一种电力机车受电弓滑板用C（F）/Cu复合材料的制备方法

摘要

本发明的一种电力机车受电弓滑板用C（F）/Cu复合材料的制备方法，所述的复合材料的配方科学合理，采用石墨作为固体润滑剂，以其良好的润滑性和抗熔焊性对基体铜起到保护作用；采用镀铜碳纤维作为增强体，提高材料的强度。用三维摆动式高能球磨机得到了高质量的铜粉和石墨合金化粉末。用本发明得到的复合材料通过SPS烧结制成的电力机车受电弓滑板，经检测，密度为7.34g/cm³-7.41g/cm³；表面硬度为139-154HB；电阻率为0.037-0.078µΩ•m；摩擦系数为0.12-0.24；抗压强度300-380MPa；该滑板具有较高的强度和较低的电阻率以及较低的摩擦系数，综合性能优良。该滑板综合性能更加出色。

主权项

一种电力机车受电弓滑板用C（F）/Cu复合材料的制备方法，其特征在于，所述的复合材料的组分及重量百分比如下：Cu：72%‑81.6%；C：3%‑3.4%；CF：15%‑25%；所述的Cu为电解铜粉， C为鳞片状石墨粉， CF为表面镀铜层厚度为30‑40μm的碳纤维； 所述的制法的步骤和条件如下 ：（1）铜粉和石墨粉的机械合金化制备：按照配比，在冲氩气保护的手套箱中，将所述的铜粉与石墨混合粉末装入自行设计和制造的三维摆动式高能球磨机的球磨罐中，按丙酮的体积mL与石墨粉质量g的比为0.2：100加入丙酮，丙酮作为防黏剂，然后每3h加入一次，球料比4:1，转速500r/min, 球磨24h，得到铜粉和石墨粉的机械合金化粉末，其粒度为1‑2μm；（2）碳纤维镀铜：采用化学镀预处理和电镀铜结合的复合镀方法使碳纤维表面覆盖铜镀层，碳纤维首先在80℃的质量分数为20%的NaOH溶液中进行脱胶处理10min，然后用清水洗净；水洗后的碳纤维放在80℃的体积分数为20%的HNO₃溶液中进行粗化处理10min，然后水洗，吹干；用胶带将预处理后的碳纤维分散粘贴在纯铜片上作阴极，纯铜片作阳极，在配制的电镀液中，电流密度为3A/dm²，电镀时间为1h，最终得到镀层均匀、致密、颗粒细小、厚度为30‑40μm的镀铜碳纤维；将镀铜后的碳纤维剪至1‑2mm；所用的电镀液的配制：在反应器中加入蒸馏水，加热到50℃；再按蒸馏水与CuSO₄•5H₂O的质量比为1000：220‑240加入CuSO₄•5H₂O，不断搅拌直到完全溶解；按蒸馏水的质量g与浓H₂SO₄体积mL的比为1000：35向溶液中加入浓H₂SO₄；浓H₂SO₄的质量浓度为98%；按蒸馏水的质量g与H₂O₂体积mL的比为1000：2再加入H₂O₂，搅拌10min，静置1h后，升温到70℃赶走H₂O₂；按蒸馏水与活性碳的质量比为1000：2加入活性碳，搅拌1h，静止过滤；用纯铁片做阴极，纯铜片做阳极，用小于0.01mA的电流，对溶液进行电解除杂24h；得到电镀液；（3）混粉：按照配比，把铜和石墨合金化粉末与剪至1‑2mm的镀铜碳纤维混合均匀，得到电力机车受电弓滑板用C（F）/Cu复合材料，其粒度为1‑2μm；为了防止氧化，要将所述的复合材料防止氧化的储存容器中；所述的三维摆动式高能球磨机的构成如下：电机（1）安装于电机支架（17）上，利用变频器改变输出电压的大小控制电机（1）的转速；安装板（9）与底板（10）之间安装多个减震器（11），球磨罐架（15）、从动轮支架（16）、电机支架（17）均安装于安装板（9）上；底板（10）安装可调平的多个可调底脚（12），多个可调底脚（12）均安装在外罩（13）的底上；电机（1）的主动轮（2）安装于轴套上，主动轮（2）通过同步带（3）与从动轮（4）连接；两个轴承座安装于龙门式支架（16）的两个立架板上，从动轴（5）穿过并安装在所述的两个轴承座中的轴承中，从动轮（4）通过键与从动轴（5）连接并位于龙门式支架（16）的两个立架板中间；两个相同的球磨罐架（15）的一端分别安装内部有轴承的轴承座，两个相同的小臂（7）的一端分别穿过并安装在该轴承座的轴承中；两个相同的小臂（7）的另一端分别用销轴（6）通过孔安装在从动轴（5）的两端，两个相同的小臂（7）可以分别绕销轴（6）转动来调节小臂（7）的中心线与从动轴（5）的轴心线之间的夹角α的大小，调整后用紧固螺钉紧固；两个相同的球磨罐架（15）的另一端分别固定安装两个相同的球磨罐（8）；电机（1）的轴套带动主动轮（2）转动，主动轮（2）通过同步带（3）带动从动轮（4）转动，从动轮（4）带动从动轴（5）转动，从动轴（5）带动两个相同的小臂（7）的另一端绕从动轴（5）的轴心线作圆锥角为2α的圆周运动；夹角α越大，小臂（7）的另一端作圆周运动的圆周的半径越大；球磨罐（8）内加入待加工材料和磨球（13）。