[发明专利]一种导电耐磨材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电耐磨材料，尤其涉及一种高石墨铜基粉末冶金滑板用导电耐磨材料，同时还涉及一种该材料的制备方法。

背景技术

随着工业的发展和技术的不断进步，载流摩擦配副的应用也日益广泛，如高速铁路系统(包括轻轨)、城市公共交通中的有轨和无轨电车的电力传输系统以及电机电刷等，这类材料不仅要求具有良好的耐磨性，还要求有优良的导电性能。由于电流的介入，配副的摩擦磨损性能将发生很大的变化，电流通过材料摩擦表面时会产生电阻热和电弧热，使表面温度升高，从而影响材料的摩擦学特性及表面形貌。滑动过程中尤其是在高速、大电流条件下摩擦副的表面会产生电弧，易造成严重的电弧侵蚀，因而对载流材料的磨损更为严重。石墨是一种良好的润滑材料，它能在摩擦表面形成一层润滑膜，使摩擦表面平整光滑，有利于减少材料的磨损，同时石墨叉具有一定的导电性能，因此将石墨加入到电力机车滑板用材料中有利于材料导电磨损性能的提高。铜基粉末冶金材料是目前电力机车常用的滑板材料之一，其含有石墨、二硫化钼等润滑剂，石墨的加入可降低滑板及导线的磨损率。现有的铜基粉末冶金滑板材料中有加入石墨，但石墨的含量较低，为1～3％，其在一定程度上提高了滑板材料的耐磨性，此种材料在高速、大电流条件下摩擦副的表面易产生电弧，会造成电弧侵蚀，对载流材料的磨损也较为严重。为了适应高速、大电流条件，现有滑板材料的耐磨性能还有待提高。另外，现有的滑板材料的导电性能也需要提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电耐磨材料，以保证在高速、大电流条件下，降低对载流材料的磨损。

同时，本发明的目的还在于提供一种该导电耐磨材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案采用了一种导电耐磨材料，由以下质量分数的成分制备而成：C5-15％，Sn2-6％，Pb1-3％，Ni1-3％，Fe5-8％，余量为Cu。

所述的导电耐磨材料由以下质量分数的成分制备而成：C10％，Sn3-5％，Pb1-3％，Ni1-3％，Fe5-7％，余量为Cu。

所述的C为平均粒径为300μm的鳞状石墨粉。

同时，本发明的技术方案还提供了一种该导电耐磨材料的制备方法，包括以下步骤：将石墨按质量分数5-15％与质量分数分别为2-6％锡粉、1-3％铅粉、1-3％镍粉和5-8％铁粉及电解铜粉混合，混合均匀后，将混制好的粉末材料装入模具中，在200-300MPa的压力下压制成所需形状的材料；将压制好的材料埋入装有石墨粉的容器内，在850-890℃的温度下烧结1-3h，然后冷却至室温。

所述的石墨为平均粒径为300μm的鳞状石墨粉。

所述锡粉、铅粉、镍粉、铁粉及电解铜粉的平均粒径均为75μm。

本发明的各成分中，石墨含量高，能够保证在高速、大电流条件下，大大减轻对载流材料的磨损；加入的强化合金元素锡粉、铅粉、镍粉、铁粉及电解铜粉，其中，铜中加锡形成的锡铜化合物，是良好的减摩材料，加锡粉可起到提高滑板耐蚀性、耐磨性和高温强度；铅可改善材料的摩擦性能；镍粉主要是增加材料的强度和硬度；Fe的加入既可抑制材料的高温转移，又可适当调节摩擦系数，保证实现良好的摩合性能。本发明材料的各成分配合使用，具有良好的导电性能和摩擦性能，可用作铁路弓网系统中的滑板以及电机中的碳刷等具有导电磨擦功能的摩擦副。与纯铜基粉末冶金材料相比较，本发明加入10％石墨的导电耐磨材料摩擦因数和磨损率均降低，耐磨性能明显提高，不同电流强度和滑动速度下摩擦因数的波动减小，摩擦因数稳定；另外，导电性能相当。

本发明的材料采用粉末冶金的方法制备，具体包括以下步骤：采用冷压烧结的方法制备本发明的导电耐磨材料，将平均粒径为300μm的鳞状石墨粉按质量分数10％加入到平均粒径均为75μm的电解铜粉及镍粉、铅粉、锡粉和铁粉中，在混粉机中混合均匀后，将混制好的粉末材料装入模具中，在DY电动液压制样机上用200-300MPa的载荷压制成所需形状的材料，将压制好的材料埋入装有石墨粉的容器内，装入电阻炉中，在870℃的温度下烧结2h，随炉冷却至室温，即得到本发明的导电耐磨材料。

附图说明

图1a为不同滑动速度下不含石墨的材料摩擦因数与电流的关系(30N)；

图1b为不同滑动速度下含10％石墨的材料摩擦因数与电流的关系(30N)；

图2a为不同滑动速度下不含石墨的材料摩擦率与电流的关系(30N)；

图2b为不同滑动速度下含10％石墨的材料摩擦率与电流的关系(30N)；

图3为不含石墨的材料磨损表面的SEM图；