专利名称：一种铜釉石墨受电靴材料及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型受电靴材料，具体涉及一种铜釉石墨受电靴材料及其制备工艺，主要用于磁浮交通以及高速铁路领域。
背景技术：
磁浮交通是一种新型的有轨交通系统，由于依靠电磁力实现无接触运行的技术特点，被认为是当今世界唯一能够安全可靠地以400 SOOkm^r1的速度运营的地面大容量客运交通工具，并且能耗低、环境影响小，具有不可取代的优越性。磁浮列车的发展对其关键部件一受流器受电靴滑块，提出了较高的性能要求，要求低电阻、自润滑(耐磨)、耐高热、耐冲击，并且针对其更换频繁，使用率高的特点，该材料同时必须具有简单的加工工艺和较低廉的成本，因此铜基粉末冶金材料将是合适的选择。目前专门用于磁浮列车受流器受电靴滑块的铜基粉末冶金材料未见相关报道，相关的铜基粉末冶金材料主要有高速轮轨列车用铜基粉末冶金多孔摩擦材料和铜基受电弓滑板材料，但上材料均不能满足磁浮列车受流器受电靴滑块的性能要求。1998年6月8日，小林英勇申请了 JPll — 75301《受电弓滑板结构设计》专利，对碳素烧结后浸铜产品的结构进行了合理的设计，采用铜包铠滑板底面的结构设计。显然，碳素浸铜材料呈现出脆性，难以机加工，虽然自身耐磨性能好，但对接触线磨损大。1998 年 4 月 7 日，Le Carbone Lorraine 在美国申请了 US569223 法国 TGV 高速列车使用的带有润滑系统的受电弓设计。该专利描述了如何利用设计的油管在受电弓头内进行润滑，减少因突出的摩擦问题而增加运行维护工作量。但此润滑方式对环境的影响较大， 并且润滑的油污会影响到受电效果，影响列车提速。2002年8月19日，土屋宏志等人代表“铁道综合技术研究所”和“东洋碳素”申请 JP2004 - 78097《耐磨型碳素符合滑板材料》专利，该专利描述的滑板材料是采用粉末冶金生产方法制造的碳一铜复合材料，具有热传导系数20W/mK和热膨胀系数8X10 —6/K的物理特性。该滑板材料的发明是为适应日本新干线高速轮轨列车的受电电流增大(要求提高车速)，对滑板材料的耐热性能要求也相应地提高而进行的研究。1999年11月25，何大海博士等人申请了 PCT/AU99/01115 “用于输电的具有改进耐磨性能的低电阻率材料及制造方法”提出了 CGCM (Copper Graphite Composite Materials)发明，涉及到一种铜基石墨复合材料，适用于高速轮轨列车受电弓滑板材料。虽然该发明也具有铜与石墨复合，采用粉末冶金生产工艺，低电阻、自润滑、耐磨、电火花抵抗能力强等功能，但由于铜基晶粒过于粗大，材料硬度无法提高，从而影响到CGCM的自身耐磨性能的提高，无法满足磁浮列车的受流器工况。同济大学与上海磁浮交通发展有限公司共同开发的一项专利铜基石墨受电靴材料，以何大海博士的思路为指导，生产的材料各项性能均非常优异，但由于铜基较软，耐磨性能不足，需对其进行改进。在磁浮列车及高速铁路列车上使用的受电靴拥有良好的导电性能和摩擦性能，然而由于材料因素，自身的磨损值较高，造成材料的使用寿命不长，需要经常替换，对资源产生浪费。同时材料的损坏也是事故的诱发原因，必须予以高度重视。现有的铜基石墨受电靴材料由于耐磨性能的缺陷，不能完全满足生产使用要求。
发明内容
本发明的目的提供一种能用于磁浮列车受流器的受电靴材料，该材料具有良好的导电性能和摩擦性能，且耐磨性能好，能完全满足磁浮列车及高速铁路列车上使用的受电靴的要求。为了达到上述目的，本发明提出了一种新型粉末冶金材料，即以铜为基体，釉为主要添加物质的，高度耐磨的受电靴材料，该材料包含以下按重量百分数计的物质
铜90 94% ；
釉2 4% ；
石墨 2 6% ； 所述的釉为白釉。上述的铜釉石墨受电靴材料，其中，该材料包含以下按重量百分数计的物质 铜 94% ；
釉1 ；
石墨 4%。本发明还提供了一种上述的铜釉石墨受电靴材料的制备方法，该方法包含以下具体步骤
步骤1，混料将铜粉与釉粉末及石墨粉末放入金属粉末混料机，转速为34r/min，每隔 15min改变混料机的旋转方向，让材料充分混合；
步骤2，初压采用300MPa压力进行初压，保压5 10分钟；
步骤3，烧结采用阶梯升温方式0 40min，200°C ；40 80min，400°C ；80 170min， 700°C ；170 330min，920°C，烧结保护气氛为氢气，920度下保温3小时；
步骤4，冷却在冷却过程中，采用氢气与氮气混合炉内气氛保护，直到降温到200°C以
下；
步骤5，复压采用300MPa压力进行复压，保压5 10分钟。上述的铜釉石墨受电靴材料的制备方法，其中，所述的铜粉、釉粉及石墨粉的粒径范围为100目 400目。本发明还提供了一种所述的铜釉石墨受电靴材料用于制作磁浮列车的受流器受电靴滑块或轨道交通车辆受流器受电靴接触块的用途。本发明通过力学、电学理论分析、冶金组分优化设计和工艺探索，选择创新性的加入釉粉末使组织耐磨性提高，即以铜为基体，釉为主要添加物质的，高度耐磨的受电靴材料。本发明采用通用的粉末冶金生产方法(混粉一冷压一烧结一复压)，制备出组织均勻、 力学性能优异、耐磨性能显著提升的铜釉石墨粉末冶金复合材料。本发明所制得的复合材料的摩擦性能与目前磁浮列车或高速列车上使用的受电靴材料相比，有极大的提高，自身的磨损量可以控制在可忽略的程度下，同时导电性能也得到保障。本发明所开发研制的铜釉粉末冶金受电靴材料可以替代已有的受电靴材料，并且拥有更长的使用寿命，可广泛应用于磁浮列车或高速铁路列车。而且该复合材料的生产工艺便利，可进行组织流水线生产，市场前景看好。本发明所述的铜釉新型粉末冶金受电靴材料，以铜为基体材料，同时添加釉、石墨，配制出导电性能、摩擦性能、耐磨性能、硬度、强度都十分优良的材料。本发明所得产品很好的解决了传统受电靴材料耐磨性能差、自身磨损量大、必须经常更换等显著缺陷。同时，由于本发明很大程度的提高了材料的使用寿命，因此在很大程度上节约了天然铜资源， 因而十分契合当今可持续发展的理念。通过性能检测，本发明所制备铜釉粉末冶金受电靴材料的各项性能均达到研究目的。
图1为本发明的一种铜釉石墨受电靴材料的制备工艺流程图。
具体实施例方式为了便于理解本发明，特例举以下实施例，其作用应被理解为是对本发明的诠释而绝非对本发明的任何形式的限制。实施例广4
材料成分如表1所示
表1实施例广4中混粉用各种粉末质量分数QOO目)
权利要求
1.一种铜釉石墨受电靴材料，其特征在于，该材料包含以下按重量百分数计的物质铜90 94% ；釉2 4% ；石墨 2 6% ； 所述的釉为白釉。
2.如权利要求1所述的铜釉石墨受电靴材料，其特征在于，该材料包含以下按重量百分数计的物质铜94% ；釉1 ；石墨 4%。
3.根据权利要求1所述的铜釉石墨受电靴材料的制备方法，其特征在于，该方法包含以下具体步骤步骤1，混料将铜粉与釉粉末及石墨粉末放入金属粉末混料机，转速为34r/ min，每隔15min改变混料机的旋转方向，让材料充分混合；步骤2，初压采用300MPa压力进行初压，保压5 10分钟； 步骤3，烧结采用阶梯升温方式0 40min，200°C ；40 80min，400°C ；80 170min, 700°C ；170 330min，920°C，烧结保护气氛为氢气，920度下保温3小时；步骤4，冷却在冷却过程中，采用氢气与氮气混合炉内气氛保护，直到降温到200°C以下；步骤5，复压采用300MPa压力进行复压，保压5 10分钟。
4.如权利要求3所述的铜釉石墨受电靴材料的制备方法，其特征在于，所述的铜粉、 釉粉及石墨粉的粒径范围为100目 400目。
5.根据权利要求1所述的铜釉石墨受电靴材料用于制作磁浮列车的受流器受电靴滑块或轨道交通车辆受流器受电靴接触块的用途。
全文摘要
本发明公开了一种铜釉石墨受电靴材料及其制备方法和用途，该材料包含以下按重量百分数计的原料90~94%的铜、2~4%的釉及2~6%的石墨；所述的釉是指白釉。本发明提供的铜釉石墨受电靴材料的制备方法，生产工艺便利，可进行组织流水线生产，该方法制得的复合材料很好的解决了传统受电靴材料耐磨性能差、自身磨损量大、必须经常更换等显著缺陷。同时，由于本发明很大程度的提高了材料的使用寿命，因此在很大程度上节约了天然铜资源，因而十分契合当今可持续发展的理念。通过性能检测，本发明所制备铜釉粉末冶金受电靴材料的各项性能均达到研究目的。
文档编号C22C9/00GK102242290SQ20111017918
公开日2011年11月16日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者付沛, 何国求, 卜格非 申请人:上海磁浮交通发展有限公司, 上海磁浮交通工程技术研究中心