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1、(10)申请公布号 CN 102242290 A (43)申请公布日 2011.11.16 CN 102242290 A *CN102242290A* (21)申请号 201110179187.2 (22)申请日 2011.06.29 C22C 9/00(2006.01) C22C 1/05(2006.01) B60L 5/04(2006.01) (71)申请人 上海磁浮交通发展有限公司 地址 201204 上海市浦东新区龙阳路 2520 号 申请人 上海磁浮交通工程技术研究中心 (72)发明人 卜格非 何国求 付沛 (74)专利代理机构 上海信好专利代理事务所 ( 普通合伙 ) 31249 。
2、代理人 张静洁 徐雯琼 (54) 发明名称 一种铜釉石墨受电靴材料及其制备方法和用 途 (57) 摘要 本发明公开了一种铜釉石墨受电靴材料及其 制备方法和用途， 该材料包含以下按重量百分数 计的原料 ： 9094% 的铜、 24% 的釉及 26% 的石 墨 ； 所述的釉是指白釉。本发明提供的铜釉石墨 受电靴材料的制备方法， 生产工艺便利， 可进行组 织流水线生产， 该方法制得的复合材料很好的解 决了传统受电靴材料耐磨性能差、 自身磨损量大、 必须经常更换等显著缺陷。 同时， 由于本发明很大 程度的提高了材料的使用寿命， 因此在很大程度 上节约了天然铜资源， 因而十分契合当今可持续 发展的理念。。
3、 通过性能检测， 本发明所制备铜釉粉 末冶金受电靴材料的各项性能均达到研究目的。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 102242295 A1/1 页 2 1. 一种铜釉石墨受电靴材料， 其特征在于， 该材料包含以下按重量百分数计的物质 ： 铜 9094% ； 釉 24% ； 石墨 26% ； 所述的釉为白釉。 2. 如权利要求 1 所述的铜釉石墨受电靴材料， 其特征在于， 该材料包含以下按重量百 分数计的物质 ： 铜 94% ； 釉 2% ； 石墨 4%。 3. 根据权利要求 1 所述的铜。
4、釉石墨受电靴材料的制备方法， 其特征在于， 该方法包含 以下具体步骤 ： 步骤 1， 混料 ： 将铜粉与釉粉末及石墨粉末放入金属粉末混料机， 转速为 34r/ min， 每隔 15min 改变混料机的旋转方向， 让材料充分混合 ； 步骤 2， 初压 ： 采用 300MPa 压力进行初压， 保压 5 10 分钟 ； 步骤 3， 烧结 ： 采用阶梯升温方式 0 40min， 200 ； 40 80min， 400 ； 80 170min， 700 ； 170 330min， 920， 烧结保护气氛为氢气， 920 度下保温 3 小时 ； 步骤 4， 冷却 ： 在冷却过程中， 采用氢气与氮气混合炉内。
5、气氛保护， 直到降温到 200以 下 ； 步骤 5， 复压 ： 采用 300MPa 压力进行复压， 保压 5 10 分钟。 4. 如权利要求 3 所述的铜釉石墨受电靴材料的制备方法， 其特征在于， 所述的铜粉、 釉粉及石墨粉的粒径范围为 100 目 400 目。 5. 根据权利要求 1 所述的铜釉石墨受电靴材料用于制作磁浮列车的受流器受电靴滑 块或轨道交通车辆受流器受电靴接触块的用途。 权 利 要 求 书 CN 102242290 A CN 102242295 A1/4 页 3 一种铜釉石墨受电靴材料及其制备方法和用途 技术领域 0001 本发明涉及一种新型受电靴材料， 具体涉及一种铜釉石墨受。
6、电靴材料及其制备工 艺， 主要用于磁浮交通以及高速铁路领域。 背景技术 0002 磁浮交通是一种新型的有轨交通系统， 由于依靠电磁力实现无接触运行的技术特 点， 被认为是当今世界唯一能够安全可靠地以400500km*h-1的速度运营的地面大容量客 运交通工具， 并且能耗低、 环境影响小， 具有不可取代的优越性。磁浮列车的发展对其关键 部件受流器受电靴滑块， 提出了较高的性能要求， 要求低电阻、 自润滑 （耐磨） 、 耐高热、 耐 冲击， 并且针对其更换频繁， 使用率高的特点， 该材料同时必须具有简单的加工工艺和较低 廉的成本， 因此铜基粉末冶金材料将是合适的选择。 0003 目前专门用于磁浮列。
7、车受流器受电靴滑块的铜基粉末冶金材料未见相关报道， 相 关的铜基粉末冶金材料主要有高速轮轨列车用铜基粉末冶金多孔摩擦材料和铜基受电弓 滑板材料， 但上材料均不能满足磁浮列车受流器受电靴滑块的性能要求。 0004 1998 年 6 月 8 日， 小林英勇申请了 JP11 75301受电弓滑板结构设计 专利， 对 碳素烧结后浸铜产品的结构进行了合理的设计， 采用铜包铠滑板底面的结构设计。 显然， 碳 素浸铜材料呈现出脆性， 难以机加工， 虽然自身耐磨性能好， 但对接触线磨损大。 0005 1998 年 4 月 7 日， Le Carbone Lorraine 在美国申请了 US569223 法国 。
8、TGV 高速列 车使用的带有润滑系统的受电弓设计。 该专利描述了如何利用设计的油管在受电弓头内进 行润滑， 减少因突出的摩擦问题而增加运行维护工作量。 但此润滑方式对环境的影响较大， 并且润滑的油污会影响到受电效果， 影响列车提速。 0006 2002 年 8 月 19 日， 土屋宏志等人代表 “铁道综合技术研究所” 和 “东洋碳素” 申请 JP2004 78097耐磨型碳素符合滑板材料 专利， 该专利描述的滑板材料是采用粉末冶金 生产方法制造的碳铜复合材料， 具有热传导系数 20W/mK 和热膨胀系数 810 6/K 的物 理特性。该滑板材料的发明是为适应日本新干线高速轮轨列车的受电电流增大。
9、 （要求提高 车速） ， 对滑板材料的耐热性能要求也相应地提高而进行的研究。 0007 1999 年 11 月 25， 何大海博士等人申请了 PCT/AU99/01115“用于输电的具有 改进耐磨性能的低电阻率材料及制造方法” 提出了 CGCM（Copper Graphite Composite Materials） 发明， 涉及到一种铜基石墨复合材料， 适用于高速轮轨列车受电弓滑板材料。 虽 然该发明也具有铜与石墨复合， 采用粉末冶金生产工艺， 低电阻、 自润滑、 耐磨、 电火花抵抗 能力强等功能， 但由于铜基晶粒过于粗大， 材料硬度无法提高， 从而影响到 CGCM 的自身耐 磨性能的提高，。
10、 无法满足磁浮列车的受流器工况。 0008 同济大学与上海磁浮交通发展有限公司共同开发的一项专利铜基石墨受电靴材 料， 以何大海博士的思路为指导， 生产的材料各项性能均非常优异， 但由于铜基较软， 耐磨 性能不足， 需对其进行改进。 0009 在磁浮列车及高速铁路列车上使用的受电靴拥有良好的导电性能和摩擦性能， 然 说 明 书 CN 102242290 A CN 102242295 A2/4 页 4 而由于材料因素， 自身的磨损值较高， 造成材料的使用寿命不长， 需要经常替换， 对资源产 生浪费。同时材料的损坏也是事故的诱发原因， 必须予以高度重视。现有的铜基石墨受电 靴材料由于耐磨性能的缺陷。
11、， 不能完全满足生产使用要求。 发明内容 0010 本发明的目的提供一种能用于磁浮列车受流器的受电靴材料， 该材料具有良好的 导电性能和摩擦性能， 且耐磨性能好， 能完全满足磁浮列车及高速铁路列车上使用的受电 靴的要求。 0011 为了达到上述目的， 本发明提出了一种新型粉末冶金材料， 即以铜为基体， 釉为主 要添加物质的， 高度耐磨的受电靴材料， 该材料包含以下按重量百分数计的物质 ： 铜 9094% ； 釉 24% ； 石墨 26% ； 所述的釉为白釉。 0012 上述的铜釉石墨受电靴材料， 其中， 该材料包含以下按重量百分数计的物质 ： 铜 94% ； 釉 2% ； 石墨 4%。 001。
12、3 本发明还提供了一种上述的铜釉石墨受电靴材料的制备方法， 该方法包含以下具 体步骤 ： 步骤 1， 混料 ： 将铜粉与釉粉末及石墨粉末放入金属粉末混料机， 转速为 34r/min， 每隔 15min 改变混料机的旋转方向， 让材料充分混合 ； 步骤 2， 初压 ： 采用 300MPa 压力进行初压， 保压 5 10 分钟 ； 步骤 3， 烧结 ： 采用阶梯升温方式 0 40min， 200； 40 80min， 400； 80 170min， 700 ； 170 330min， 920， 烧结保护气氛为氢气， 920 度下保温 3 小时 ； 步骤 4， 冷却 ： 在冷却过程中， 采用氢气与氮。
13、气混合炉内气氛保护， 直到降温到 200以 下 ； 步骤 5， 复压 ： 采用 300MPa 压力进行复压， 保压 5 10 分钟。 0014 上述的铜釉石墨受电靴材料的制备方法， 其中， 所述的铜粉、 釉粉及石墨粉的粒径 范围为 100 目 400 目。 0015 本发明还提供了一种所述的铜釉石墨受电靴材料用于制作磁浮列车的受流器受 电靴滑块或轨道交通车辆受流器受电靴接触块的用途。 0016 本发明通过力学、 电学理论分析、 冶金组分优化设计和工艺探索， 选择创新性的加 入釉粉末使组织耐磨性提高， 即以铜为基体， 釉为主要添加物质的， 高度耐磨的受电靴材 料。本发明采用通用的粉末冶金生产方法。
14、 ( 混粉冷压烧结复压 )， 制备出组织均匀、 力学性能优异、 耐磨性能显著提升的铜釉石墨粉末冶金复合材料。 0017 本发明所制得的复合材料的摩擦性能与目前磁浮列车或高速列车上使用的受电 靴材料相比， 有极大的提高， 自身的磨损量可以控制在可忽略的程度下， 同时导电性能也得 到保障。本发明所开发研制的铜釉粉末冶金受电靴材料可以替代已有的受电靴材料， 并且 说 明 书 CN 102242290 A CN 102242295 A3/4 页 5 拥有更长的使用寿命， 可广泛应用于磁浮列车或高速铁路列车。而且该复合材料的生产工 艺便利， 可进行组织流水线生产， 市场前景看好。 0018 本发明所述的。
15、铜釉新型粉末冶金受电靴材料， 以铜为基体材料， 同时添加釉、 石 墨， 配制出导电性能、 摩擦性能、 耐磨性能、 硬度、 强度都十分优良的材料。本发明所得产品 很好的解决了传统受电靴材料耐磨性能差、 自身磨损量大、 必须经常更换等显著缺陷。同 时， 由于本发明很大程度的提高了材料的使用寿命， 因此在很大程度上节约了天然铜资源， 因而十分契合当今可持续发展的理念。通过性能检测， 本发明所制备铜釉粉末冶金受电靴 材料的各项性能均达到研究目的。 附图说明 0019 图 1 为本发明的一种铜釉石墨受电靴材料的制备工艺流程图。 具体实施方式 0020 为了便于理解本发明， 特例举以下实施例， 其作用应被。
16、理解为是对本发明的诠释 而绝非对本发明的任何形式的限制。 0021 实施例 14 材料成分如表 1 所示 ： 表 1 实施例 14 中混粉用各种粉末质量分数 (200 目 ) 本发明的铜釉石墨复合材料的制备工艺流程如图 1 所示， 包含以下具体步骤 ： 步骤 1， 混料 ： 将表 1 的配方比例将铜粉、 釉粉末及石墨粉末放入金属粉末混料机， 转速 为 34r/min， 每隔 15min 改变混料机的旋转方向， 让材料充分混合 （约 24 小时） 。 0022 步骤 2， 初压 ： 采用 300MPa 压力进行初压， 保压 7 分钟。 0023 步骤 3， 烧结 ： 采用阶梯升温方式 0 40m。
17、in， 200 ； 40 80min， 400 ； 80 170min， 700 ； 170 330min， 920， 要求烧结保护气氛为氢气， 920 度下保温 3 小时。 0024 步骤 4， 冷却 ： 在冷却过程中， 采用氢气与氮气混合炉内气氛 （按体积比 10% 氢气和 90氮气混合） 保护， 直到降温到 200以下。 0025 步骤 5， 复压 ： 采用 300MPa 压力进行复压， 保压 5 分钟， 得到新型受电靴材料。 0026 上述实施例 14 制备出的材料性能测试结果如表 2 所示， 显示出了组分不同引起 了材料物理性能的差异。 其中， 拉伸试验按照GB/T228-2002 。
18、； 冲击试验按照GB/T229-1994 ； 布氏硬度测试按照 GB/T231.1-2002 ； 密度测量采用阿基米德法。 0027 表 2 实施例 14 所得新型受电靴材料性能检测结果 说 明 书 CN 102242290 A CN 102242295 A4/4 页 6 用精度为 1mg 的电子天平测试 3 次试样的磨损质量损失， 摩擦力由数显压力测试仪采 集， 摩擦系数可由下式换算得到 ： 式中 ： 为摩擦系数 ； F 为试样与不锈钢带之间的摩擦力 ； N 为试样给予不锈钢带的正压力 ； N 为压力测试仪的读数 ； W 为砝码的重力。 0028 根据上述方法测算的实施例 14 提供的材料在。
19、不同速度下的摩擦系数如表 3 所 示 ： 表 3 实施例 14 所得新型受电靴材料在不同速度下的摩擦系数 由上述测试结果可知， 本发明提供的铜釉石墨复合材料导电性能、 摩擦性能、 耐磨性 能、 硬度、 强度均十分优良， 能满足磁浮列车的受电靴需求。 0029 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍， 但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后， 对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。 因此， 本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。 说 明 书 CN 102242290 A CN 102242295 A1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102242290 A 。