yù)處理石墨；接著將上述制備的陶瓷坯體置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在氬氣保護(hù)條件下，加熱至1350℃，高溫?zé)Y(jié)15min，冷卻至室溫，得Ti₃AlC₂陶瓷，將Ti₃AlC₂陶瓷加入粉碎機(jī)中粉碎，過200目篩，稱取180g過篩后的Ti₃AlC₂陶瓷粉末裝入球磨罐中，并向球磨罐中加入上述制備的預(yù)處理石墨和750g銅粉，在氬氣保護(hù)條件下，封罐球磨5h，得復(fù)合材料粉料；最后將上述制備的復(fù)合材料粉料裝入模具中，在300MPa壓力下壓制1min，將壓制后的模具置于真空燒結(jié)爐中，在體積比為1:1的氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w氣氛下，以80℃/min升溫至800℃，保持溫度10min后，冷卻至室溫，拆模得粗坯，并將其置于拋光機(jī)中，打磨拋光，得銅基受電弓滑板復(fù)合材料。

本發(fā)明制備的銅基受電弓滑板復(fù)合材料摩擦系數(shù)為0.065，磨損量為1.8×10^-4mm/km，壓縮強(qiáng)度達(dá)到327MPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)到57.7MPa，沖擊韌性達(dá)到2.8J/cm²。

實(shí)例2

首先稱取145g鈦粉，28g鋁粉，22g石墨粉，24g錫粉，裝入球磨機(jī)中球磨混合10h，得混合粉料，將混合粉料置于干壓成型機(jī)中，在25MPa下預(yù)壓成型，并將其轉(zhuǎn)入干燥箱中，在110℃下，干燥至恒重，得陶瓷坯體，備用；再稱取40g石墨粉，加入至100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氫氧化鈉溶液中，以300r/min攪拌加熱至沸騰并保持溫度25min，冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌濾餅至洗滌液呈中性，將洗滌后的濾餅加入至60mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%硝酸溶液中，以300r/min攪拌加熱至沸騰并保持溫度25min，冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌濾渣至洗滌液呈中性，并轉(zhuǎn)入干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，得預(yù)處理石墨；接著將上述制備的陶瓷坯體置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在氬氣保護(hù)條件下，加熱至1400℃，高溫?zé)Y(jié)20min，冷卻至室溫，得Ti₃AlC₂陶瓷，將Ti₃AlC₂陶瓷加入粉碎機(jī)中粉碎，過200目篩，稱取200g過篩后的Ti₃AlC₂陶瓷粉末裝入球磨罐中，并向球磨罐中加入上述制備的預(yù)處理石墨和800g銅粉，在氬氣保護(hù)條件下，封罐球磨6h，得復(fù)合材料粉料；最后將上述制備的復(fù)合材料粉料裝入模具中，在400MPa壓力下壓制2min，將壓制后的模具置于真空燒結(jié)爐中，在體積比為1:1的氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w氣氛下，以100℃/min升溫至900℃，保持溫度15min后，冷卻至室溫，拆模得粗坯，并將其置于拋光機(jī)中，打磨拋光，得銅基受電弓滑板復(fù)合材料。

本發(fā)明制備的銅基受電弓滑板復(fù)合材料摩擦系數(shù)為0.067，磨損量為1.75×10^-4mm/km，壓縮強(qiáng)度達(dá)到327.6MPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)到57.87MPa，沖擊韌性達(dá)到2.85J/cm²。

實(shí)例3

首先稱取142g鈦粉，27g鋁粉，21g石墨粉，23g錫粉，裝入球磨機(jī)中球磨混合9h，得混合粉料，將混合粉料置于干壓成型機(jī)中，在22MPa下預(yù)壓成型，并將其轉(zhuǎn)入干燥箱中，在107℃下，干燥至恒重，得陶瓷坯體，備用；再稱取32g石墨粉，加入至90mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氫氧化鈉溶液中，以250r/min攪拌加熱至沸騰并保持溫度22min，冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌濾餅至洗滌液呈中性，將洗滌后的濾餅加入至55mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%硝酸溶液中，以250r/min攪拌加熱至沸騰并保持溫度22min，冷卻至室溫，真空抽濾，用去離子水洗滌濾渣至洗滌液呈中性，并轉(zhuǎn)入干燥箱中，在107℃下干燥至恒重，得預(yù)處理石墨；接著將上述制備的陶瓷坯體置于高溫?zé)Y(jié)爐中，在氬氣保護(hù)條件下，加熱至1370℃，高溫?zé)Y(jié)17min，冷卻至室溫，得Ti₃AlC₂陶瓷，將Ti₃AlC₂陶瓷加入粉碎機(jī)中粉碎，過200目篩，稱取190g過篩后的Ti₃AlC₂陶瓷粉末裝入球磨罐中，并向球磨罐中加入上述制備的預(yù)處理石墨和770g銅粉，在氬氣保護(hù)條件下，封罐球磨5h，得復(fù)合材料粉料；最后將上述制備的復(fù)合材料粉料裝入模具中，在350Pa壓力下壓制1min，將壓制后的模具置于真空燒結(jié)爐中，在體積比為1:1的氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w氣氛下，以90℃/min升溫至850℃，保持溫度12min后，冷卻至室溫，拆模得粗坯，并將其置于拋光機(jī)中，打磨拋光，得銅基受電弓滑板復(fù)合材料。

本發(fā)明制備的銅基受電弓滑板復(fù)合材料摩擦系數(shù)為0.064，磨損量為1.7×10^-4mm/km，壓縮強(qiáng)度達(dá)到328MPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)到57.9MPa，沖擊韌性達(dá)到2.9J/cm²。