[發明專利]一種高強高導減摩銅接觸線的制備方法

有效

• 申請號: 201910550042.5
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110331313B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 陳存廣;李沛;郭志猛;楊芳;王雯雯;路新;陸天行;馮娜
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C9/05
• 分類號: C22C9/05;C22C32/00;C22C1/10;C22C1/04;B22F1/00;B22F3/04;B22F3/10;B22F3/20;B22F9/08;H01B1/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種高強高導減摩銅接觸線的制備方法，屬于粉末冶金銅基材料技術領域。本發明以銅錳合金粉為原料，在含有硫源的介質中進行硫化處理，通過高溫擴散，在銅錳合金粉末內部原位生成硫化錳納米粒子，經過冷等靜壓成型和燒結?熱擠壓組合致密化工藝，獲得硫化錳彌散強化銅接觸線。本發明制備工藝簡單，流程短且能耗低，原料豐富易得，成本低，適合大規模生產；制備的接觸線室溫抗拉強度大于450MPa，導電率大于75％IACS，摩擦系數小于0.2。

技術領域

本發明涉及一種高強高導減摩銅接觸線及其制備方法，屬于粉末冶金銅基材料技術領域。

技術背景

隨著列車運行速度的不斷提高，對接觸網用接觸線材料的性能提出愈來愈高的要求。作為鐵路電氣化接觸網用接觸線合金材料的基本要求是：高導電性、較高的抗拉強度、較高的軟化溫度、較好的抗疲勞震動性能、良好的耐磨性能和耐腐蝕性能等。

其中，接觸線的磨耗性能是表征接觸線實際使用壽命和安全性評估的關鍵指標，各國都在開展對接觸線磨耗性能的研究。目前研究較多的高強高導高耐磨銅合金材料主要有鉻鋯銅系合金，其主要機理是通過時效強化機制，在銅基體中析出彌散分布的Cr和Cu₃Zr等納米析出相，從而提高材料的耐磨性；彌散強化銅則是通過粉末冶金方法制備出納米級Al₂O₃彌散強化銅基體的材料，具有高強高導高耐磨的特點。然而鉻鋯銅和彌散強化銅材料在使用過程中耐磨性能表現不足，開發研制新型高強高導、摩擦磨損性能優異的銅基材料對軌道交通網發展具有重大意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高強高導減摩銅合金接觸導線的制備方法，在銅基體中原位生成具有良好界面結合、納米MnS顆粒，在保證優良導電性能的基礎上，彌散分布的MnS兼具增強和減摩作用。該工藝方法成本低、效率高、環境友好，適合大規模生產。

本發明所采用的技術方案是：以銅錳合金粉為原料，在含有硫源的介質中進行硫化處理，通過高溫擴散，在銅錳合金粉末內部原位生成硫化錳納米粒子，經過冷等靜壓成型和燒結-熱擠壓組合致密化工藝，獲得硫化錳彌散強化銅接觸線。

一種高強高導減摩銅合金接觸線的制備方法，包括以下工藝步驟：

(1)銅錳合金粉末制備：采用霧化法制備銅錳合金粉末，將電解銅板與電解錳按比例稱重，經真空或非真空熔煉后在高壓霧化介質下制取銅錳合金粉末；

(2)粉末硫化處理：將制取的銅錳合金粉末置于氣氛爐中，在含硫的介質中進行硫化處理，在銅基體中析出納米硫化錳，獲得自潤滑銅粉；

(3)冷等靜壓成型：將自潤滑銅粉封裝包套，在50～500MPa壓力下，保壓為10s～10min進行冷等靜壓成型，得到生坯；

(4)組合致密化：將冷等靜壓成型的生坯置于還原氣氛或真空環境中進行燒結致密化，采用熱擠壓工藝獲得全致密的高強高導減摩銅接觸線。

進一步地，步驟(1)所述銅錳合金粉末中錳含量為0.1wt％～5wt％，余量為純銅；霧化介質包括氣體介質(空氣、氮氣、氬氣和氦氣)和液體介質(水、油、乙醇、液氮、液氬)中的一種或幾種。

進一步地，步驟(2)所述硫化處理包括氣相、液相和固相滲硫中的一種或幾種，其中氣相滲硫的硫源為硫化氫或者二硫化碳氣體，滲硫溫度為150～300℃，時間為20min～3h；液相滲硫的硫源為硫脲，滲硫溫度為180～250℃，時間為30～120min；固相滲硫的硫源為硫磺粉，滲硫溫度為500～950℃，時間為30min～3h。

進一步地，步驟(4)所述組合致密化中，還原氣氛為氫氣、分解氨中的一種或兩種，真空環境的真空度在10^-2～10^-1Pa，燒結溫度為750～1050℃，保溫時間為0.5～10h；熱擠壓溫度為500～950℃。

采用以上技術方案，本發明的有益效果在于：