一種銅-二硫化鎢復(fù)合材料電刷-滑環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅-二硫化鎢復(fù)合材料電刷-滑環(huán)系統(tǒng)，由Cu-5Pb-5Zn-5Sn滑環(huán)和銅-二硫化鎢復(fù)合電刷構(gòu)成；該電刷-滑環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行使用壽命長，穩(wěn)定性好、能量損耗低，相對現(xiàn)有技術(shù)中的銅基石墨潤滑材料具有更好的效果，應(yīng)用范圍更廣。
【專利說明】一種銅-二硫化鎢復(fù)合材料電刷-滑環(huán)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種銅-二硫化鎢復(fù)合材料電刷-滑環(huán)系統(tǒng)；屬于電刷【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的銅-石墨復(fù)合材料有著良好的摩擦磨損性能，但是石墨的潤滑特性受吸附氣體影響較大，石墨在干燥條件下的潤滑性能明顯不如其在潮濕空氣中的潤滑性能，而且銅-石墨復(fù)合材料在高速高載荷條件下磨損率較大，因此急需一種新型的、性能更好的固體潤滑劑取代石墨來改善電刷材料的性能。
[0003]隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，對電刷-滑環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、使用壽命和能量利用率的要求越來越高。這就要求我們開發(fā)出更優(yōu)質(zhì)的電刷材料，并找出合適的滑環(huán)材料與其配對，讓電刷-滑環(huán)系統(tǒng)獲得優(yōu)良的綜合性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的銅基石墨潤滑材料存在聞速聞載荷條件下磨損率較大的缺陷，使電刷-滑環(huán)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性差，使用壽命短，應(yīng)用受到局限，目的是在于提供一種使用壽命長的銅-二硫化鎢復(fù)合材料電刷-滑環(huán)系統(tǒng)，該電刷-滑環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性好、能量損耗低。
[0005]本發(fā)明提供了一種銅-二硫化鎢復(fù)合材料電刷-滑環(huán)系統(tǒng)，該電刷-滑環(huán)系統(tǒng)由Cu-5Pb-5Zn-5Sn滑環(huán)和銅-二硫化鎢復(fù)合電刷構(gòu)成；所述的銅_ 二硫化鎢復(fù)合電刷由以下質(zhì)量百分比組分通過粉末冶金中的熱壓法制成:電解銅粉或銅錫合金粉72?92%，二硫化鎢粉8?28% ο
[0006]優(yōu)選的銅錫合金粉為Cu-SnlO。
[0007]所述的電解銅粉或銅錫合金粉粒度〈38 μ m。
[0008]所述的二硫化鎢粉粒度為600?800nm。
[0009]所述的熱壓法工藝參數(shù)條件為:熱壓溫度為800?810°C，目標(biāo)壓力為20?30MPa，保溫時間為0.5?2h，保護(hù)氣氛為氮?dú)饣驓鍤狻?br> [0010]所述的Cu-5Pb-5Zn-5Sn滑環(huán)布氏硬度為145HB。
[0011]本發(fā)明的銅-二硫化鎢復(fù)合材料電刷-滑環(huán)系統(tǒng)制備方法包括以下步驟:
[0012]I)銅合金滑環(huán)材料的制備:銅、鉛、鋅和錫金屬原料經(jīng)熔煉、鑄造、軋制、熱處理，獲得 Cu-5Pb-5Zn-5Sn 滑環(huán)；
[0013]2)銅-二硫化鎢復(fù)合材料電刷的制備:
[0014]a、過篩、干燥:將電解銅粉或者Cu-Sn過篩，篩取粒度〈38 μ m的粉末，然后在50?70°C下干燥20?28h，封裝待用；將粒度為600?800nm的二硫化鎢粉在50?70°C下干燥20?28h，封裝待用；
[0015]b、混料:按照比例稱取步驟a過篩和干燥后的電解銅粉或者Cu-Sn合金粉和二硫化鎢粉，采用滾筒型混料機(jī)于200?300r/min的轉(zhuǎn)速下對復(fù)合粉末進(jìn)行混合，混合時間6~10h，取出粉末后經(jīng)密封待用； [0016]C、熱壓:將步驟b所得的混合料裝入熱壓模具內(nèi)，在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將裝填好的模具置于熱壓機(jī)中內(nèi)，在升溫的同時循序加壓，目標(biāo)熱壓溫度800~810°C，熱壓目標(biāo)壓力20~30MPa，保溫時間0.5~2h，產(chǎn)品隨爐冷卻，即得銅-二硫化鎢復(fù)合電刷。
[0017]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)中的銅基石墨固體潤滑劑材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)研究，經(jīng)過大量實驗，最終優(yōu)選具有層狀密排六方結(jié)構(gòu)的WS2代替石墨作為潤滑劑來制備復(fù)合電刷，取得了意想不到的效果，相對于傳統(tǒng)銅基石墨電刷材料來說，本發(fā)明的電刷材料的機(jī)械性能大大提升，磨損率降低；特別是配合Cu-5Pb-5Zn-5Sn滑環(huán)使用時，電刷-滑環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，使用壽命增加，能耗降低。本發(fā)明優(yōu)選用顆粒大小為600~SOOnm的二硫化鎢并嚴(yán)格控制其質(zhì)量百分比含量在8~28%，再結(jié)合熱壓法工藝，將二硫化鎢粉末均勻分散融合在銅基體中，而意外發(fā)現(xiàn)，二硫化鎢與銅基的相容性相對石墨更好(如圖2所示，復(fù)合電刷材料沒有明顯的孔隙，二硫化鎢和基體融合完美)，并且沒有發(fā)生銅的硫化反應(yīng)(如圖3所示，無硫化亞銅生成)，材料之間的協(xié)同作用加強(qiáng)，大大提高了其機(jī)械性能，硬度提高到80HB以上，抗彎強(qiáng)度提高到200MPa以上(銅基石墨材料硬度50HB，抗彎強(qiáng)度150MPa);特別是將復(fù)合電刷結(jié)合Cu-5Pb-5Zn-5Sn滑環(huán)配套使用時，效果突出最為明顯:電刷材料磨損率降低到IX 10_13m3/N *m以下(銅基石墨材料1.5X 10_13m3/N.ηι),使用壽命增加到60萬轉(zhuǎn)以上(滑環(huán)直徑40mm)(銅基石墨材料40萬轉(zhuǎn)左右)，摩擦系數(shù)降低到0.18以下(銅基石墨材料摩擦系數(shù)由0.21)，動態(tài)接觸電阻也明顯降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]【圖1】為WS2粉末的顯微形貌圖:說明使用的WS2粉末形狀規(guī)整，呈現(xiàn)明顯的片層狀結(jié)構(gòu)。
[0019]【圖2】為實施例2的銅_21wt%二硫化鎢自潤滑復(fù)合材料的顯微形貌圖:說明二硫化鎢固體潤滑劑均勻的分布且完全融合在銅基體中，復(fù)合電刷材料沒有明顯的孔隙。
[0020]【圖3】為實施例2的銅_21wt%二硫化鎢自潤滑復(fù)合材料的X射線衍射圖譜:說明二硫化鎢沒有和銅發(fā)生反應(yīng)生成Cu2S相，生成的Cu2S相沒有潤滑作用，會降低復(fù)合材料電刷的性能。
【具體實施方式】
[0021]以下實施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]實施例1
[0023]將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92%的-400目電解銅粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的WS2粉末均勻混合，然后按照粉末冶金熱壓法制備銅-二硫化鎢自潤滑復(fù)合材料，熱壓溫度為800~810°C，目標(biāo)壓力為25MPa，保溫時間為lh，保護(hù)氣氛為氮?dú)饣驓鍤?。采用上述配方和工藝制得的?fù)合材料電刷相對密度98.2%，硬度(HB)為81，抗彎強(qiáng)度為276MPa，電阻率為0.031 μ Ω.πι;電刷材料與Cu-5Pb-5Zn-5Sn滑環(huán)配對時，在載荷5N，滑動速度2.lm/s,電流密度6.7A/cm2條件下，摩擦系數(shù)為0.178，電刷材料磨損率為9.36X 10_14m3/N.πι，使用壽命大于60萬轉(zhuǎn)(滑環(huán)直徑40mm)，動態(tài)接觸電阻為8.5m Ω。
[0024]實施例2[0025]將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79%的-400目電解銅粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21%的WS2粉末均勻混合，然后按照粉末冶金熱壓法制備銅-二硫化鎢自潤滑復(fù)合材料，熱壓溫度為800~810°C，目標(biāo)壓力為25MPa，保溫時間為lh，保護(hù)氣氛為氮?dú)饣驓鍤?。采用上述配方和工藝制得的自潤滑?fù)合材料相對密度97.1%，硬度(HB)為90.2，抗彎強(qiáng)度為261MPa，電阻率為0.049 μ Ω.m ;電刷材料與Cu-5Pb-5Zn-5Sn滑環(huán)配對時，在載荷5N，滑動速度2.lm/s,電流密度6.7A/cm2條件下，摩擦系數(shù)0.157，電刷材料磨損率為7.61Χ10_14πι3/Ν.πι，使用壽命大于65萬轉(zhuǎn)(滑環(huán)直徑40mm)，動態(tài)接觸電阻為15.8πιΩ。
[0026]實施例3
[0027]將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72%的-400目電解銅粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的WS2粉末均勻混合，然后按照粉末冶金熱壓法制備銅-二硫化鎢自潤滑復(fù)合材料，熱壓溫度為800~810°C，目標(biāo)壓力為25MPa，保溫時間為lh，保護(hù)氣氛為氮?dú)饣驓鍤?。采用上述配方和工藝制得的自潤滑?fù)合材料相對密度97.9%，硬度(HB)為93.1，抗彎強(qiáng)度為247MPa，電阻率為0.053 μ Ω.m ;電刷材料與Cu-5Pb-5Zn-5Sn滑環(huán)配對時，在載荷5N，滑動速度2.lm/s,電流密度6.7A/cm2條件下，摩擦系數(shù)為0.151，電刷材料磨損率為6.93X 10_14m3/N.m,使用壽命大于65萬轉(zhuǎn)(滑環(huán)直徑40mm)，動態(tài)接觸電阻為19.3m Ω。
[0028]實施例4
[0029]將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79%的-400目Cu-SnlO合金粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21%的WS2粉末均勻混合，然后按照粉末冶金熱壓法制備銅-二硫化鎢自潤滑復(fù)合材料，熱壓溫度為800~810°C,目標(biāo)壓力為25MPa，保溫時間為lh，保護(hù)氣氛為氮?dú)饣驓鍤狻２捎蒙鲜雠浞胶凸に囍频玫淖詽櫥瑥?fù)合材料相對密度98.6%，硬度(HB)為89.5，抗彎強(qiáng)度為253MPa，電阻率
0.061 μ Ω.m；電刷材料與Cu-5Pb-5Zn-5Sn滑環(huán)配對時，在載荷5N，滑動速度2.lm/s,電流密度6.7A/cm2條件下，摩擦 系數(shù)為0.179，電刷材料磨損率為7.83X 10_15m3/N.πι，使用壽命大于80萬轉(zhuǎn)(滑環(huán)直徑40mm)，動態(tài)接觸電阻為17.7m Ω。
[0030]對比實例I
[0031 ] 將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94%的-400目電解銅粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的石墨粉末(石墨體積分?jǐn)?shù)與質(zhì)量分?jǐn)?shù)21%的WS2體積分?jǐn)?shù)相同)均勻混合，然后按照粉末冶金熱壓法制備銅-石墨自潤滑復(fù)合材料，熱壓溫度為800-810°C，目標(biāo)壓力為25MPa，保溫時間為lh，保護(hù)氣氛為氮?dú)饣驓鍤狻２捎蒙鲜雠浞胶凸に囍频玫淖詽櫥瑥?fù)合材料相對密度98.5，硬度(HB)為49.2，抗彎強(qiáng)度為148MPa，電阻率為0.033 μ Ω.m ;電刷材料與Cu-5Pb-5Zn_5Sn滑環(huán)配對時，在載荷5N，滑動速度2.lm/s,電流密度6.Tkfcm2條件下，摩擦系數(shù)為0.209，磨損率為
1.53 X IO^13mVN.m，使用壽命在40萬轉(zhuǎn)左右(滑環(huán)直徑40mm)，動態(tài)接觸電阻為22.9m Ω。
【權(quán)利要求】
1.一種銅-二硫化鎢復(fù)合材料電刷-滑環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，由Cu-5Pb-5Zn-5Sn滑環(huán)和銅-二硫化鎢復(fù)合電刷構(gòu)成；所述的銅-二硫化鎢復(fù)合電刷由以下質(zhì)量百分比組分通過粉末冶金中的熱壓法制成:電解銅粉或銅錫合金粉72?92%，二硫化鎢粉8?28%。
2.如權(quán)利要求1所述的銅-二硫化鎢復(fù)合材料電刷-滑環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述的銅錫合金粉為Cu-SnlO。
3.如權(quán)利要求1所述的銅-二硫化鎢復(fù)合材料電刷-滑環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述的電解銅粉或銅錫合金粉粒度〈38 μ m ;所述的二硫化鎢粉粒度為600?800nm。
4.如權(quán)利要求1所述的銅-二硫化鎢復(fù)合材料電刷-滑環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱壓法工藝參數(shù)條件為:熱壓溫度為800?810°C，目標(biāo)壓力為20?30MPa，保溫時間為0.5?2h，保護(hù)氣氛為氮?dú)饣驓鍤狻?br> 【文檔編號】C25D5/06GK103464767SQ201310406250
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】張雷, 曹慧泉, 周科朝, 肖金坤 申請人:中南大學(xué)