專利名稱：一種受電弓滑板復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種銅基受電弓滑板復合材料及其制備方法。
背景技術：
當今世界鐵路運輸發(fā)展的趨勢是電氣化和高速化。隨著我國高速鐵路時代的來臨，我國的電氣化鐵路也進入一個暫新的時期，這就更要求新型的，高要求的受電弓滑板的出現(xiàn)。目前高性能的受電弓滑板要求具有良好的自潤滑、耐磨減磨性、導電性，沖擊韌性、抗壓強度、抗彎強度。而我國由于研發(fā)受電弓起步較晚，投入不足，高性能的受電弓滑板主要靠進口?，F(xiàn)在使用的受電弓滑板主要分為浸金屬滑板，純碳滑板，粉末冶金滑板。但是都有各自的問題。浸金屬滑板抗沖擊力不足，易出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，使用受限；純碳滑板機械強度低， 抗沖擊韌性差，遇硬點掉塊，弓網故障大，不均勻磨損嚴重；粉末冶金滑板使用最多，但是由于材料接近，且潤滑不易，對接觸線的磨耗比較大。利用復合材料來制作滑板具有極大的優(yōu)勢，尤其是銅基復合材料的滑板。純銅具有很多優(yōu)點，比如優(yōu)良的導電性、導熱性、耐腐蝕性、接合性、可加工性、且價格適中。但是純銅也有缺點，比如強度低，耐磨性差等。而在純銅里面添加Ti3AlC2，在適當提高銅基復合材料強度、硬度、耐磨性等綜合機械物理性能的同時保證材料良好的導電性能，更為重要的具有優(yōu)異的自潤滑性能，與銅基的其他增強體材料相比具有巨大的優(yōu)勢，使得Ti3AlC2在制造受電弓滑板上有巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前國內也有人開展了類似的研究工作，主要問題集中在Ti3AlC2與Cu之間的界面結合上，因為二者，Ti3AlC2是陶瓷，Cu是金屬，所以存在界面潤濕的問題以及界面結合強度的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有銅基受電弓滑板復合材料中陶瓷增強相與銅之間的界面潤濕性差，界面結合強度低的問題，本發(fā)明提供了一種受電弓滑板復合材料及其制備方法。本發(fā)明的受電弓滑板復合材料是按體積百分比由60 % 90 %的銅粉和10 % 40%的陶瓷顆粒制得的，其中陶瓷顆粒表面具有化學鍍銅層。其中所述陶瓷顆粒為Ti3AlC2 陶瓷顆粒、Ti3SiC2陶瓷顆?；蛘逿i2AlC陶瓷顆粒。本發(fā)明的受電弓滑板復合材料的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、利用化學鍍銅工藝在陶瓷顆粒表面得到化學鍍銅層；二、將經步驟一處理后的陶瓷顆粒和銅粉混合均勻得混合物料，其中混合物料中按體積百分比由10% 40%的步驟一處理后的陶瓷顆粒和60% 90%的銅粉組成；三、熱壓燒結將步驟二的混合物料在800 900°C、40 160MPa條件下熱壓燒結0. 5 lh，得到陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料，完成受電弓滑板復合材料的制各。本發(fā)明的銅粉粒度為150 250目，陶瓷顆粒粒度為150 250目。步驟一中陶
4瓷顆粒為Ti3AlC2陶瓷顆粒、Ti3SiC2陶瓷顆?；蛘逿i2AlC陶瓷顆粒。本發(fā)明的受電弓滑板復合材料的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、利用化學鍍銅工藝在陶瓷顆粒表面得到化學鍍銅層；二、將經步驟一處理后的陶瓷顆粒和銅粉混合均勻得混合物料，其中混合物料中按體積百分比由10% 40%的步驟一處理后的陶瓷顆粒和60% 90%的銅粉組成；三、熱壓燒結將步驟二的混合物料在800 900°C、40 160MI^條件下熱壓燒結0. 5 lh，得復合材料；四、將經步驟三熱壓燒結得的復合材料進行熱擠壓，熱擠壓工藝為擠壓杯、磨具溫度為400 450°C，保溫lh，復合材料溫度為760 850°C，保溫lh，得到陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料，完成受電弓滑板復合材料的制備。本發(fā)明受電弓滑板復合材料的制備方法的步驟一中化學鍍銅工藝是通過以下步驟實現(xiàn)的一、將陶瓷顆粒依次進行親水化、粗化、敏化、活化和還原處理，完成預處理；二、 化學鍍銅在50 80°C的水浴條件下，將經步驟一預處理后的陶瓷顆粒加入化學鍍液中， 然后在攪拌狀態(tài)下，化學鍍銅15 25min，即在陶瓷顆粒表面得到化學鍍層，其中化學鍍液由濃度為 15 25g/L 的 CuSO4 ·5Η20、22 26g/L 的 Na2EDTAU5 18g/L 的 C4H4KNa ·4Η20、 13 17mL/L的甲醛、8 15g/L的氫氧化鈉和30 50mg/L的α，α ‘-聯(lián)吡啶組成，控制化學鍍液PH值為12. 5 13。其中的預處理的具體操作如下a、親水化將陶瓷顆粒在濃度為8% 15% (質量)的氫氧化鈉溶液中煮沸15 25min ；b、粗化將親水化后的陶瓷顆粒在濃度為8% 15% (質量)的硝酸溶液中煮沸15 25min ；c、敏化將經步驟b粗化處理后的陶瓷顆粒加入敏化液中，然后在35 45°C的水浴條件下攪拌反應15 25min，再靜置沉淀5 20min，過濾并清洗，得敏化后陶瓷顆粒，其中敏化液的組成為20g/L的SnCl2 和10mL/L的HCl的混合液；d、活化將經步驟d敏化后陶瓷顆粒加入蒸餾水中，制成陶瓷顆粒質量濃度為6g/L 8g/L的懸濁液，再將懸濁液加入到活化液中，然后在35 45°C的水浴條件下攪拌反應15 25min，再靜置沉淀5 20min，過濾并清洗，得活化后陶瓷顆粒，其中活化液的組成為4g/L的AgNO3溶液；e、還原將活化后陶瓷顆粒加入濃度為3 5mL/L 甲醛溶液或次亞磷酸納溶液中，在35 45°C的水浴條件下攪拌反應15 25min，過濾并清洗，得還原后Ti3AlC2陶瓷顆粒。本發(fā)明受電弓復合材料的制備方法的步驟二中利用球磨混粉工藝進行混合，球磨混粉參數(shù)為球料質量比4 1，轉速150 300轉/分鐘(rpm)，球磨時間5 10h。本發(fā)明步驟三中首先升溫至350 450°C，保溫20 40min，然后再升溫至800 9000C，升溫的同時加壓至40 160MPa，保溫保壓0. 5 lh，再隨爐冷卻至室溫即可。其中， 升溫速率控制在10 30°C /min。本發(fā)明首先通過化學鍍銅工藝在陶瓷顆粒表面化學鍍銅，然后將其與銅粉的混合物料經熱壓燒結(或者經熱壓燒結和熱擠壓)處理后得到致密度高、界面結合性能好和力學性能好的受電弓滑板復合材料。本發(fā)明經熱壓燒結處理制備的受電弓滑板復合材料具有組織致密度高，界面結合性能好的特點，而且內部Ti3AlC2陶瓷顆粒分布均勻，致密度達到99. 86%，硬度達到 93. 3HB，力學性能好，抗拉強度達到230MPa，摩擦系數(shù)比較高，隨著壓強的增加，摩擦系數(shù)的變化不明顯，當壓力為12. 時，摩擦系數(shù)最低為0.4左右。再經熱擠壓處理制備的受電弓滑板復合材料的致密度達到100. 79%，硬度達到92. 3HB，力學性能更好，抗拉強度達到 300MPa，隨著壓強的增加，摩擦系數(shù)逐漸變小，壓力為25MPa時摩擦系數(shù)僅為0. 15。


圖1是具體實施方式
四十的Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料掃描電子顯微照片；圖2是11#1(2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料抗拉強度曲線圖，圖中曲線A為具體實施方式
四十二的復合材料抗拉強度曲線，曲線B為具體實施方式
四十的復合材料抗拉強度曲線，曲線C為具體實施方式
四十一的復合材料抗拉強度曲線；圖3為具體實施方式
四十的Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料的摩擦磨損-時間曲線圖，圖中“-■-，， 為5MPa壓力下摩擦磨損-時間曲線，“-〇-，，為12. 5MPa壓力下的，“-Δ -，，為17. 5MPa壓力下的，“―▽—”為25MPa壓力下的；圖4為具體實施方式
四i^一的Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu 受電弓滑板復合材料的摩擦磨損-時間曲線圖，圖中“-■ _”為壓力下摩擦磨損-時間曲線，“-〇_”為12. 5MPa壓力下的，“-Δ _”為17. 5MPa壓力下的，“一▽一”為25MPa壓力下的。
具體實施例方式本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式為受電弓滑板復合材料，受電弓滑板復合材料是按體積百分比由60% 90%的銅粉和10% 40%的陶瓷顆粒制得的，其中陶瓷顆粒表面具有化學鍍銅層。本實施方式采用在表面具有化學鍍銅層的陶瓷顆粒為原料，與銅粉混合制得的受電弓滑板復合材料的組織致密度高，界面結合性能好，而且內部Ti3AlC2陶瓷顆粒分布均勻，致密度達到99. 86% 100. 79%，硬度達到92. 3HB 93. 3HB，力學性能好，抗拉強度達到230 300MPa，摩擦系數(shù)為0. 15 0. 4。比較高，隨著壓強的增加，摩擦系數(shù)的變化不明顯，當壓力為12.5MPa時，摩擦系數(shù)最低為左右。再經熱擠壓處理制備的受電弓滑板復合材料的致密度達到100. 79%，硬度達到92. 3HB，力學性能更好，抗拉強度達到300Mpa，隨著壓強的增加，摩擦系數(shù)逐漸變小， 壓力為25MPa時摩擦系數(shù)僅為0. 15。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是所述陶瓷顆粒為 Ti3AlC2陶瓷顆粒、Ti3SiC2陶瓷顆粒或者Ti2AlC陶瓷顆粒。其它參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是受電弓滑板復合材料是按體積百分比由70%的銅粉和30%的陶瓷顆粒制得的。其它參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是受電弓滑板復合材料是按體積百分比由80%的銅粉和20%的陶瓷顆粒制得的。其它參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是銅粉粒度為 150 250目，陶瓷顆粒粒度為150 250目。其它參數(shù)與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是銅粉粒度為 200目，陶瓷顆粒粒度為200目。其它參數(shù)與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
七本實施方式為具體實施方式
一所述的受電弓滑板復合材料的制備方法，受電弓滑板復合材料的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、利用化學鍍銅工藝在陶瓷顆粒表面得到化學鍍銅層；二、將經步驟一處理后的陶瓷顆粒和銅粉混合均勻得混合物料，其中混合物料中按體積百分比由10% 40%的步驟一處理后的陶瓷顆粒和60% 90%的銅粉組成；三、熱壓燒結將步驟二的混合物料在800 900°C、40 160MPa條件下熱壓燒結0.5 lh，得到陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料，完成受電弓滑板復合材料的制備。本實施方式的制備方法工藝簡單，成本低。本實施方式首先通過化學鍍銅工藝在陶瓷顆粒表面化學鍍銅，然后將其與銅粉的混合物料依次將熱壓燒結處理后得到致密度高、界面結合性能好和力學性能好的受電弓滑板復合材料。本實施方式經熱壓燒結處理制備的受電弓滑板復合材料具有組織致密度高，界面結合性能好的特點，而且內部Ti3AlC2陶瓷顆粒分布均勻，致密度達到99. 86%，硬度達到 93. 3HB，力學性能好，抗拉強度達到230MPa，摩擦系數(shù)比較高，隨著壓強的增加，摩擦系數(shù)的變化不明顯，當壓力為12. 5MPa時，摩擦系數(shù)最低為0. 4左右。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
七不同的是步驟一中化學鍍銅工藝是通過以下步驟實現(xiàn)的一、將陶瓷顆粒依次進行親水化、粗化、敏化、活化和還原處理，完成預處理；二、化學鍍銅在50 80°C的水浴條件下，將經步驟一預處理后的陶瓷顆粒加入化學鍍液中，然后在攪拌狀態(tài)下，化學鍍銅15 25min，即在陶瓷顆粒表面得到化學鍍層， 其中化學鍍液由濃度為15 25g/L的CuSO4 · 5H20、22 26g/L的Na2EDTAU5 18g/L的 C4H4KNa ·4Η20、13 17mL/L的甲醛、8 15g/L的氫氧化鈉和30 50mg/L的α , α ‘-聯(lián)吡啶組成，控制化學鍍液PH值為12. 5 13。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
八不同的是親水化處理如下將陶瓷顆粒在濃度為8% 15% (質量)的氫氧化鈉溶液中煮沸15 25min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
八相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
八不同的是粗化處理如下將親水化后的陶瓷顆粒在濃度為8% 15% (質量)的硝酸溶液中煮沸15 25min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
八相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
八不同的是敏化處理如下將經粗化處理后的陶瓷顆粒加入敏化液中，然后在35 45°C的水浴條件下攪拌反應15 25min，再靜置沉淀5 20min，過濾并清洗，得敏化后陶瓷顆粒，其中敏化液的組成為20g/ L的SnCl2和10mL/L的HCl的混合液。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
八相同。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
八不同的是活化處理如下將經敏化后陶瓷顆粒加入蒸餾水中，制成陶瓷顆粒質量濃度為6g/L 8g/L的懸濁液，再將懸濁液加入到活化液中，然后在35 45°C的水浴條件下攪拌反應15 25min，再靜置沉淀5 20min，過濾并清洗，得活化后陶瓷顆粒，其中活化液的組成為4g/L的AgNO3溶液。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
八相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
八不同的是還原處理如下將活化后陶瓷顆粒加入濃度為3 5mL/L甲醛溶液或次亞磷酸納溶液中，在35 45°C的水浴條件下攪拌反應15 25min，過濾并清洗得還原后Ti3AlC2陶瓷顆粒。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
八相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
七至十三之一不同的是步驟一中陶瓷顆粒為Ti3AlC2陶瓷顆粒、Ti3SiC2陶瓷顆?；蛘逿i2AlC陶瓷顆粒。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七至十三之一相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
七至十四之一不同的是步驟一中陶瓷顆粒的粒度為150 250目，步驟二中銅粉的粒度為150 250目。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七至十四之一相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
七至十四之一不同的是步驟一中陶瓷顆粒的粒度為200目，步驟二中銅粉的粒度為200目。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七至十四之一相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
七至十六之一不同的是步驟二中混合物料中按體積百分比由20%的步驟一處理后的陶瓷顆粒和80%的銅粉組成。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七至十六之一相同。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
七至十六之一不同的是步驟二中混合物料中按體積百分比由30%的步驟一處理后的陶瓷顆粒和70%的銅粉組成。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七至十六之一相同。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
七至十八之一不同的是步驟二中利用球磨混粉工藝進行混合，球磨混粉參數(shù)為球料質量比4 1，轉速150 300轉/分鐘(rpm)，球磨時間5 10h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七至十八之一相同。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
七至十九之一不同的是步驟三中首先升溫至350 450°C，保溫20 40min，然后再升溫至800 900°C，升溫的同時加壓至 40 160MPa，保溫保壓0. 5 lh，再隨爐冷卻至室溫即可。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七至十九之一相同。
具體實施方式
二十一本實施方式與具體實施方式
二十不同的是升溫速率控制在 10 30°C /min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十相同。
具體實施方式
二十二 本實施方式與具體實施方式
二十或二十一不同的是升溫至 700 780°C時開始加壓，升溫至800 900°C時加壓至40 160MPa。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十或二十一相同。
具體實施方式
二十三本實施方式為如具體實施方式
一所述的受電弓滑板復合材料的制備方法，其是通過以下步驟實現(xiàn)的一、利用化學鍍銅工藝在陶瓷顆粒表面得到化學鍍銅層；二、將經步驟一處理后的陶瓷顆粒和銅粉混合均勻得混合物料，其中混合物料中按體積百分比由10% 40%的步驟一處理后的陶瓷顆粒和60% 90%的銅粉組成；三、熱壓燒結將步驟二的混合物料在800 90(TC、40 160MPa條件下熱壓燒結0. 5 lh，得復合材料；四、將經步驟三熱壓燒結得的復合材料進行熱擠壓，熱擠壓工藝為擠壓杯、磨具溫度為400 450°C，保溫lh，復合材料溫度為760 850°C，保溫lh，得到陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料，完成受電弓滑板復合材料的制備。本實施方式首先通過化學鍍銅工藝在陶瓷顆粒表面化學鍍銅，然后將其與銅粉的混合物料依次經熱壓燒結和熱擠壓處理后得到致密度高、界面結合性能好和力學性能好的
8受電弓滑板復合材料。本實施方式經熱壓燒結和熱擠壓處理制備的受電弓滑板復合材料具有組織致密度高，界面結合性能好的特點，而且內部Ti3AlC2陶瓷顆粒分布均勻，致密度達到100. 79%, 硬度達到92. 3HB，力學性能更好，抗拉強度達到300MPa，隨著壓強的增加，摩擦系數(shù)逐漸變小，壓力為25MPa時摩擦系數(shù)僅為0. 15。
具體實施方式
二十四本實施方式與具體實施方式
二十三不同的是步驟一中化學鍍銅工藝是通過以下步驟實現(xiàn)的一、將陶瓷顆粒依次進行親水化、粗化、敏化、活化和還原處理，完成預處理；二、化學鍍銅在50 80°C的水浴條件下，將經步驟一預處理后的陶瓷顆粒加入化學鍍液中，然后在攪拌狀態(tài)下，化學鍍銅15 25min，即在陶瓷顆粒表面得到化學鍍層，其中化學鍍液由濃度為15 25g/L的CuSO4 · 5H20、22 26g/L的Na2EDTA、15 18g/L 的 C4H4KNa ·4Η20、13 17mL/L 的甲醛、8 15g/L 的氫氧化鈉和 30 50mg/L 的 α， α ‘-聯(lián)吡啶組成，控制化學鍍液ρΗ值為12. 5 13。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十三相同。
具體實施方式
二十五本實施方式與具體實施方式
二十四不同的是親水化處理如下將陶瓷顆粒在濃度為8% 15% (質量)的氫氧化鈉溶液中煮沸15 25min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十四相同。
具體實施方式
二十六本實施方式與具體實施方式
二十四不同的是粗化處理如下將親水化后的陶瓷顆粒在濃度為8% 15% (質量)的硝酸溶液中煮沸15 25min。 其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十四相同。
具體實施方式
二十七本實施方式與具體實施方式
二十四不同的是敏化處理如下將經粗化處理后的陶瓷顆粒加入敏化液中，然后在35 45°C的水浴條件下攪拌反應 15 25min，再靜置沉淀5 20min，過濾并清洗，得敏化后陶瓷顆粒，其中敏化液的組成為 20g/L的SnCl2和10mL/L的HCl的混合液。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十四相同。
具體實施方式
二十八本實施方式與具體實施方式
二十四不同的是活化處理如下將經敏化后陶瓷顆粒加入蒸餾水中，制成陶瓷顆粒質量濃度為6g/L 8g/L的懸濁液， 再將懸濁液加入到活化液中，然后在35 45°C的水浴條件下攪拌反應15 25min，再靜置沉淀5 20min，過濾并清洗，得活化后陶瓷顆粒，其中活化液的組成為4g/L的AgNO3溶液。 其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十四相同。
具體實施方式
二十九本實施方式與具體實施方式
二十四不同的是還原處理如下將活化后陶瓷顆粒加入濃度為3 5mL/L甲醛溶液或次亞磷酸納溶液中，在35 45°C 的水浴條件下攪拌反應15 25min，過濾并清洗得還原后Ti3AlC2陶瓷顆粒。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十四相同。
具體實施方式
三十本實施方式與具體實施方式
二十三至二十九之一不同的是步驟一中陶瓷顆粒為Ti3AlC2陶瓷顆粒、Ti3SiC2陶瓷顆粒或者Ti2AlC陶瓷顆粒。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十三至二十九之一相同。
具體實施方式
三十一本實施方式與具體實施方式
二十三至三十之一不同的是步驟一中陶瓷顆粒的粒度為150 250目，步驟二中銅粉的粒度為150 250目。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十三至三十之一相同。
具體實施方式
三十二 本實施方式與具體實施方式
二十三至三十之一不同的是步
9驟一中陶瓷顆粒的粒度為200目，步驟二中銅粉的粒度為200目。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十三至三十之一相同。
具體實施方式
三十三本實施方式與具體實施方式
二十三至三十二之一不同的是步驟二中混合物料中按體積百分比由20%的步驟一處理后的陶瓷顆粒和80%的銅粉組成。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十三至三十二之一相同。
具體實施方式
三十四本實施方式與具體實施方式
二十三至三十二之一不同的是步驟二中混合物料中按體積百分比由30%的步驟一處理后的陶瓷顆粒和70%的銅粉組成。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十三至三十二之一相同。
具體實施方式
三十五本實施方式與具體實施方式
二十三至三十四之一不同的是步驟二中利用球磨混粉工藝進行混合，球磨混粉參數(shù)為球料質量比4 1，轉速150 300 轉/分鐘(rpm)，球磨時間5 10h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十三至三十四之一相同。
具體實施方式
三十六本實施方式與具體實施方式
二十三至三十五之一不同的是步驟三中首先升溫至350 450°C，保溫20 40min，然后再升溫至800 900°C，升溫的同時加壓至40 160MPa，保溫保壓0. 5 lh，再隨爐冷卻至室溫即可。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十三至三十五之一相同。
具體實施方式
三十七本實施方式與具體實施方式
三十六不同的是升溫速率控制在10 30°C /min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
三十六相同。
具體實施方式
三十八本實施方式與具體實施方式
三十六或三十七不同的是升溫至700 780°C時開始加壓，升溫至800 900°C時加壓至40 160MPa。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
三十六或三十七相同。
具體實施方式
三十九本實施方式與具體實施方式
二十三至三十八之一不同的是步驟四中熱擠壓工藝為擠壓杯、磨具溫度為420°C，保溫lh，復合材料溫度為780°C，保溫 lh。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十三至三十八之一相同。
具體實施方式
四十本實施方式為受電弓滑板復合材料的制備方法，受電弓滑板復合材料的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、利用化學鍍銅工藝在Ti3AlC2陶瓷顆粒表面得到化學鍍銅層(一)預處理a、 親水化將Ti3AlC2陶瓷顆粒在濃度為10% (質量)的氫氧化鈉溶液中煮沸20min ；b、粗化 將親水化后的Ti3AlC2陶瓷顆粒在濃度為10% (質量)的硝酸溶液中煮沸20min ；c、敏化 將經步驟b粗化處理后的Ti3AlC2陶瓷顆粒加入敏化液中，然后在40°C的水浴條件下攪拌反應20min，再靜置沉淀15min，過濾并清洗，得敏化后Ti3AlC2陶瓷顆粒，其中敏化液的組成為20g/L的SnCl2和10mL/L的HCl的混合液；d、活化將經步驟d敏化后Ti3AlC2陶瓷顆粒加入蒸餾水中，制成陶瓷顆粒質量濃度為6g/L 8g/L的懸濁液，再將懸濁液加入到活化液中，然后在40°C的水浴條件下攪拌反應20min，再靜置沉淀20min，過濾并清洗，得活化后 Ti3AlC2陶瓷顆粒，其中活化液的組成為4g/L的AgNO3溶液；e、還原將活化后Ti3AlC2陶瓷顆粒加入濃度為3 5mL/L甲醛溶液或次亞磷酸納溶液中，在35 45°C的水浴條件下攪拌反應15 25min，過濾得還原后Ti3AlC2陶瓷顆粒；(二)化學鍍銅在60°C的水浴條件下， 將經步驟(一)預處理后的Ti3AlC2陶瓷顆粒加入化學鍍液中，然后在攪拌狀態(tài)下，化學鍍銅20min，即在陶瓷顆粒表面得到化學鍍層，其中化學鍍液由濃度為20g/L的CuSO4 · 5H20、24g/L 的 Na2EDTA、15g/L 的 C4H4KNa · 4H20、15mL/L 的 37% (質量)甲醛、8g/L 的氫氧化鈉和30mg/L的α，α ‘-聯(lián)吡啶組成，控制化學鍍液ρΗ值為12. 5 13 ；二、將經步驟一處理后的Ti3AlC2陶瓷顆粒和銅粉混合均勻得混合物料，其中混合物料中按體積百分比由10%的步驟一處理后的Ti3AlC2陶瓷顆粒和90%的銅粉組成；三、熱壓燒結將步驟二的混合物料裝入石墨模具內，再將石墨模具放入真空熱壓爐中，抽真空至真空度為0. 01 0. 03Pa，然后升溫至350 450°C，保溫20 40min，然后再升溫至800°C，并加壓至40MPa，在800°C、40MPa條件下熱壓燒結lh，得到Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料，完成受電弓滑板復合材料的制備。本實施方式的制備方法工藝簡單，成本低。步驟一中Ti3AlC2陶瓷顆粒的粒度為 200目，步驟二中銅粉的粒度為200目。本實施方式制備得到的受電弓滑板復合材料是按體積百分比由90%的銅粉和 10%的Ti3AlC2陶瓷顆粒制得的，其中陶瓷顆粒表面具有化學鍍銅層。本實施方式采用Archimeds排水法測定Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材
maii
料的密度，其計算公式為 a ― +mcu x^o ’其中，Hw-試樣在空氣中的質量(g)； V。-試樣在水中的質量(g)Hicu-輔助銅絲的質量(g)ρ H20-測定溫度下蒸餾水的密度(g/cm3)。將計算得到的ρ與Ti3AlC2陶瓷顆粒和Cu粉的混合粉體的理論密度P 的比值即得到致密度。采用山東萊州試驗儀器廠生產的型號為HB-3000B的布氏硬度計測試硬度，載荷為250kg，保荷時間為30s。采用hstron-5569電子萬能試驗機測試抗拉強度，測得的抗拉強度曲線如圖2中曲線B所示。本實施方式采用哈爾濱工業(yè)大學先進涂層實驗室制造的摩擦磨損機，摩擦磨損試驗條件為以0. 05m/s的掃描速度，分別在5MPa、12. 5MPa、17. 5MPa和25MPa壓力下進行摩擦磨損性能測試，測得的摩擦磨損-時間曲線圖如3所示，圖中“-■ _，，為5MPa壓力下摩擦磨損-時間曲線，“-〇_”為12. 5MPa壓力下的，“-Δ-”為17. 5MPa壓力下的，“一▽—，， 為25MPa壓力下的。本實施方式經熱壓燒結處理制備的Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料的掃描電子顯微鏡照片如圖1所示，由圖1可見，Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料內部Ti3AlC2陶瓷顆粒分布均勻，組織致密度高，界面結合性能好。本實施方式的Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料的致密度達到98. 28%, 硬度達到84. 9HB，力學性能好，抗拉強度達到230MPa (圖2中曲線B所示)，摩擦系數(shù)比較高，隨著壓強的增加，摩擦系數(shù)的變化不明顯，當壓力為12. 時，摩擦系數(shù)最低為0.4左右(如圖3所示)。
具體實施方式
四十一本實施方式為受電弓滑板復合材料的制備方法，受電弓滑板復合材料的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的
一、利用化學鍍銅工藝在Ti3AlC2陶瓷顆粒表面得到化學鍍銅層(一)預處理a、 親水化將Ti3AlC2陶瓷顆粒在濃度為10% (質量)的氫氧化鈉溶液中煮沸20min ；b、粗化 將親水化后的Ti3AlC2陶瓷顆粒在濃度為10% (質量)的硝酸溶液中煮沸20min ；c、敏化 將經步驟b粗化處理后的Ti3AlC2陶瓷顆粒加入敏化液中，然后在40°C的水浴條件下攪拌反應20min，再靜置沉淀15min，過濾并清洗，得敏化后Ti3AlC2陶瓷顆粒，其中敏化液的組成為20g/L的SnCl2和10mL/L的HCl的混合液；d、活化將經步驟d敏化后Ti3AlC2陶瓷顆粒加入蒸餾水中，制成陶瓷顆粒質量濃度為6g/L 8g/L的懸濁液，再將懸濁液加入到活化液中，然后在40°C的水浴條件下攪拌反應20min，再靜置沉淀20min，過濾并清洗，得活化后 Ti3AlC2陶瓷顆粒，其中活化液的組成為4g/L的AgNO3溶液；e、還原將活化后Ti3AlC2陶瓷顆粒加入濃度為3 5mL/L甲醛溶液或次亞磷酸納溶液中，在35 45°C的水浴條件下攪拌反應15 25min，過濾得還原后Ti3AlC2陶瓷顆粒；(二)化學鍍銅在60°C的水浴條件下， 將經步驟(一)預處理后的Ti3AlC2陶瓷顆粒加入化學鍍液中，然后在攪拌狀態(tài)下，化學鍍銅20min，即在陶瓷顆粒表面得到化學鍍層，其中化學鍍液由濃度為20g/L的CuSO4 · 5H20、 24g/L 的 Na2EDTA、15g/L 的 C4H4KNa · 4H20、15mL/L 的 37% (質量)甲醛、8g/L 的氫氧化鈉和30mg/L的α，α ‘-聯(lián)吡啶組成，控制化學鍍液ρΗ值為12. 5 13 ；二、將經步驟一處理后的Ti3AlC2陶瓷顆粒和銅粉混合均勻得混合物料，其中混合物料中按體積百分比由10%的步驟一處理后的Ti3AlC2陶瓷顆粒和90%的銅粉組成；三、熱壓燒結將步驟二的混合物料裝入石墨模具內，再將石墨模具放入真空熱壓爐中，抽真空至真空度為0. 01 0. 03Pa，然后升溫至350 450°C，保溫20 40min，然后再升溫至800°C，并加壓至40MPa，在800°C、40MPa條件下熱壓燒結lh，得到復合材料；四、將經步驟三熱壓燒結得的復合材料進行熱擠壓，熱擠壓工藝為擠壓杯、磨具溫度為420°C，保溫lh，復合材料溫度為780°C，保溫lh，得到Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料，完成受電弓滑板復合材料的制備。本實施方式的制備方法工藝簡單，成本低。步驟一中Ti3AlC2陶瓷顆粒的粒度為 200目，步驟二中銅粉的粒度為200目。本實施方式制備得到的受電弓滑板復合材料是按體積百分比由90%的銅粉和 10%的Ti3AlC2陶瓷顆粒制得的，其中陶瓷顆粒表面具有化學鍍銅層。采用與具體實施方式
四十中記載的相同的測試手段進行測試，測得本實施方式 Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料的致密度達到100. 79%，硬度達到92. 3HB，力學性能更好，抗拉強度達到300MPa (圖2中曲線C所示)，隨著壓強的增加，摩擦系數(shù)逐漸變小，壓力為25MPa時摩擦系數(shù)僅為0. 15(如圖4所示)。圖4為本實施方式的Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料的摩擦磨損-時間曲線圖，圖中“-■ _”為壓力下摩擦磨損-時間曲線，“_〇_，，為12. 5MPa壓力下的，“-Δ _，，為17. 5MPa壓力下的，“_▽_” 為25MPa壓力下的。
具體實施方式
四十二 本實施方式與為對比實驗，普通受電弓滑板復合材料的制備方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的一、將Ti3AlC2陶瓷顆粒和銅粉混合均勻得混合物料，其中混合物料中按體積百分比由10%的步驟一處理后的Ti3AlC2陶瓷顆粒和90%的銅粉組成；二、熱壓燒結將步驟一的混合物料在800°C、40MPa條件下熱壓燒結lh，得到復合材料；
三、將經步驟二熱壓燒結得的復合材料進行熱擠壓，熱擠壓工藝為擠壓杯、磨具溫度為420°C，復合材料溫度為780 V，分別保溫lh，壓力采用10噸，得到普通Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料，完成受電弓滑板復合材料的制備。本實施方式步驟一中Ti3AlC2陶瓷顆粒的粒度為200目，銅粉的粒度為200目。采用與具體實施方式
四十中記載的相同的測試手段進行測試，測得本實施方式普通Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料的致密度達到95. 86%，硬度達到73. 3HB，力學性能更好，抗拉強度達到162MPa(圖2中曲線A所示)?？梢?，采用表面具有化學鍍銅層的陶瓷顆粒為原料，將其與銅粉的混合物料經熱壓燒結工藝(具體實施方式
四十)和熱壓燒結與熱擠壓結合工藝(具體實施方式
四十一) 得到的Ti3AlC2陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料的組織致密，界面結合性能好。
權利要求
1.一種受電弓滑板復合材料，其特征在于受電弓滑板復合材料是按體積百分比由 60 % 90 %的銅粉和10 % 40 %的陶瓷顆粒制得的，其中陶瓷顆粒表面具有化學鍍銅層。
2.根據權利要求1所述的一種受電弓滑板復合材料，其特征在于陶瓷顆粒為Ti3AlC2陶瓷顆粒、Ti3SiC2陶瓷顆粒或者Ti2AlC陶瓷顆粒。
3.根據權利要求1所述的一種受電弓滑板復合材料，其特征在于銅粉粒度為150 250目，陶瓷顆粒粒度為150 250目。
4.如權利要求1所述的受電弓滑板復合材料的制備方法，其特征在于受電弓滑板復合材料的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、利用化學鍍銅工藝在陶瓷顆粒表面得到化學鍍銅層；二、將經步驟一處理后的陶瓷顆粒和銅粉混合均勻得混合物料，其中混合物料中按體積百分比由10% 40%的步驟一處理后的陶瓷顆粒和60% 90%的銅粉組成；三、將步驟二的混合物料在800 900°C、40 160MPa條件下熱壓燒結0. 5 lh，得到陶瓷顆粒/ Cu受電弓滑板復合材料，完成受電弓滑板復合材料的制備。
5.根據權利要求4所述的受電弓滑板復合材料的制備方法，其特征在于步驟一中陶瓷顆粒為Ti3AlC2陶瓷顆粒、Ti3SiC2陶瓷顆?；蛘逿i2AlC陶瓷顆粒。
6.根據權利要求4所述的受電弓滑板復合材料的制備方法，其特征在于步驟一中化學鍍銅工藝是通過以下步驟實現(xiàn)的一、將陶瓷顆粒依次進行親水化、粗化、敏化、活化和還原處理，完成預處理；二、化學鍍銅在50 80°C的水浴條件下，將經步驟一預處理后的陶瓷顆粒加入化學鍍液中，然后在攪拌狀態(tài)下，化學鍍銅15 25min，即在陶瓷顆粒表面得到化學鍍層，其中化學鍍液由濃度為15 25g/L的CuSO4 · 5H20、22 26g/L的Na2EDTA、15 18g/L 的 C4H4KNa ·4Η20、13 17mL/L 的甲醛、8 15g/L 的氫氧化鈉和 30 50mg/L 的 α， α ‘-聯(lián)吡啶組成，控制化學鍍液PH值為12. 5 13。
7.根據權利要求6所述的受電弓滑板復合材料的制備方法，其特征在于預處理的具體操作如下a、親水化將陶瓷顆粒在濃度為8% 15% (質量)的氫氧化鈉溶液中煮沸 15 25min ；b、粗化將親水化后的陶瓷顆粒在濃度為8% 15% (質量)的硝酸溶液中煮沸15 25min ；c、敏化將經步驟b粗化處理后的陶瓷顆粒加入敏化液中，然后在35 45°C的水浴條件下攪拌反應15 25min，再靜置沉淀5 20min，過濾并清洗，得敏化后陶瓷顆粒，其中敏化液的組成為20g/L的SnCl2和10mL/L的HCl的混合液；d、活化將經步驟d敏化后陶瓷顆粒加入蒸餾水中，制成陶瓷顆粒質量濃度為6g/L 8g/L的懸濁液，再將懸濁液加入到活化液中，然后在35 45°C的水浴條件下攪拌反應15 25min，再靜置沉淀 5 20min，過濾并清洗，得活化后陶瓷顆粒，其中活化液的組成為4g/L的AgNO3溶液；e、還原將活化后陶瓷顆粒加入濃度為3 5mL/L甲醛溶液或次亞磷酸納溶液中，在35 45°C 的水浴條件下攪拌反應15 25min，過濾得還原后Ti3AlC2陶瓷顆粒。
8.根據權利要求4、5、6或7所述的受電弓滑板復合材料的制備方法，其特征在于步驟三中首先升溫至；350 450°C，保溫20 40min，然后再升溫至800 900°C，升溫的同時加壓至40 160MPa，保溫保壓0. 5 lh，再隨爐冷卻至室溫即可。其中，升溫速率控制在 10 30 /min。
9.如權利要求1所述的受電弓滑板復合材料的制備方法，其特征在于受電弓滑板復合材料的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、利用化學鍍銅工藝在陶瓷顆粒表面得到化學鍍銅層；二、將經步驟一處理后的陶瓷顆粒和銅粉混合均勻得混合物料，其中混合物料中按體積百分比由10% 40%的步驟一處理后的陶瓷顆粒和60% 90%的銅粉組成；三、熱壓燒結將步驟二的混合物料在800 90(TC、40 160MPa條件下熱壓燒結0. 5 lh，得復合材料；四、將經步驟三熱壓燒結得的復合材料進行熱擠壓，熱擠壓工藝為擠壓杯、磨具溫度為400 450°C，保溫lh，復合材料溫度為760 850°C，保溫lh，得到陶瓷顆粒/Cu受電弓滑板復合材料，完成受電弓滑板復合材料的制備。
10.根據權利要求9所述的受電弓滑板復合材料的制備方法，其特征在于步驟四中熱擠壓工藝為擠壓杯、磨具溫度為420°C，保溫lh，復合材料溫度為780°C，保溫lh。
全文摘要
一種受電弓滑板復合材料及其制備方法，涉及銅基受電弓滑板復合材料及其制備方法。解決現(xiàn)有銅基受電弓滑板復合材料中陶瓷增強相與銅之間的界面潤濕性差，界面結合強度低的問題。本發(fā)明的復合材料是由銅粉和陶瓷顆粒制得的，其中陶瓷顆粒表面具有化學鍍銅層。將表面具有化學鍍銅層的陶瓷顆粒和銅粉混合得混合物料，然后將混合物料經熱壓燒結工藝或者熱壓燒結和熱擠壓結合工藝處理后即可。復合材料內部的Ti3AlC2陶瓷顆粒分布均勻，組織致密度高、界面結合性能好和力學性能好，致密度達到99.86％～100.79％，硬度達到92.3～93.3HB，抗拉強度達到230～300MPa，摩擦系數(shù)為0.15～04。
文檔編號C22C9/00GK102206771SQ201110136698
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權日2011年5月25日
發(fā)明者王桂松, 王虎偉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學