集電滑動材料的制備方法和其制得產品的應用
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種集電滑動材料的制備方法，本發明還涉及這種集電滑動材料的制 備方法制得產品的應用，屬于金屬材料領域。
【背景技術】
[0002] 在嚴酷的環境下使用的高鐵車廂的導電弓，通常使用的是有導電性的金屬及耐磨 性強的金屬等材料燒結而成的。這種燒結金屬從前制造方法需要經過多次的加工工藝，為 了達到所規定的性能，需要通過極其復雜的工藝與管理。這些都會使從前的導電弓的價格 大幅度上升。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供集電滑動材料的制備方法和其制得產品的應用，以及解決 上述問題。
[0004] 一種集電滑動材料的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0005] 步驟一、高質量的銅在電氣爐里熔解工序，將高質量的銅熔解，并進行脫氣體操 作，形成銅的溶湯；
[0006] 步驟二、高質量鐵在電氣爐上熔解的工序，將高質量的鐵熔解，并進行脫氣體操 作，形成鐵的溶湯；
[0007] 步驟三、銅和鐵的溶湯的混合工序，將銅和鐵的溶湯混合形成混合溶湯，以重量份 計，鐵為20-40份，銅為60-80質量份；
[0008] 步驟四、冷卻工序，將混合溶湯注入模具形成鑄塊。
[0009] 優選的，本發明的集電滑動材料的制造方法，步驟一中，脫氣體操作包括進行脫氫 的步驟。
[0010] 優選的，本發明的集電滑動材料的制造方法，進行脫氫的步驟時，氧分壓保持在 1. 5atm~3atm的范圍。
[0011] 優選的，本發明的集電滑動材料的制造方法，進行脫氫的步驟時，溫度調整到銅的 熔點以上50°C~100°C。
[0012] 優選的，本發明的集電滑動材料的制造方法，在完成脫氫的步驟后，進行脫氧步 驟，使用Ca、Si、Mn、P、Al、Ti、Li等單體或復合體作為脫氧劑進行脫氧。
[0013] 優選的，本發明的集電滑動材料的制造方法，在冷卻工序中，將混合溶湯注入模具 后通過急速冷卻、常溫冷卻或者加熱冷卻的方法控制冷卻的速度。
[0014] 優選的，本發明的集電滑動材料的制造方法，急速冷卻的溫度下降速度3常溫冷 卻的溫度下降速度*2,加熱冷卻的溫度下降速度3常溫冷卻的溫度下降速度/2。
[0015] 上述集電滑動材料的制造方法所制得的產品在制備導電弓中的應用。
[0016] 發明的有益效果
[0017] 根據本發明的集電滑動材料，在高速鐵道車廂上的嚴酷的環境下使用，耐磨性能 高，導電性能好。
[0018] 根據本發明鑄造的材料的成形與燒結金屬相比，在工序上非常簡單并且導電性和 耐磨性遠遠優于燒結金屬。
【具體實施方式】
[0019] 以下介紹本發明的【具體實施方式】。
[0020] 首先，介紹集電滑動材料的制備方法：
[0021] 步驟一、將高質量的銅在電氣爐里進行溶解。一般將純度大于99. 9%的銅稱之為 高質量的銅。將碎銅片放入電器爐里進行攪拌，把溫度提升到銅的熔點（810.24k)以上，熔 化后進行脫氧操作。
[0022] (1)為了脫氫，將氧氣分壓調到高位，氧氣分壓的范圍：1. 5atm~3atm。同時保持 溫度調整到銅的熔點以上50°C~100°C，使溶融銅上的氧氣元素增加，相律的分離氫氣，以 此進行脫氫工藝。此處的相律指相（平衡）律，英語為phaserule。在此處具體來說就是 一旦氧氣的含量增加的話氫氣的含有量會自動減少。
[0023] (2)脫氧時使用與氧氣結合力強的脫氧劑。脫氧劑可使用例如：Ca、Si、Mn、P、Al、 Ti、Li等單體或復合體，或者與其它多種金屬的復合劑。期間，為了防止氫氣和氧氣返回原 有狀態，在溶解爐湯面灌入大量的惰性氣體。在使用脫氧劑的同時，使用除渣滓助劑集合發 生氧化的物質的渣滓，并從溶湯中分離。除渣滓助劑采用Ca、Mg系的礦物的低熔點化合物。
[0024] (3)高質量銅溶解時，為了防止因爐材元素混入造成熔點變動或者出現混合變化， 應事先分析制造金屬的不純物含油量及選擇雜質元素含有量少的爐材。
[0025]步驟二、高質量鐵在電氣爐上溶解的工序。
[0026]取高質量金屬粉碎的鐵片，指純度大于99. 5%的鐵，在電氣爐里進行攪拌，把溫度 提升到鐵的熔點（1261.84k)以上，熔化后，情況如下：
[0027] 進行脫氧工序：脫氧時使用與氧氣結合力強的復合型脫氧劑。例如：Ca、Si、Mn、P、 Al、Ti，、Li等單體或復合體，或者與多金屬的復合劑。期間，為了防止氫氣和氧氣返回原有 狀態，在爐湯面灌入大量的惰性氣體。還有使用脫氧劑的時候，使用除渣滓助劑，來集合發 生氧化物的渣滓，并從湯中分離。除渣滓助劑采用Ca、Mg系的礦物的低熔點化合物。
[0028] 還有，高質量鐵恪化時，為了防止因爐材元素混入造成恪點變動或者出現混合變 化，會提前機器分析制造金屬的不純物含油量及選擇適當的爐材。
[0029]步驟三、高質量銅和高質量鐵的溶湯的混合工藝
[0030] 為了混合各自爐中的高質量銅和高質量鐵，按照鑄塊所需混合比率，在防止空氣 被卷入情況下，注入到混合電氣爐里。鑄塊中各組分的含量范圍如下：銅在：60~80%;鐵： 20~40%。即，以總的質量份為100計，含有20-40質量份的鐵，剩余部分為銅。
[0031] 被注入的溶液以高質量鐵的熔融溫度為基準來升溫，促進晶化反應。銅里放入鐵 的溶解度，從二元狀態圖來看，約為2%，所以變成過飽和成分狀態，成長成金屬間化合物， 濃度與銅液相似，所以在銅的液體里產生小塊兒形狀。這個形狀有粒狀也有扁平狀的，如分 散濃度高的話，成黏糊狀，粘度上升。
[0032] 步驟四、注入鑄模的工藝
[0033] 將步驟三中，粘度上升的狀況視作反應結束的基準和注入模具的時機。
[0034] 鑄模具里的溶液凝固時，為了控制凝固時間，通常使用常溫冷卻，強制急速冷卻， 加熱溫度控制冷卻等方法。同時，通過常溫冷卻、強制急冷卻、加熱溫度控制冷卻3種冷卻 方法還能夠對結晶粒和混合粒進行控制。溫度下降的速度快的話，結晶粒、混合粒就小；溫 度下降的速度慢的話，結晶粒、混合粒就大。因此急速冷卻的結晶粒度小，常溫冷卻的結晶 粒度適中，加熱冷卻的粒度大。從而作成適合展伸材的結晶粒度及助長樹膠狀晶。結晶粒 度大小都可以用于伸展材。結晶粒度大的話，材料較易于伸展；結晶粒度小的話，材料的屏 蔽效果更大。適應于其他類型的材料的結晶粒度是通過常溫冷卻得到的結晶粒。注湯溫度 以高質量鐵的溶解溫度1261. 84k為基準。
[0035] 本發明所說的急速冷卻和加熱冷卻的速度，是與常溫冷卻速度相比較之下而得到 的相對速度。
[0036] 急速冷卻：急速冷卻的溫度下降速度3常溫冷卻的溫度下降速度*2
[0037] 加熱冷卻：加熱冷卻的溫度下降速度3常溫冷卻的溫度下降速度/2
[0038] 即、假設從1500°C冷卻到常溫，常溫冷卻所用的時間為50秒，則急速冷卻的冷卻 時間應小于25秒，加熱冷卻的時間應在100秒以上。
[0039] 以下是使用的模具以及可采用的冷卻方式：
[0040]用砂模的常溫冷卻，操作條件：使用帶有冷卻性能的沙子制作而成的鑄模。
[0041]用金屬模具的常溫冷卻或者冷水強制急冷。操作條件：使用金屬制作而成的金屬 模具。
[0042] 金屬模具用控制加熱溫度方法冷卻，操作條件：通過電或者天然氣對金屬模具進 行加熱。
[0043] 鑄塊的展伸工序
[0044] 制造好的鑄塊在700-800°C之間或者在常溫展伸后，做出二次，三次產品的例子如 下：
[0045] 鑄塊在700-800度之間鑄造，作成圓棒材，方材。
[0046] 熱間（700-800度）滾輪壓延后，再常溫壓延拉線反復進行，直到制成所需形狀。
[0047] 本發明的制備方法制得的銅鐵合金作為集電滑動材料，雜質及氣體成分極少。
[0048] 另外，本發明有著完全脫氣工序的特征。溶湯中氣體成分在凝固過程中以氣泡狀 態存在的話，作為展伸材料會降低其價值。
[0049] 其次，介紹導電弓的制備方法：
[0050] 1>將銅鐵合金液注入模具，冷卻，進行鑄造；
[0051] 2>按照導電弓的形狀要求，對導電弓進行鍛造。
[0052] 注模和鍛造的過程均根據具體產品的形狀尺寸進行。在現有的技術條件下均可以 無障礙的完成。當然在模具允許的情況下僅進行鑄造得到導電弓也是沒有問題的。
[0053] 以下給出依據上述方法制得的導電弓的參數。
[0054] 表1銅鐵合金的硬度
[0055]
【主權項】
1. 一種集電滑動材料的制造方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一、高質量的銅在電氣爐里熔解工序，將高質量的銅熔解，并進行脫氣體操作，形 成銅的溶湯； 步驟二、高質量鐵在電氣爐上熔解的工序，將高質量的鐵熔解，并進行脫氣體操作，形 成鐵的溶湯； 步驟三、銅和鐵的溶湯的混合工序，將銅和鐵的溶湯混合形成混合溶湯，以重量份計， 所述鐵為20-40份，所述銅為60-80質量份； 步驟四、冷卻工序，將所述混合溶湯注入模具形成鑄塊。
2. 根據權利要求1所述的集電滑動材料的制造方法，其特征在于： 其中，所述步驟一中，所述脫氣體操作包括進行脫氫的步驟。
3. 根據權利要求2所述的集電滑動材料的制造方法，其特征在于： 進行所述脫氫的步驟時，氧分壓保持在I. 5atm~3atm的范圍。
4. 根據權利要求2所述的集電滑動材料的制造方法，其特征在于： 其中，進行所述脫氫的步驟時，溫度調整到銅的熔點以上50°C~KKTC。
5. 根據權利要求2所述的集電滑動材料的制造方法，其特征在于： 其中，在完成脫氫的步驟后，進行脫氧步驟，使用Ca、Si、Mn、P、Al、Ti、Li等單體或復合 體作為脫氧劑進行脫氧。
6. 根據權利要求1所述的集電滑動材料的制造方法，其特征在于： 其中，在所述冷卻工序中，將所述混合溶湯注入模具后通過急速冷卻、常溫冷卻或者加 熱冷卻的方法控制冷卻的速度。
7. 根據權利要求6所述的集電滑動材料的制造方法，其特征在于： 其中，所述急速冷卻的溫度下降速度3常溫冷卻的溫度下降速度*2,所述加熱冷卻的 溫度下降速度3常溫冷卻的溫度下降速度/2。
8. 如權利要求1所述的集電滑動材料的制造方法所制得的產品在制備導電弓中的應 用。
【專利摘要】本發明提供一種集電滑動材料的制造方法，包括如下步驟：步驟一、高質量的銅在電氣爐里熔解工序，將高質量的銅熔解，并進行脫氣體操作，形成銅的溶湯；步驟二、高質量鐵在電氣爐上熔解的工序，將高質量的鐵熔解，并進行脫氣體操作，形成鐵的溶湯；步驟三、銅和鐵的溶湯的混合工序，將銅和鐵的溶湯混合形成混合溶湯，以重量份計，鐵為20-40份，銅為60-80質量份；步驟四、冷卻工序，將混合溶湯注入模具形成鑄塊。由本發明的集電滑動材料制成的導電弓，在高速鐵道車廂上的嚴酷的環境下使用，耐磨性能高，導電性能好。
【IPC分類】C22C1-02, C22C9-00, C22C1-06, B60L5-18
【公開號】CN104846223
【申請號】CN201510296889
【發明人】平口稔, 野村寬夫, 森本幸一, 高東曉, 樸在鋒
【申請人】蘇州曉鋒知識產權運營管理有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年6月2日