專利名稱：一種銅釉石墨受電靴材料及其制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型受電靴材料，具體涉及一種銅釉石墨受電靴材料及其制備工藝，主要用于磁浮交通以及高速鐵路領域。
背景技術：
磁浮交通是一種新型的有軌交通系統，由于依靠電磁力實現無接觸運行的技術特點，被認為是當今世界唯一能夠安全可靠地以400 SOOkm^r1的速度運營的地面大容量客運交通工具，并且能耗低、環境影響小，具有不可取代的優越性。磁浮列車的發展對其關鍵部件一受流器受電靴滑塊，提出了較高的性能要求，要求低電阻、自潤滑(耐磨)、耐高熱、耐沖擊，并且針對其更換頻繁，使用率高的特點，該材料同時必須具有簡單的加工工藝和較低廉的成本，因此銅基粉末冶金材料將是合適的選擇。目前專門用于磁浮列車受流器受電靴滑塊的銅基粉末冶金材料未見相關報道，相關的銅基粉末冶金材料主要有高速輪軌列車用銅基粉末冶金多孔摩擦材料和銅基受電弓滑板材料，但上材料均不能滿足磁浮列車受流器受電靴滑塊的性能要求。1998年6月8日，小林英勇申請了 JPll — 75301《受電弓滑板結構設計》專利，對碳素燒結后浸銅產品的結構進行了合理的設計，采用銅包鎧滑板底面的結構設計。顯然，碳素浸銅材料呈現出脆性，難以機加工，雖然自身耐磨性能好，但對接觸線磨損大。1998 年 4 月 7 日，Le Carbone Lorraine 在美國申請了 US569223 法國 TGV 高速列車使用的帶有潤滑系統的受電弓設計。該專利描述了如何利用設計的油管在受電弓頭內進行潤滑，減少因突出的摩擦問題而增加運行維護工作量。但此潤滑方式對環境的影響較大， 并且潤滑的油污會影響到受電效果，影響列車提速。2002年8月19日，土屋宏志等人代表“鐵道綜合技術研究所”和“東洋碳素”申請 JP2004 - 78097《耐磨型碳素符合滑板材料》專利，該專利描述的滑板材料是采用粉末冶金生產方法制造的碳一銅復合材料，具有熱傳導系數20W/mK和熱膨脹系數8X10 —6/K的物理特性。該滑板材料的發明是為適應日本新干線高速輪軌列車的受電電流增大(要求提高車速)，對滑板材料的耐熱性能要求也相應地提高而進行的研究。1999年11月25，何大海博士等人申請了 PCT/AU99/01115 “用于輸電的具有改進耐磨性能的低電阻率材料及制造方法”提出了 CGCM (Copper Graphite Composite Materials)發明，涉及到一種銅基石墨復合材料，適用于高速輪軌列車受電弓滑板材料。雖然該發明也具有銅與石墨復合，采用粉末冶金生產工藝，低電阻、自潤滑、耐磨、電火花抵抗能力強等功能，但由于銅基晶粒過于粗大，材料硬度無法提高，從而影響到CGCM的自身耐磨性能的提高，無法滿足磁浮列車的受流器工況。同濟大學與上海磁浮交通發展有限公司共同開發的一項專利銅基石墨受電靴材料，以何大海博士的思路為指導，生產的材料各項性能均非常優異，但由于銅基較軟，耐磨性能不足，需對其進行改進。在磁浮列車及高速鐵路列車上使用的受電靴擁有良好的導電性能和摩擦性能，然而由于材料因素，自身的磨損值較高，造成材料的使用壽命不長，需要經常替換，對資源產生浪費。同時材料的損壞也是事故的誘發原因，必須予以高度重視。現有的銅基石墨受電靴材料由于耐磨性能的缺陷，不能完全滿足生產使用要求。
發明內容
本發明的目的提供一種能用于磁浮列車受流器的受電靴材料，該材料具有良好的導電性能和摩擦性能，且耐磨性能好，能完全滿足磁浮列車及高速鐵路列車上使用的受電靴的要求。為了達到上述目的，本發明提出了一種新型粉末冶金材料，即以銅為基體，釉為主要添加物質的，高度耐磨的受電靴材料，該材料包含以下按重量百分數計的物質
銅90 94% ；
釉2 4% ；
石墨 2 6% ； 所述的釉為白釉。上述的銅釉石墨受電靴材料，其中，該材料包含以下按重量百分數計的物質 銅 94% ；
釉1 ；
石墨 4%。本發明還提供了一種上述的銅釉石墨受電靴材料的制備方法，該方法包含以下具體步驟
步驟1，混料將銅粉與釉粉末及石墨粉末放入金屬粉末混料機，轉速為34r/min，每隔 15min改變混料機的旋轉方向，讓材料充分混合；
步驟2，初壓采用300MPa壓力進行初壓，保壓5 10分鐘；
步驟3，燒結采用階梯升溫方式0 40min，200°C ；40 80min，400°C ；80 170min， 700°C ；170 330min，920°C，燒結保護氣氛為氫氣，920度下保溫3小時；
步驟4，冷卻在冷卻過程中，采用氫氣與氮氣混合爐內氣氛保護，直到降溫到200°C以
下；
步驟5，復壓采用300MPa壓力進行復壓，保壓5 10分鐘。上述的銅釉石墨受電靴材料的制備方法，其中，所述的銅粉、釉粉及石墨粉的粒徑范圍為100目 400目。本發明還提供了一種所述的銅釉石墨受電靴材料用于制作磁浮列車的受流器受電靴滑塊或軌道交通車輛受流器受電靴接觸塊的用途。本發明通過力學、電學理論分析、冶金組分優化設計和工藝探索，選擇創新性的加入釉粉末使組織耐磨性提高，即以銅為基體，釉為主要添加物質的，高度耐磨的受電靴材料。本發明采用通用的粉末冶金生產方法(混粉一冷壓一燒結一復壓)，制備出組織均勻、 力學性能優異、耐磨性能顯著提升的銅釉石墨粉末冶金復合材料。本發明所制得的復合材料的摩擦性能與目前磁浮列車或高速列車上使用的受電靴材料相比，有極大的提高，自身的磨損量可以控制在可忽略的程度下，同時導電性能也得到保障。本發明所開發研制的銅釉粉末冶金受電靴材料可以替代已有的受電靴材料，并且擁有更長的使用壽命，可廣泛應用于磁浮列車或高速鐵路列車。而且該復合材料的生產工藝便利，可進行組織流水線生產，市場前景看好。本發明所述的銅釉新型粉末冶金受電靴材料，以銅為基體材料，同時添加釉、石墨，配制出導電性能、摩擦性能、耐磨性能、硬度、強度都十分優良的材料。本發明所得產品很好的解決了傳統受電靴材料耐磨性能差、自身磨損量大、必須經常更換等顯著缺陷。同時，由于本發明很大程度的提高了材料的使用壽命，因此在很大程度上節約了天然銅資源， 因而十分契合當今可持續發展的理念。通過性能檢測，本發明所制備銅釉粉末冶金受電靴材料的各項性能均達到研究目的。
圖1為本發明的一種銅釉石墨受電靴材料的制備工藝流程圖。
具體實施例方式為了便于理解本發明，特例舉以下實施例，其作用應被理解為是對本發明的詮釋而絕非對本發明的任何形式的限制。實施例廣4
材料成分如表1所示
表1實施例廣4中混粉用各種粉末質量分數QOO目)
權利要求
1.一種銅釉石墨受電靴材料，其特征在于，該材料包含以下按重量百分數計的物質銅90 94% ；釉2 4% ；石墨 2 6% ； 所述的釉為白釉。
2.如權利要求1所述的銅釉石墨受電靴材料，其特征在于，該材料包含以下按重量百分數計的物質銅94% ；釉1 ；石墨 4%。
3.根據權利要求1所述的銅釉石墨受電靴材料的制備方法，其特征在于，該方法包含以下具體步驟步驟1，混料將銅粉與釉粉末及石墨粉末放入金屬粉末混料機，轉速為34r/ min，每隔15min改變混料機的旋轉方向，讓材料充分混合；步驟2，初壓采用300MPa壓力進行初壓，保壓5 10分鐘； 步驟3，燒結采用階梯升溫方式0 40min，200°C ；40 80min，400°C ；80 170min, 700°C ；170 330min，920°C，燒結保護氣氛為氫氣，920度下保溫3小時；步驟4，冷卻在冷卻過程中，采用氫氣與氮氣混合爐內氣氛保護，直到降溫到200°C以下；步驟5，復壓采用300MPa壓力進行復壓，保壓5 10分鐘。
4.如權利要求3所述的銅釉石墨受電靴材料的制備方法，其特征在于，所述的銅粉、 釉粉及石墨粉的粒徑范圍為100目 400目。
5.根據權利要求1所述的銅釉石墨受電靴材料用于制作磁浮列車的受流器受電靴滑塊或軌道交通車輛受流器受電靴接觸塊的用途。
全文摘要
本發明公開了一種銅釉石墨受電靴材料及其制備方法和用途，該材料包含以下按重量百分數計的原料90~94%的銅、2~4%的釉及2~6%的石墨；所述的釉是指白釉。本發明提供的銅釉石墨受電靴材料的制備方法，生產工藝便利，可進行組織流水線生產，該方法制得的復合材料很好的解決了傳統受電靴材料耐磨性能差、自身磨損量大、必須經常更換等顯著缺陷。同時，由于本發明很大程度的提高了材料的使用壽命，因此在很大程度上節約了天然銅資源，因而十分契合當今可持續發展的理念。通過性能檢測，本發明所制備銅釉粉末冶金受電靴材料的各項性能均達到研究目的。
文檔編號C22C9/00GK102242290SQ20111017918
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月29日 優先權日2011年6月29日
發明者付沛, 何國求, 卜格非 申請人:上海磁浮交通發展有限公司, 上海磁浮交通工程技術研究中心