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新型受电弓滑板材料的制备及性能研究

刘雪娜  
【摘要】: 铜/石墨自润滑金属基复合材料是一种重要的新型功能材料。由于它既具有金属较高的导电、导热性,又具有石墨较好的耐磨、润滑性,同时具有较高的机械强度和良好的防咬合性能,可作为各种轴承和滑动部件的新材料和导电材料,而被广泛应用于电刷、电触头,尤其是受电弓滑板的材料。 石墨与铜之间互相不润湿,即使在1100℃时其润湿角也高达140°,加上两者之间的密度之差,石墨很难分散于铜中,因此在制备铜/石墨复合材料时很容易产生偏析,二得不到成分均匀、性能优良的材料。传统的制备铜/石墨金属基复合材料的方法,由于只是铜/石墨两者之间机械的混合,从而界面结合强度低,使这种复合材料的诸多性能不能很好的发挥。本课题就是在这种情况下对制备工艺进行改进,首先在石墨粉表面镀铜,再与铜粉复合成石墨-金属基复合材料。这样界面由原来的石墨与金属接触变成金属与金属接触,改善了石墨和铜之间的润湿性,增强了界面结合力。 本课题采用了单因素实验分别研究了硫酸铜浓度、冰乙酸浓度、反应温度和反应时间对石墨粉镀铜的影响,并对其中影响较大的硫酸铜浓度和反应温度进行了正交实验,从而得到最佳的石墨粉镀铜工艺条件:硫酸铜浓度为60g/L,冰乙酸浓度为16ml/L, Zn粉加入量15g/L,反应温度为35℃,反应时间为40min。在此工艺条件下得到的镀铜石墨粉,镀层均匀紧密。 在以硫酸铜为主盐,锌粉为还原剂的石墨粉化学镀铜的基础上,本课题又着重研究了试样制备工艺条件对复合材料性能的影响。重点讨论了石墨粉粒度、镀铜石墨粉百分含量、冷压压力以及烧结温度对材料性能的影响。结果表明,在石墨粉粒度为61-76μm、镀铜石墨粉含量为15%、冷压压强为250-300MPa、烧结温度850-900℃下保温5h的工艺条件下制备的复合材料的性能较好。采用本文的制备工艺,得到的铜/石墨自润滑金属基复合材料硬度为52-58HB、电导率为3.163×107S/m、冲击韧性为3.43J·cm-2。与现有的浸金属碳滑板相比,导电性有了极大的提高。 磨损是制约着受电弓滑板性能与寿命的重要因素。本文模拟滑板实际工作条件对优化条件下得到的材料样品进行了磨损检测,并测得在滑板实际工作压强0.70MPa下,该试样的摩擦系数为0.08。


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