[发明专利]一种电力机车受电弓滑板炭复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种电力机车受电弓滑板炭复合材料的制备方法。

背景技术

电力机车受电弓滑板按材料分类，主要有粉末冶金滑板和炭素滑板两大类。

粉末冶金滑板分为铁基和铜基两类。有较好的导电性，但对铜接触网导线的磨耗比较严重。

炭素滑板分为纯碳滑板和浸金属碳滑板。

浸金属碳滑板抗冲击强度差，此外由于其生产工艺复杂，设备要求高，难度大，成本高。浸金属碳滑板长度为250mm，通过5节才能拼接成1250mm整体式滑板，所以在与电路接触网导线运动摩擦受电时，其拼接逢隙影响导电和滑动摩擦。

纯碳本身就是很好的润滑剂，自润滑性能和减磨性能好，炭滑板对接触网导线磨损小，滑动时电磁噪声小，且耐高温，不易和接触网导线发生焊附现象。碳滑板在与铜接触网导线摩擦时可以在导线上形成一层碳膜，大大地改善了导线的磨耗状况。

纯碳滑板为了达到1250mm长度的整体式滑板，采用挤压工艺，生产出38×38×1250mm的坯料。由于目前电力机车行驶的特性和电路接触网导线的设计特性要求受电弓滑板为弧形滑板，而挤压工艺生产的坯料为直形，要加工成弧形滑板，有大量的加工工作量，增加生产成本，同时增加了出来加工余量的浪费。纯碳滑板机械强度低，耐冲击性差，运行中遇到导线硬质点容易造成滑板折断和破裂，使用寿命低，特别是在雨季和潮湿地区，易局部拉沟，常出现弓网事故。

现有挤压设备一段法成形工艺生产的1250mm长度的整体式滑板，存在一定的缺陷，材料密度低，有的有微裂纹，材料机械强度差，在电力机车受电弓上使用会存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是:解决上述现有技术存在的问题，而提供一种炭芯导电性能好、耐热、耐电弧、机械强度高、摩擦系数低、润滑性能和耐磨性能好、容易实现产业化、降低生产成本的电力机车受电弓滑板炭复合材料的制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种电力机车受电弓滑板炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：

根据材料的导电性能要求选择下述其中的一种配方：

配方一：（重量比）

鳞片石墨15—30%;针状石墨15—25%；石墨纤维0.5%--2.0%；高纯炭粉43—69.5%；鳞片石墨、针状石墨和高纯炭粉的粒度为180---250目；

配方二：（重量比）

鳞片石墨、针状石墨、石墨纤维、高纯炭粉之和60—85%；树枝状镍粉或铜粉40—15%；

上述四者之和的内部比例为：鳞片石墨15—30%；针状石墨15—25%；石墨纤维0.5%--2.0%；高纯炭粉43—69.5%；

步骤二：

采用研磨工艺处理上述配方一或者采用星行式混料工艺处理上述配方二：

研磨工艺：

采用现有通用的高效机械合金法研磨工艺，处理配方一，配方一中各种碳素材料具有不同的特性，该工艺方法有效地使不同特性的碳素材料结合在一起，形成各种优势特性的互补，满足电力机车受电弓滑板对炭芯材料的综合要求，研磨后粒度达180—250目；

星行式混料工艺：

为了强化导电性能和机械强度，采用配方二，加入树枝状导电镍粉，采用星行式混料机，星行式混料机是在一转盘上装有四个球磨罐，当转盘转动时，球磨罐中心轴作行星运动，罐中配球在高速运动中混合各种炭粉材料，使树枝状导电镍粉或铜粉与各性能炭素材料有机结合，镶嵌成牢固的结构；

步骤三：

采用模压—挤压—模压三段成型工艺，制备炭芯坯料：

一段模压，粉体预处理，工艺条件：常温，压力3--8 MPa；

    二段挤压，成型炭芯坯料，工艺条件：320吨挤压机，挤压温度200℃，其工艺特点，在挤压嘴出口装置设计成半径为15米弧度的挤压通道，挤压出的产品成型为弧形坯料；

    三段模压，坯料定型处理工艺，工艺条件：压力1--3 MPa，采用快速降温措施，最后定型为断面为27 mm×38 mm×1250mm，半径为15米，弦长1250mm的弧形坯料制品；

步骤四：

模压—挤压—模压三段成型工艺制备的弧形坯料制品，再经过焙烧--浸渍工艺；焙烧工艺条件：温度，1250℃；时间，258---328小时；浸渍工艺条件：压力，0.5--2 MPa；温度，180--220℃。

本发明方法制备的符合电力机车受电弓滑板综合条件的弧形炭芯产品技术性能优良，经权威机构检测，其性能指标如下：