一種自潤滑的銅碳受電弓復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自潤滑的銅碳受電弓復(fù)合材料的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來，隨著高速列車的快速發(fā)展，我國對于高速列車的受電弓材料的要求越來越高。加之列車速度的進一步提高，以至于對受電弓材料的性能要求更為苛刻，它在滿足高導(dǎo)電率的同時又必須擁有較高的耐磨性，在列車運行的過程中又不能對輸電線路產(chǎn)生較大的磨損。這就要求受電弓材料必須具有自潤滑、低摩擦、高導(dǎo)電以及較高的耐磨性能。目前，國內(nèi)占據(jù)統(tǒng)治地位的受電弓材料主要為Siemens碳滑板，該類碳滑板安裝有鋁合金托架，具有使用壽命長、對導(dǎo)線磨耗小、受流性能優(yōu)良和抗沖擊能力較強，且在銅接觸線、銅鋁接觸線或混架區(qū)段均能良好使用的一種進口滑板。從上世紀(jì)50年代開始，我國開始使用和研宄電力機車的受電弓滑板，但是目前高速列車受電弓滑板材料基本仍然依賴進口。受電弓滑板目前主要的材質(zhì)有金屬滑板、粉末冶金滑板、碳質(zhì)滑板、復(fù)合型滑板和鈦硅碳系導(dǎo)電陶瓷滑板。復(fù)合型滑板由于能夠結(jié)合不同材料的性能特點，使其性能更加突出，所以目前已經(jīng)成為受電弓材料研宄的前沿課題。而當(dāng)中又以碳-銅復(fù)合材料滑板、碳-金屬纖維復(fù)合材料滑板和碳纖維復(fù)合材料滑板比較突出。
[0003]碳-銅復(fù)合材料滑板因具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐磨、抗電弧侵蝕性能、高強度以及良好的經(jīng)濟性而被廣泛應(yīng)用于集成電路的引線框架、各種電焊電極、電器工程開關(guān)的觸頭、發(fā)動機的機電環(huán)等，在受電弓材料領(lǐng)域也有較廣闊的應(yīng)用前景。而目前碳銅復(fù)合材料滑板的主要是由銅、碳纖維、石墨和添加劑等構(gòu)成，經(jīng)冷壓成型后在燒結(jié)而成，銅碳界面以機械結(jié)合為主。而其制備方法主要有粉末冶金、浸漬法等。但是由于碳-銅復(fù)合材料界面大部分以機械結(jié)合為主，結(jié)合強度較低，耐磨性能也有待提高。中國發(fā)明專利(CN103469123A)將鍍銅碳纖維、銅粉以及石墨粉混合后，用等離子燒結(jié)形成較好的銅-碳型復(fù)合材料，其材料界面結(jié)合強度都要高于未鍍銅的銅碳復(fù)合材料，同時具有良好的摩擦和自潤滑性能。但其相關(guān)性能參數(shù)并未達(dá)到目前常用的碳滑板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種自潤滑的銅碳受電弓復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟:
(1)選擇基于Gasar技術(shù)制備的多孔銅合金或多孔純銅為多孔基體，清洗、烘干后備用；
(2)按質(zhì)量比為1:1~3:2的比例將粘接劑與石墨(2000-10000目)混合均勻后得到混合物，將混合物均勻的壓入步驟(I)得到的多孔基體中，使基體骨架內(nèi)部填充密實；
(3)將步驟(2)得到的試樣晾干后在40~60°C的溫度下焙燒l~2h，然后將式樣取出放入模具中，試樣上部用步驟(2)得到混合物覆蓋后用5~20MPa的壓力再次壓鑄成型，并保持5~10min,取出后在80°C -120°C中燒結(jié)1~2小時，將溫度升至150°C ~180°C后再燒結(jié)1~2小時后得到自潤滑的銅碳受電弓復(fù)合材料。
[0005]本發(fā)明步驟(I)所述的多孔銅合金或多孔純銅的孔隙率為40°/『60%，斷面孔的總面積比為15%~40%，孔隙平均直徑為0.63-1.7mm。
[0006]本發(fā)明步驟(I)所述的所述清洗過程為:將多孔基體用1~5%濃度的硝酸溶液清洗5~15min，清洗在超聲波槽內(nèi)進行，清洗后取出放入99.9%的酒精中在清洗5~15分鐘。
[0007]本發(fā)明所述粘接劑為PVB溶液和FB型熱固性樹脂按質(zhì)量比為8:3~10:3的比例混合后得到的混合物，其PVB溶液質(zhì)量百分比濃度為1%~7%。
[0008]本發(fā)明所述多孔基體為常規(guī)的Gasar工藝制備得到，制備工藝相關(guān)參數(shù)為:氫氣氣壓l~6atm，保溫溫度1100°C ~1200°C，保溫時間為lmin~10min。
[0009]本發(fā)明制備得到的自潤滑的銅碳受電弓復(fù)合材料具有在較高的電流和高速度磨損工況下應(yīng)用的能力，這是因為，在高電流高運行速度工況條件下，規(guī)則多孔銅基體與石墨都具有較高的導(dǎo)電能力，此外不斷的高密度電流及高速摩擦將會使銅碳復(fù)合材料產(chǎn)生較高的溫度，石墨具有極高的熔點和潤滑效果，因此自潤滑式銅碳受電弓復(fù)合材料都能夠滿足該工況條件的需要。
[0010]本發(fā)明的原理:自潤滑式銅碳受電弓復(fù)合材料，是將多孔銅金屬與石墨在壓力下復(fù)合形成新的受電弓材料；由于石墨在高溫條件下具有良好的潤滑效果，能夠在多孔銅金屬表面形成一層石墨層，隔離了外界的直接摩擦；同時石墨與多孔銅在面積上比例在2:3~3:2之間，石墨對銅金屬能夠充分潤滑；另一方面，石墨與銅金屬都具有很高的導(dǎo)電性能，石墨填充后不會對復(fù)合材料的導(dǎo)電性能產(chǎn)生影響。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
(I)本發(fā)明所述方法添加劑配方能夠保證填充石墨具有極好的潤滑效果、高的耐磨性能以及低密度，且添加劑配方配置簡單，操作靈活。
[0012](2)本發(fā)明所述方法制備得到的受電弓復(fù)合材料中石墨與銅金屬面積比很高，加大了石墨潤滑面積，實現(xiàn)自潤滑了，具有高的潤滑效果?？捎糜诟唠娏骷案咚俣饶p工況下，添加潤滑劑不便的環(huán)境中。
【附圖說明】
[0013]圖1是利用Gasar工藝制備的規(guī)則多孔銅基體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是自潤滑式銅碳型受電弓復(fù)合材料橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是自潤滑式銅碳型受電弓復(fù)合材料縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于所述內(nèi)容。
[0015]實施例1
本實施例所述自潤滑的銅碳受電弓復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟:
(I)以Gasar技術(shù)(參數(shù):氫氣氣壓6atm，保溫溫度1150°C，保溫時間為5min)制備的多孔銅鉻合金為原料(其特征參數(shù)為:復(fù)合材料密度^=3.75g/cm3，孔隙平均直徑為0.63mm，孔隙率為43% ;在30(^載荷與45#鋼摩擦