[發(fā)明專利]一種導電耐磨材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910064427.7
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN101812609A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張永振;上官寶;孫樂民;杜三明;牛永平;陳躍;鐵喜順;宋克興;徐曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C32/00;C22C1/05
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩;牛愛周

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種導電耐磨材料，尤其涉及一種高石墨銅基粉末冶金滑板用導電耐磨材料，同時還涉及一種該材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的不斷進步，載流摩擦配副的應用也日益廣泛，如高速鐵路系統(tǒng)(包括輕軌)、城市公共交通中的有軌和無軌電車的電力傳輸系統(tǒng)以及電機電刷等，這類材料不僅要求具有良好的耐磨性，還要求有優(yōu)良的導電性能。由于電流的介入，配副的摩擦磨損性能將發(fā)生很大的變化，電流通過材料摩擦表面時會產(chǎn)生電阻熱和電弧熱，使表面溫度升高，從而影響材料的摩擦學特性及表面形貌。滑動過程中尤其是在高速、大電流條件下摩擦副的表面會產(chǎn)生電弧，易造成嚴重的電弧侵蝕，因而對載流材料的磨損更為嚴重。石墨是一種良好的潤滑材料，它能在摩擦表面形成一層潤滑膜，使摩擦表面平整光滑，有利于減少材料的磨損，同時石墨叉具有一定的導電性能，因此將石墨加入到電力機車滑板用材料中有利于材料導電磨損性能的提高。銅基粉末冶金材料是目前電力機車常用的滑板材料之一，其含有石墨、二硫化鉬等潤滑劑，石墨的加入可降低滑板及導線的磨損率。現(xiàn)有的銅基粉末冶金滑板材料中有加入石墨，但石墨的含量較低，為1～3％，其在一定程度上提高了滑板材料的耐磨性，此種材料在高速、大電流條件下摩擦副的表面易產(chǎn)生電弧，會造成電弧侵蝕，對載流材料的磨損也較為嚴重。為了適應高速、大電流條件，現(xiàn)有滑板材料的耐磨性能還有待提高。另外，現(xiàn)有的滑板材料的導電性能也需要提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種導電耐磨材料，以保證在高速、大電流條件下，降低對載流材料的磨損。

同時，本發(fā)明的目的還在于提供一種該導電耐磨材料的制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案采用了一種導電耐磨材料，由以下質(zhì)量分數(shù)的成分制備而成：C5-15％，Sn2-6％，Pb1-3％，Ni1-3％，F(xiàn)e5-8％，余量為Cu。

所述的導電耐磨材料由以下質(zhì)量分數(shù)的成分制備而成：C10％，Sn3-5％，Pb1-3％，Ni1-3％，F(xiàn)e5-7％，余量為Cu。

所述的C為平均粒徑為300μm的鱗狀石墨粉。

同時，本發(fā)明的技術(shù)方案還提供了一種該導電耐磨材料的制備方法，包括以下步驟：將石墨按質(zhì)量分數(shù)5-15％與質(zhì)量分數(shù)分別為2-6％錫粉、1-3％鉛粉、1-3％鎳粉和5-8％鐵粉及電解銅粉混合，混合均勻后，將混制好的粉末材料裝入模具中，在200-300MPa的壓力下壓制成所需形狀的材料；將壓制好的材料埋入裝有石墨粉的容器內(nèi)，在850-890℃的溫度下燒結(jié)1-3h，然后冷卻至室溫。

所述的石墨為平均粒徑為300μm的鱗狀石墨粉。

所述錫粉、鉛粉、鎳粉、鐵粉及電解銅粉的平均粒徑均為75μm。

本發(fā)明的各成分中，石墨含量高，能夠保證在高速、大電流條件下，大大減輕對載流材料的磨損；加入的強化合金元素錫粉、鉛粉、鎳粉、鐵粉及電解銅粉，其中，銅中加錫形成的錫銅化合物，是良好的減摩材料，加錫粉可起到提高滑板耐蝕性、耐磨性和高溫強度；鉛可改善材料的摩擦性能；鎳粉主要是增加材料的強度和硬度；Fe的加入既可抑制材料的高溫轉(zhuǎn)移，又可適當調(diào)節(jié)摩擦系數(shù)，保證實現(xiàn)良好的摩合性能。本發(fā)明材料的各成分配合使用，具有良好的導電性能和摩擦性能，可用作鐵路弓網(wǎng)系統(tǒng)中的滑板以及電機中的碳刷等具有導電磨擦功能的摩擦副。與純銅基粉末冶金材料相比較，本發(fā)明加入10％石墨的導電耐磨材料摩擦因數(shù)和磨損率均降低，耐磨性能明顯提高，不同電流強度和滑動速度下摩擦因數(shù)的波動減小，摩擦因數(shù)穩(wěn)定；另外，導電性能相當。

本發(fā)明的材料采用粉末冶金的方法制備，具體包括以下步驟：采用冷壓燒結(jié)的方法制備本發(fā)明的導電耐磨材料，將平均粒徑為300μm的鱗狀石墨粉按質(zhì)量分數(shù)10％加入到平均粒徑均為75μm的電解銅粉及鎳粉、鉛粉、錫粉和鐵粉中，在混粉機中混合均勻后，將混制好的粉末材料裝入模具中，在DY電動液壓制樣機上用200-300MPa的載荷壓制成所需形狀的材料，將壓制好的材料埋入裝有石墨粉的容器內(nèi)，裝入電阻爐中，在870℃的溫度下燒結(jié)2h，隨爐冷卻至室溫，即得到本發(fā)明的導電耐磨材料。

附圖說明

圖1a為不同滑動速度下不含石墨的材料摩擦因數(shù)與電流的關(guān)系(30N)；

圖1b為不同滑動速度下含10％石墨的材料摩擦因數(shù)與電流的關(guān)系(30N)；

圖2a為不同滑動速度下不含石墨的材料摩擦率與電流的關(guān)系(30N)；

圖2b為不同滑動速度下含10％石墨的材料摩擦率與電流的關(guān)系(30N)；

圖3為不含石墨的材料磨損表面的SEM圖；