[發明專利]一種CuFeCeY原位復合材料配方及其生產工藝

在審

• 申請號: 202211716064.2
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN116287845A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 李亞明;章慧成;李文有;陳維鉛;李玉軍
• 申請（專利權）人: 酒泉職業技術學院（甘肅廣播電視大學酒泉市分校）
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/02;C22F1/08;C22F1/02;B21C37/04
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 鄭雷

本發明涉及高速電氣化鐵路技術領域，具體為一種CuFeCeY原位復合材料配方及其生產工藝，其配方包括組分有：Fe：14%、Ce：0.02?0.05%、Y：0.02?0.06%，余量為Cu，生產工藝步驟包括：配料、熔煉、熱軋、冷軋、拉拔變形及各種熱處理，本發明所述一種CuFeCeY原位復合材料，通過添加Ce、Y及大塑型變形，有效解決Fe固溶導致導電率大幅度下降的問題，使強度和導電性取得較好匹配，并模擬實際工況考察耐磨性及抗電弧燒蝕能力，以滿足高速電氣化鐵路領域電接觸材料要求，本發明所述的配方及生產工藝，操作步驟簡單方便，步驟完善，生產出的CuFe基原位復合材料質量高，其使用壽命是原來的1.5倍以上。

技術領域

本發明涉及高速電氣化鐵路技術領域，具體為一種CuFeCeY原位復合材料配方及其生產工藝。

背景技術

形變銅基原位復合材料是由哈佛大學學者BevK?J等人，在20世紀七十年代末逐漸發展起來的。其中市場主要應用的有Cu-Cr、Cu-Ag、Cu-Fe以及Cu-Nb。其中Ag、Nb貴金屬，不適合大規模工業化生產，Cr纖維強度較低，而Cu-Fe以其高的強度、低的價格，成為電氣化鐵路接觸線的主要材料；

但大變形會導致基體組織生嚴重畸變與Fe固溶析出，從而嚴重影響其導電性，本發明想通過微合金添加解決其導電性大幅度下降問題，使導電性與強度達到最佳匹配；

電氣化鐵路的高速、重載發展趨勢對接觸線的截流能力和運行穩定性提出了新要求，電接接觸線的摩擦是必不可少的，列車壽命與與接觸線磨損直接相關，因此，提高接觸線的耐磨性是列車高速運行的必備條件之一；此外，為保證機車在高速的條件下實現可靠截流，接觸線及接觸網在開啟及閉合過程會發生電弧燒蝕。電弧作用下，電接觸表面局部溫度超過材料相變溫度，材料發生熔化、蒸發，進而接觸表面形成熔池，嚴重影響電接觸性能，縮短使用壽命，因此，考察電弧燒蝕是電接觸材料的必備性能之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種CuFeCeY原位復合材料配方及其生產工藝，以針對常見手段難以有效解決CuFe原位復合材料中在大變形下Fe固溶導致導電性大幅度下降問題現狀，提供一種CuFeCeY原位復合材料的方法。并考察了其摩擦性及電弧燒蝕能力，為高速電氣化鐵路領域中接觸線性能提供技術解決方案。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種CuFeCeY原位復合材料配方：Fe：14%、Ce：0.02-0.05%、Y：0.02-0.06%，余量為Cu。

優選后最佳性能：原位拉伸強度為730MPa；導電率為73%IACS；在壓力400N下、線速度為1500mm/min、干摩擦3小時后材料表現為黏著磨損，磨損量為0.5418g；抗電弧燒蝕能力：截留值達到1/A，平均電弧壽命2.6/ms，平均耐壓強度為0.8×10⁸v?/m。

一種CuFeCeY原位復合材料配方的生產工藝，包括以下步驟：

步驟一：配料：按合金的化學成分比例稱重，每批次35公斤；

步驟二：制坯：采用真空感應熔煉爐熔煉CuFeCeY合金鑄錠，石墨模進行熔煉；

步驟三：初加工：在840-920℃保10min，熱軋后經表面去皮加工至Ф21.5mm；

步驟四：中間退火：在氣氛保護爐中進行940℃,3h的固溶處理；

步驟五：預變形：在840℃保溫熱軋至Ф14mm；然后在室溫冷軋至Ф9?mm；

步驟六：最終變形：Ф9mm→室溫冷拔至Ф4.5?mm→550℃,30min中間熱處理→室溫冷拔至Ф2.92mm→550℃,?20?min中間熱處理→室溫冷拔至Ф1.07?mm。經計算，Ф2.92mm、Ф1.07mm、Ф0.39mm和Ф0.24mm?試樣的冷變形應變量η分別約為4、6。冷變形應變量為η=㏑（A₀/A_f），其中A₀是變形前截面積，A_f是形變后。按照不同變形量進行優選。