一种单轨车辆用粉末冶金滑板及其加工方法与流程

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种单轨车辆用粉末冶金滑板及其加工方法。

背景技术：

接触网系统是机车系统的重要组成部分，良好的载流性能是提高列车运行速度的关键因素。滑板与接触网导线直接接触来获得电流，为机车供应电力。在接触网一定的前提下，滑板应满足以下性能要求：良好的导电性、抑制离线电弧的产生和抗电弧烧伤性、良好的减摩耐磨性能、足够的强度、环境适应性强等。

目前已有的粉末冶金滑板对接触网导线的磨耗十分严重，自润滑性能、导电性能以及耐磨损性能较低，市场急需一种强度高、抗冲击性好、有较好的导电性、耐电弧以及较低的固有电阻、耐热性高、热传导性良好、耐磨性和减摩性好、自润滑性好、电腐蚀性好、使用寿命较长的粉末冶金滑板。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种单轨车辆用粉末冶金滑板及其加工方法，目的在于克服已有粉末冶金滑板对接触网导线磨耗大的缺陷，提高粉末冶金滑板的自润滑性能、导电性能以及耐磨损性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种单轨车辆用粉末冶金滑板，包括以下重量份原料：

铜粉60～85份、钨粉3～8份、铁粉1～5份、石墨7～15份、碳化钛1～5份、镍粉1～3份、氧化锆1～3份；即按质量百分比计算，铜粉占60～85％、钨粉占3～8％、铁粉占1～5％、石墨占7～15％、碳化钛1～5占％、镍粉占1～3％、氧化锆占1～3％。

优选的，所述单轨车辆用粉末冶金滑板包括以下重量份原料：

铜粉68份、钨粉3份、铁粉3份、石墨15份、碳化钛5份、镍粉3份、氧化锆3份；即按质量百分比计算，铜粉占68％、钨粉占3％、铁粉占3％、石墨占15％、碳化钛占5％、镍粉占3％、氧化锆占3％。

优选的，所述单轨车辆用粉末冶金滑板原料中，各组元规格如下：

铜粉：纯度≥99.5％，粒度20～75μm，微观形状为树枝状；

钨粉：纯度≥99％，粒度38～45μm，微观形状为深灰色粉剂；

铁粉：纯度≥98％，粒度20～75μm，微观形状为海绵状；

石墨：纯度≥92％，粒度20～40μm，微观形状为颗粒状；

碳化钛：纯度≥99.5％，粒度31～45μm，微观形状为浅灰色粉剂；

镍粉：纯度≥99.5％，粒度20～63μm，微观形状为球状；

氧化锆：纯度≥97％，粒度20～52μm，微观形状为白色粉剂。

进一步地，所述单轨车辆用粉末冶金滑板原料中，各组元规格如下：

铜粉：纯度99.8％，粒度35μm，微观形状为树枝状；

钨粉：纯度99.3％，粒度45μm，微观形状为深灰色粉剂；

铁粉：纯度98％，粒度20μm，微观形状为海绵状；

石墨：纯度93.8％，粒度23μm，微观形状为颗粒状；

碳化钛：纯度99.5％，粒度36μm，微观形状为浅灰色粉剂；

镍粉：纯度99.9％，粒度63μm，微观形状为球状；

氧化锆：纯度97.9％，粒度37μm，微观形状为白色粉剂。

一种单轨车辆用粉末冶金滑板的加工方法，包括以下步骤：

a、原材料预处理：分别取铜粉和铁粉，于不同温度下进行还原处理，再分别于密闭环境下，在氨分解气体环境中保温3小时后冷至室温，按各组元的粒度标准过筛，取筛下部分干燥贮存备用；所述氨分解气体中，氮气的体积分数为73％，氢气的体积分数为25％，其余为氨气和其他气体；所述保温温度分别为铁粉和铜粉相应的还原温度；

分别取石墨、钨粉、碳化钛、镍粉、氧化锆，分别经1～3h的球磨处理，按各组元的粒度标准过筛；分别取筛下部分于150～200℃的烘干温度下烘至含水量均≤3％，分别保温3小时后随炉冷却，冷却至20～60℃时恒温静置；

b、称料：按重量份计，分别称取各组元，干燥密封保存备用；

c、混料：取上述称取的各组元，放入v型混料机中混料均匀，混料转速为30～60r/min，混料时间为6～12h；

d、压坯：取上述混料结束的均匀混合料，称料，倒入压制模具中，于500～800mpa的压制压力下，制成压坯；

e、预烧结：取上述压坯过程制得的压坯，按层叠放，每层压坯之间用石墨盘隔开，送入加压烧结炉中进行预烧结，制得粉末冶金滑板毛坯；

f、复压：取上述预烧结结束的粉末冶金滑板毛坯，再于500～800mpa的压力下进行复压，制得半成品粉末冶金滑板；

g、复烧：取上述复压结束的半成品粉末冶金滑板，按层叠放，每层粉末冶金滑板之间用石墨盘隔开，在加压烧结炉中进行复烧，制得粗品粉末冶金滑板；

h、机加整形：取上述复烧结束的粗品粉末冶金滑板，进行机加整形，刮平去粗，质检合格后包装密封。

优选的，所述铜粉的还原温度为400～450℃，铁粉的还原温度为600～700℃。

优选的，所述预烧结方法如下：

在氨分解气体保护下，以8～15℃/min的升温速度从室温升到400℃，保温20～30min；再以5～8℃/min的升温速度从400℃升到650±50℃，保温180～240min；保温结束后随炉冷却至温度≤60℃，取出粉末冶金滑板毛坯；所述按分解气体中，氮气的体积分数为81～89％，氢气的体积分数为9～17％，其余为氨气和其他气体。

优选的，所述复烧方法如下：

在氨分解气体保护下，以8～15℃/min的升温速度从室温升到600℃，保温20～30min；再以5～8℃/min的升温速度从600℃升到850±50℃，保温240～360min；保温结束后随炉冷却至温度≤60℃，取出粗品粉末冶金滑板；所述按分解气体中，氮气的体积分数为85～91％，氢气的体积分数为7～13％，其余为氨气和其他气体。

优选的，所述铁粉和铜粉还原反应结束后，还可分别烘至含水量均≤5％，并分别研磨制目标粒度。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明以铜粉、钨粉为基体制备铜钨系材料，通过加入铁粉、镍粉等强化组元，从而对基体进行强化；通过加入石墨等润滑组元，从而增加粉末冶金滑板磨损过程中表面的光滑度；通过加入碳化钛、氧化锆等组元，减少使用过程中，粉末冶金滑板抗电弧烧蚀能力；

同时，本发明在研制出合理有效的粉末冶金滑板的原料基础上，结合特殊的粉末冶金滑板制造工艺，将加工出的粉末冶金滑板与相应的润滑脂配套使用，粉末冶金滑板自身以及接触网导线的磨损量都远小于tb/t1842.1中的要求，有效增加了粉末冶金滑板以及接触网导线的寿命，减少更换频率，节约成本，节约资源。

附图说明

图1是本发明提供的单轨车辆用粉末冶金滑板的加工工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步作详细的说明，但本发明提供的技术方案不仅包括实施例中展现的内容。

实施例1

本实施例提供了一种型号的单轨车辆用粉末冶金滑板及其加工方法，具体过程如下：

按质量百分比计算，本实施例提供的单轨车辆用粉末冶金滑板的原料组元中，铜粉占68％、钨粉占3％、铁粉占3％、石墨占15％、碳化钛占5％、镍粉占3％、氧化锆占3％；

各组元规格如下：

铜粉：纯度99.8％，粒度35μm，微观形状为树枝状；

钨粉：纯度99.3％，粒度45μm，微观形状为深灰色粉剂；

铁粉：纯度98％，粒度20μm，微观形状为海绵状；

石墨：纯度93.8％，粒度23μm，微观形状为颗粒状；

碳化钛：纯度99.5％，粒度36μm，微观形状为浅灰色粉剂；

镍粉：纯度99.9％，粒度63μm，微观形状为球状；

氧化锆：纯度97.9％，粒度37μm，微观形状为白色粉剂。

本实施例提供的单轨车辆用粉末冶金滑板的加工方法如下：

a、原材料预处理：分别取铜粉和铁粉，于不同温度下进行还原处理，再分别于密闭环境下，在氨分解气体环境中保温3小时后冷至室温，按各组元的粒度标准过筛，取筛下部分干燥贮存备用；所述氨分解气体中，氮气的体积分数为73％，氢气的体积分数为25％，其余为氨气和其他气体；所述保温温度分别为铁粉和铜粉相应的还原温度；所述铜粉的还原温度为400℃，铁粉的还原温度为600℃；

分别取石墨、钨粉、碳化钛、镍粉、氧化锆，分别经1h的球磨处理，即每种组元都研磨1h；按各组元的粒度标准过筛，其中所述铜粉粒度35μm，钨粉粒度45μm，铁粉粒度20μm，石墨粒度23μm，碳化钛粒度36μm，镍粉粒度63μm，氧化锆粒度37μm；分别取筛下部分于150℃的烘干温度下烘至含水量均为3％，分别保温3小时后随炉冷却，冷却至20℃时恒温静置；

b、称料：按重量份计，分别称取各组元，干燥密封保存备用；

c、混料：取上述称取的各组元，放入v型混料机中混料均匀，混料转速为60r/min，混料时间为6h；

d、压坯：取上述混料结束的均匀混合料，称料，利用液压机及特定模具，称取一定量的混合料倒入模具中，表面刮平，并于500mpa的压制压力下，制成压坯；

e、预烧结：取上述压坯过程制得的压坯，按层叠放，每层压坯之间用石墨盘隔开，送入钟罩式加压烧结炉中进行预烧结，制得粉末冶金滑板毛坯；所述预烧结方法为：在氨分解气体保护下，以8℃/min的升温速度从室温升到400℃，保温20min；再以5℃/min的升温速度从400℃升到600℃，保温240min；保温结束后随炉冷却至温度为60℃，取出粉末冶金滑板毛坯；所述按分解气体中，氮气的体积分数为81％，氢气的体积分数为17％，其余为氨气和其他气体；

f、复压：取上述预烧结结束的粉末冶金滑板毛坯，再于500mpa的压力下进行复压，制得半成品粉末冶金滑板；

g、复烧：取上述复压结束的半成品粉末冶金滑板，按层叠放，每层粉末冶金滑板之间用石墨盘隔开，在钟罩式加压烧结炉中进行复烧，制得粗品粉末冶金滑板；所述复烧方法为：在氨分解气体保护下，以15℃/min的升温速度从室温升到600℃，保温30min；再以8℃/min的升温速度从600℃升到800℃，保温360min；保温结束后随炉冷却至温度为60℃，取出粗品粉末冶金滑板；所述按分解气体中，氮气的体积分数为91％，氢气的体积分数为7％，其余为氨气和其他气体；

h、机加整形：取上述复烧结束的粗品粉末冶金滑板，根据图纸要求对其进行机加整形，刮平去粗，质检合格，即得成品单轨车辆用粉末冶金滑板，包装密封，干燥贮存。

在本实施例中，随机抽取一件成品单轨车辆用粉末冶金滑板，对其进行各项性能测试，测试结果如表1所示：

表1

实施例2

本实施例提供了一种型号的单轨车辆用粉末冶金滑板及其加工方法，具体过程如下：

按质量百分比计算，本实施例提供的单轨车辆用粉末冶金滑板的原料组元中，铜粉占80％、钨粉占8％、铁粉占1％、石墨占7％、碳化钛占1％、镍粉占1％、氧化锆占2％；

各组元规格如下：

铜粉：纯度99.5％，粒度75μm，微观形状为树枝状；

钨粉：纯度99％，粒度45μm，微观形状为深灰色粉剂；

铁粉：纯度98％，粒度75μm，微观形状为海绵状；

石墨：纯度92％，粒度20μm，微观形状为颗粒状；

碳化钛：纯度99.5％，粒度31μm，微观形状为浅灰色粉剂；

镍粉：纯度99.5％，粒度63μm，微观形状为球状；

氧化锆：纯度97％，粒度20μm，微观形状为白色粉剂。

本实施例提供的单轨车辆用粉末冶金滑板的加工方法如下：

a、原材料预处理：分别取铜粉和铁粉，于不同温度下进行还原处理，再分别于密闭环境下，在氨分解气体环境中保温3小时后冷至室温，按各组元的粒度标准过筛，取筛下部分干燥贮存备用；所述氨分解气体中，氮气的体积分数为73％，氢气的体积分数为25％，其余为氨气和其他气体；所述保温温度分别为铁粉和铜粉相应的还原温度；所述铜粉的还原温度为450℃，铁粉的还原温度为700℃；

分别取石墨、钨粉、碳化钛、镍粉、氧化锆，分别经1～3h的球磨处理，按各组元的粒度标准过筛，其中所述铜粉粒度75μm，钨粉粒度45μm，铁粉粒度75μm，石墨粒度20μm，碳化钛粒度31μm，镍粉粒度63μm，氧化锆粒度20μm；分别取筛下部分于200℃的烘干温度下烘至含水量均为1％，分别保温3小时后随炉冷却，冷却至60℃时恒温静置；

b、称料：按重量份计，分别称取各组元，干燥密封保存备用；

c、混料：取上述称取的各组元，放入v型混料机中混料均匀，混料转速为30r/min，混料时间为12h；

d、压坯：取上述混料结束的均匀混合料，称料，利用液压机及特定模具，称取一定量的混合料倒入模具中，表面刮平，并于800mpa的压制压力下，制成压坯；

e、预烧结：取上述压坯过程制得的压坯，按层叠放，每层压坯之间用石墨盘隔开，送入钟罩式加压烧结炉中进行预烧结，制得粉末冶金滑板毛坯；所述预烧结方法为：在氨分解气体保护下，以15℃/min的升温速度从室温升到400℃，保温30min；再以8℃/min的升温速度从400℃升到700℃，保温240min；保温结束后随炉冷却至温度为35℃，取出粉末冶金滑板毛坯；所述按分解气体中，氮气的体积分数为89％，氢气的体积分数为9％，其余为氨气和其他气体；

f、复压：取上述预烧结结束的粉末冶金滑板毛坯，再于500mpa的压力下进行复压，制得半成品粉末冶金滑板；

g、复烧：取上述复压结束的半成品粉末冶金滑板，按层叠放，每层粉末冶金滑板之间用石墨盘隔开，在钟罩式加压烧结炉中进行复烧，制得粗品粉末冶金滑板；所述复烧方法为：在氨分解气体保护下，以8℃/min的升温速度从室温升到600℃，保温20min；再以5～8℃/min的升温速度从600℃升到900℃，保温240min；保温结束后随炉冷却至温度为40℃，取出粗品粉末冶金滑板；所述按分解气体中，氮气的体积分数为85％，氢气的体积分数为13％，其余为氨气和其他气体；

h、机加整形：取上述复烧结束的粗品粉末冶金滑板，根据图纸要求对其进行机加整形，刮平去粗，质检合格，即得成品单轨车辆用粉末冶金滑板，包装密封，干燥贮存。

在本实施例中，随机抽取一件成品单轨车辆用粉末冶金滑板，对其进行各项性能测试，测试结果如表2所示：

表2

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。