一种以镀铜Ti₃AlC₂增强受电弓滑板材料的制备方法

专利名称：一种以镀铜Ti₃AlC₂增强受电弓滑板材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及金属功能材料技术领域，具体涉及一种以镀铜Ti3AlC2增强受电弓滑板材料的制备方法。
背景技术：
高速铁路是我国重点发展的一种新型有轨交通系统，该系统为电力驱使系统，最高时速可达350km/h以上,具有运输能力大、速度快、安全性能好、能源消耗低、污染轻等优点，有不可取代的优越性。高速列车的发展对其关键部件一受电弓滑块，提出了较高的性能要求，如高导电、高耐磨、耐冲击。目前关于这种部件的制备、结构和性能尚缺乏系统深入的研究，现有的滑块材料在实际使用中都存在诸多问题，目前我国实际应用的滑块材料大多采用进口产品。铜-石墨-MoS2是典型的滑动电接触材料，广泛用于电机的固定部件和旋转部件(换向器或集电环)之间传导电流。但铜-石墨-MoS2存在MoS2的电阻率高、导电性能差，石墨、MoS2较软，电接触材料的承载能力和耐磨性差等问题。滑动电接触材料在大电流、 高速情况下使用时，会产生电火花，使温度升高，吸附在表面的水分挥发，破坏了表面膜的完整性，造成磨粒磨损。
Ti3AlC2具有良好的电导率，较低的密度，它们既有与金属相似的良好的导热、导电性，相对柔软、可塑性好以及优越的可加工性，又有与陶瓷材料相近的物理化学性能，低密度、高熔点、抗氧化、高热稳定及耐磨性能。更有意义的是它有比传统的固体润滑剂石墨、二硫化钥更低的摩擦系数和良好的自润滑性能。所以，Ti3AlC2的优良性能使其成为最佳的颗粒增强相，并有良好的应用前景，尤其是运用在电接触材料上。周延春等研究Ti3SiC2弥散增强Cu基材料时表明，Cu/Ti3AlC2复合材料强度大幅度提高，且有更低的摩擦系数，是一种潜在的电接触滑板材料。但这种材料由于制造工艺及硬度的影响，限制了其进一步的市场开发。在材料中引入高强的陶瓷二次相增强金属基复合材料是一种常用的方法。
NbSe2具有和MoS2类似的晶体结构和摩擦特性，而电阻率仅为I X 10_4 Ω cm,比 MoS2低6个数量级，比石墨低I个数量级。用片状NbSe2-Ag制备的复合材料已成功应用在航天飞机的导电滑环上，而NbSe2纳米纤维既有减摩耐磨的作用，又可以提高复合材料的力学性能。目前国内外研究者已有利用纳米级NbSe2增强Cu基复合材料的研究。发明内容
发明目的针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种以镀铜 Ti3AlC2增强受电弓滑板材料的制备方法，制备出强度高，导电性强，抗摩擦的受电弓滑板材料。
技术方案为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下一种以镀铜Ti3AlC2增强受电弓滑板材料的制备方法，包括取镀铜的Ti3AlC2, NbSe2和 Cu粉，混合均匀后，采用冷压烧结法，初始压力是lOOMPa，保压时间为l(T20min，在氩气保护下70(T90(TC烧结，保温O. 5^1h,随炉冷却至室温，然后在200MPa压力下进行复压，保压时间为l(T20min，然后再在70(T90(TC烧结，保温I 2h ;其中，NbSe2Ji3AlC2与Cu的添加量为I 9% Γ9% :90 98% (按质量百分数计)。
NbSe2, Ti3AlC2 与 Cu 的添加量，优选为 I 6% Γ4% :90%。
采用冷压烧结法，初始压力是lOOMPa，复压压力为200MPa，保压时间均为15min。
烧结受电弓滑板材料的初烧保温时间为lh，复烧保温时间为2h。
镀铜的Ti3AlC2由以下方法制备将Ti3AlC2颗粒进行去油和粗化后放在化学镀液中进行磁力搅拌，水浴温度为55飞0°C，pH值为12. 5 13，施镀O. 5 2h，即可。
镀液成分为:10g/L硫酸铜，32g/L乙二胺四乙酸二钠，O. 05g/L 2，2，一联嘧啶， 10g/L氢氧化钠，15mL/L 36%体积浓度甲醛。
有益效果与现有技术相比，本发明具有的主要优点包括对Ti3AlC2进行表面镀铜以改善颗粒和基体之间的浸润性，提高界面强度，将镀铜的Ti3AlC2与NbSe2增强铜基来制备新型的受电弓滑板材料，大大改善了受电弓材料的摩擦性能，抗弯强度，硬度，尤其是导电性能，并且该方法能够快速合成和操作方便的制备该材料。具有很好的实用性和经济性。


图I是实施例4镀铜Ti3AlC2和NbSe2按不同配比配制的铜基复合材料的线速度-摩擦系数的曲线图；图2是实施例4镀铜Ti3AlC2和NbSe2按不同配比配制的铜基复合材料的载荷-摩擦系数的曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例I方法I :对Ti3AlC2进行化学镀铜，将Ti3AlC2颗粒进行去油和粗化后放在化学镀液中进行磁力搅拌，镀液成分为硫酸铜(10g/L)，乙二胺四乙酸二钠(32g/L)，2，2’ 一联嘧啶(O. 05g/L )，氢氧化钠(10g/L )，36%体积浓度甲醛(15mL/L )，水浴温度为60°C，pH值为12. 5，施镀2h，将镀铜Ti3AlC2, NbSe2和Cu粉混合均匀三种成分质量比为m (NbSe2) m (Ti3AlC2) m (Cu) = ( Γ6%) ( Γ4%) : (90 100%)，进行压片初始压力是 lOOMPa，保压时间为lOmin，在氩气保护下700°C烧结，保温lh，随炉冷却至室温，然后在200MPa压力下进行复压，保压时间均为15min，再在800°C烧结，保温2h。
方法2 :同方法I，施镀时间为Ih。
对比方法I和2，当施镀时间为2h制备的受电弓滑板材料润滑性比Ih的好，故以下实施例选用施镀时间为2h。
实施例2对Ti3AlC2进行化学镀铜，将Ti3AlC2颗粒进行去油和粗化后放在化学镀液中进行磁力搅拌，镀液成分为硫酸铜(10g/L),乙二胺四乙酸二钠(32g/L)，2，2，一联嘧啶(0. 05g/L), 氢氧化钠(10g/L)，36%体积浓度甲醛(15mL/L)，水浴温度调节为60°C，pH值为12. 5，施镀2h，将镀铜Ti3AlC2, NbSe2和Cu粉混合均匀三种成分质量比为m (NbSe2) m (Ti3AlC2) m (Cu) = (x%) :(10-x%) :(90%)，进行压片初始压力是lOOMPa，保压时间为lOmin，在氩气保护下70(TC烧结，保温lh，随炉冷却至室温，然后在200MPa压力下进行复压，保压时间均为 15min,再在700°C烧结,保温2h。变化m (NbSe2)的配比x (I 9),通过对不同配比的样品进行抗弯强度和摩擦实验和电阻率测试。结果如图I和图2所示，图I为镀铜Ti3AlC2和 NbSe2按不同配比配制的铜基复合材料的线速度-摩擦系数的曲线，图2为实施例4 Ti3AlC2 和NbSe2按不同配比配制的铜基复合材料的抗弯强度。Af A7分别Ti3AlC2占质量百分比例为1%、2%、4%、5%、6%、8%、9%，当m (NbSe2)m (Ti3AlC2) =6 :4进行配制时，可以得到最佳的综合性能。
权利要求
1.一种以镀铜Ti3Aic2增强受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于，包括取镀铜的Ti3AlC2, NbSe2和Cu粉，混合均匀后，采用冷压烧结法，初始压力是lOOMPa，保压时间为 l(T20min，在氩气保护下70(T90(TC烧结，保温O. 5 lh，随炉冷却至室温，然后在200MPa压力下进行复压，保压时间为l(T20min，然后再在70(T90(TC烧结，保温I 2h ;其中，NbSe2、 Ti3AlC2与Cu的添加量按质量百分数计分别为I 9% Γ9% :90 98%。
2.根据权利要求I所述的以镀铜Ti3AlC2增强受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于=NbSe2, Ti3AlC2 与 Cu 的添加量分别为 Γ6% Γ4% :90%。
3.根据权利要求I所述的以镀铜Ti3AlC2增强受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于采用冷压烧结法，初始压力是lOOMPa，复压压力为200MPa，保压时间均为15min。
4.根据权利要求I所述的以镀铜Ti3AlC2增强受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于镀铜的Ti3AlC2由以下方法制备将Ti3AlC2颗粒进行去油和粗化后放在化学镀液中进行磁力搅拌，水浴温度为55飞0°C，pH值为12. 5 13，施镀O. 5^2h,即可。
5.根据权利要求4所述的以镀铜Ti3AlC2增强受电弓滑板材料的制备方法，其特征在于镀液成分为10g/L硫酸铜，32g/L乙二胺四乙酸二钠，0.05g/L 2，2’ 一联嘧啶，10g/L 氢氧化钠，15mL/L 36%体积浓度甲醒。
6.根据权利要求I所述的制备以镀铜Ti3AlC2增强受电弓滑板材料的方法，其特征在于烧结受电弓滑板材料的初烧保温时间为lh，复烧保温时间为2h。
全文摘要
本发明公开了一种以镀铜Ti3AlC2增强受电弓滑板材料的制备方法，包括取镀铜的Ti3AlC2，NbSe2和Cu粉，混合均匀后，采用冷压烧结法，初始压力是100MPa，保压时间为10~20min，在氩气保护下700~900℃烧结，保温0.5~1h，随炉冷却至室温，然后在200MPa压力下进行复压，保压时间为10~20min，然后再在700~900℃烧结，保温1~2h；其中，NbSe2、Ti3AlC2与Cu的添加量分别为1~9%1~9%90~98%。本发明对Ti3AlC2进行表面镀铜以改善颗粒和基体之间的浸润性，提高界面强度，将镀铜的Ti3AlC2与NbSe2增强铜基来制备新型的受电弓滑板材料，大大改善了受电弓材料的摩擦性能，抗弯强度，硬度，尤其是导电性能，并且该方法能够快速合成和操作方便的制备该材料。
文档编号C22C9/00GK102925740SQ20121044316
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者李长生, 唐华, 常方圆, 范有志, 钱周 申请人:镇江中孚复合材料有限公司