[发明专利]一种由粉末热锻的铜基受电弓滑板材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种由粉末热锻的铜基受电弓滑板材料及其制备方法。所述铜基受电弓滑板材料通过对包括以下的原料组分经过粉末热锻获得：铁‑磷合金粉5～6wt％，粒度范围为‑80～+300目，其中，在所述铁‑磷合金粉中磷的含量为17wt～19wt％；铁‑镍预合金粉6～7wt％；铬粉6～9wt％；锡粉1～4wt％；铅粉0.5～1wt％；鳞片石墨粉2～5wt％，余量为铜粉。基于本发明的提供铜基受电弓滑板材料组织均匀、致密度高、力学性能与电学性能优异，抗机械磨损和电磨损性能强。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种由粉末热锻的铜基受电弓滑板材料及其制备方法。

背景技术

受电弓滑板是电气化列车重要的传电元件，其工作原理是与高架导线或第三轨滑动接触，将电力传输给电力机车，维持列车正常运行。受电弓滑板作为重要的电接触材料，需同时具备耐电火花烧蚀、高导电性、耐高温、耐磨性、高机械强度。

高添加组元铜基受电弓滑板材料是指在铜基受电弓滑板材料中添加高含量、多种类基体组元，使各基体组元在经过一系列工艺加工后，基本可以固溶于铜基体。铜与石墨浸润性差，二者仅以机械互锁方式结合，即便在1000℃的高温环境下，铜石墨间浸润角仍然高达140°，采用传统方法如铸造、烧结合金制备出的石墨/铜基滑板材料组织疏松，孔隙率高，致密化程度低，试样经压制仍会残留不少孔隙，烧结后不可避免出现体积膨胀，严重影响复合材料的力学性能、电学性能及抗机械磨损与电磨损性能。未见粉末热锻法制备高添加组元全致密的铜基受电弓滑板材料的报道。目前，添加的组元与基体由于密度相差较大，在混料过程中易出现成分偏析现象，同时，部分金属组元与铜基体固溶比低，不易实现合金化，烧结过程难以充分进行，影响了滑板的使用性能，限制了铜基受电弓滑板材料发展。此外，在粉末成形过程中，高添加组元的混合粉体压缩性差，难以达到高密度，烧结时发生膨胀，得不到高致密度的铜基复合材料。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种由粉末热锻的铜基受电弓滑板材料及其制备方法，通过添加高含量、多种类基体组元，形成高添加组元铜基受电弓滑板材料体系，有效降低铜与石墨的浸润难度，获得的铜基受电弓滑板材料组织均匀、致密度高、力学性能与电学性能优异，抗机械磨损和电磨损性能强。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种由粉末热锻的铜基受电弓滑板材料，所述铜基受电弓滑板材料通过对包括以下的原料组分经过粉末热锻获得：铁-磷合金粉5～6wt％，粒度范围为-80～+300目，其中，在所述铁-磷合金粉中磷的含量为17wt～19wt％；铁-镍预合金粉6～7wt％；铬粉6～9wt％；锡粉1～4wt％；铅粉0.5～1wt％；鳞片石墨粉2～5wt％，余量为铜粉。

在一些实施例中，所述铁～镍预合金粉的粒度范围为-200～+300目，且在所述铁-镍预合金粉中镍的含量为16～18wt％。

在一些实施例中，所述铜基受电弓滑板材料的原料组分的粒径为5～100μm。

在一些实施例中，所述铜基受电弓滑板材料在密度为8.10～8.5g/cm³，和/或电阻率为0.190～0.220μΩ·m。

本发明第二方面还提供了一种如上所述的由粉末热锻的铜基受电弓滑板材料的制备方法，所述制备方法包括：混合所述原料组分，并冷压成形得到一压坯；在含氢的混合气氛中烧结所述压坯而得到烧结坯；对所述烧结坯进行粉末热锻，之后经过真空热处理得到所述铜基受电弓滑板材料。

在一些实施例中，所述烧结过程中的温度为600～1000℃，保温1～3h，升温速率10～20℃/min。

在一些实施例中，所述粉末热锻的模具初始温度为200～300℃。

在一些实施例中，所述粉末热锻的始锻温度为700～900℃，升温速率为5～20℃/min，终锻温度300～550℃。