集电滑动材料的制备方法和其制得产品的应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种集电滑动材料的制备方法，本发明还涉及这种集电滑动材料的制 备方法制得产品的应用，属于金属材料领域。
【背景技术】
[0002] 在严酷的环境下使用的高铁车厢的导电弓，通常使用的是有导电性的金属及耐磨 性强的金属等材料烧结而成的。这种烧结金属从前制造方法需要经过多次的加工工艺，为 了达到所规定的性能，需要通过极其复杂的工艺与管理。这些都会使从前的导电弓的价格 大幅度上升。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供集电滑动材料的制备方法和其制得产品的应用，以及解决 上述问题。
[0004] 一种集电滑动材料的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0005] 步骤一、高质量的铜在电气炉里熔解工序，将高质量的铜熔解，并进行脱气体操 作，形成铜的溶汤；
[0006] 步骤二、高质量铁在电气炉上熔解的工序，将高质量的铁熔解，并进行脱气体操 作，形成铁的溶汤；
[0007] 步骤三、铜和铁的溶汤的混合工序，将铜和铁的溶汤混合形成混合溶汤，以重量份 计，铁为20-40份，铜为60-80质量份；
[0008] 步骤四、冷却工序，将混合溶汤注入模具形成铸块。
[0009] 优选的，本发明的集电滑动材料的制造方法，步骤一中，脱气体操作包括进行脱氢 的步骤。
[0010] 优选的，本发明的集电滑动材料的制造方法，进行脱氢的步骤时，氧分压保持在 1. 5atm~3atm的范围。
[0011] 优选的，本发明的集电滑动材料的制造方法，进行脱氢的步骤时，温度调整到铜的 熔点以上50°C~100°C。
[0012] 优选的，本发明的集电滑动材料的制造方法，在完成脱氢的步骤后，进行脱氧步 骤，使用Ca、Si、Mn、P、Al、Ti、Li等单体或复合体作为脱氧剂进行脱氧。
[0013] 优选的，本发明的集电滑动材料的制造方法，在冷却工序中，将混合溶汤注入模具 后通过急速冷却、常温冷却或者加热冷却的方法控制冷却的速度。
[0014] 优选的，本发明的集电滑动材料的制造方法，急速冷却的温度下降速度3常温冷 却的温度下降速度*2,加热冷却的温度下降速度3常温冷却的温度下降速度/2。
[0015] 上述集电滑动材料的制造方法所制得的产品在制备导电弓中的应用。
[0016] 发明的有益效果
[0017] 根据本发明的集电滑动材料，在高速铁道车厢上的严酷的环境下使用，耐磨性能 高，导电性能好。
[0018] 根据本发明铸造的材料的成形与烧结金属相比，在工序上非常简单并且导电性和 耐磨性远远优于烧结金属。
【具体实施方式】
[0019] 以下介绍本发明的【具体实施方式】。
[0020] 首先，介绍集电滑动材料的制备方法：
[0021] 步骤一、将高质量的铜在电气炉里进行溶解。一般将纯度大于99. 9%的铜称之为 高质量的铜。将碎铜片放入电器炉里进行搅拌，把温度提升到铜的熔点（810.24k)以上，熔 化后进行脱氧操作。
[0022] (1)为了脱氢，将氧气分压调到高位，氧气分压的范围：1. 5atm~3atm。同时保持 温度调整到铜的熔点以上50°C~100°C，使溶融铜上的氧气元素增加，相律的分离氢气，以 此进行脱氢工艺。此处的相律指相（平衡）律，英语为phaserule。在此处具体来说就是 一旦氧气的含量增加的话氢气的含有量会自动减少。
[0023] (2)脱氧时使用与氧气结合力强的脱氧剂。脱氧剂可使用例如：Ca、Si、Mn、P、Al、 Ti、Li等单体或复合体，或者与其它多种金属的复合剂。期间，为了防止氢气和氧气返回原 有状态，在溶解炉汤面灌入大量的惰性气体。在使用脱氧剂的同时，使用除渣滓助剂集合发 生氧化的物质的渣滓，并从溶汤中分离。除渣滓助剂采用Ca、Mg系的矿物的低熔点化合物。
[0024] (3)高质量铜溶解时，为了防止因炉材元素混入造成熔点变动或者出现混合变化， 应事先分析制造金属的不纯物含油量及选择杂质元素含有量少的炉材。
[0025]步骤二、高质量铁在电气炉上溶解的工序。
[0026]取高质量金属粉碎的铁片，指纯度大于99. 5%的铁，在电气炉里进行搅拌，把温度 提升到铁的熔点（1261.84k)以上，熔化后，情况如下：
[0027] 进行脱氧工序：脱氧时使用与氧气结合力强的复合型脱氧剂。例如：Ca、Si、Mn、P、 Al、Ti，、Li等单体或复合体，或者与多金属的复合剂。期间，为了防止氢气和氧气返回原有 状态，在炉汤面灌入大量的惰性气体。还有使用脱氧剂的时候，使用除渣滓助剂，来集合发 生氧化物的渣滓，并从汤中分离。除渣滓助剂采用Ca、Mg系的矿物的低熔点化合物。
[0028] 还有，高质量铁恪化时，为了防止因炉材元素混入造成恪点变动或者出现混合变 化，会提前机器分析制造金属的不纯物含油量及选择适当的炉材。
[0029]步骤三、高质量铜和高质量铁的溶汤的混合工艺
[0030] 为了混合各自炉中的高质量铜和高质量铁，按照铸块所需混合比率，在防止空气 被卷入情况下，注入到混合电气炉里。铸块中各组分的含量范围如下：铜在：60~80%;铁： 20~40%。即，以总的质量份为100计，含有20-40质量份的铁，剩余部分为铜。
[0031] 被注入的溶液以高质量铁的熔融温度为基准来升温，促进晶化反应。铜里放入铁 的溶解度，从二元状态图来看，约为2%，所以变成过饱和成分状态，成长成金属间化合物， 浓度与铜液相似，所以在铜的液体里产生小块儿形状。这个形状有粒状也有扁平状的，如分 散浓度高的话，成黏糊状，粘度上升。
[0032] 步骤四、注入铸模的工艺
[0033] 将步骤三中，粘度上升的状况视作反应结束的基准和注入模具的时机。
[0034] 铸模具里的溶液凝固时，为了控制凝固时间，通常使用常温冷却，强制急速冷却， 加热温度控制冷却等方法。同时，通过常温冷却、强制急冷却、加热温度控制冷却3种冷却 方法还能够对结晶粒和混合粒进行控制。温度下降的速度快的话，结晶粒、混合粒就小；温 度下降的速度慢的话，结晶粒、混合粒就大。因此急速冷却的结晶粒度小，常温冷却的结晶 粒度适中，加热冷却的粒度大。从而作成适合展伸材的结晶粒度及助长树胶状晶。结晶粒 度大小都可以用于伸展材。结晶粒度大的话，材料较易于伸展；结晶粒度小的话，材料的屏 蔽效果更大。适应于其他类型的材料的结晶粒度是通过常温冷却得到的结晶粒。注汤温度 以高质量铁的溶解温度1261. 84k为基准。
[0035] 本发明所说的急速冷却和加热冷却的速度，是与常温冷却速度相比较之下而得到 的相对速度。
[0036] 急速冷却：急速冷却的温度下降速度3常温冷却的温度下降速度*2
[0037] 加热冷却：加热冷却的温度下降速度3常温冷却的温度下降速度/2
[0038] 即、假设从1500°C冷却到常温，常温冷却所用的时间为50秒，则急速冷却的冷却 时间应小于25秒，加热冷却的时间应在100秒以上。
[0039] 以下是使用的模具以及可采用的冷却方式：
[0040]用砂模的常温冷却，操作条件：使用带有冷却性能的沙子制作而成的铸模。
[0041]用金属模具的常温冷却或者冷水强制急冷。操作条件：使用金属制作而成的金属 模具。
[0042] 金属模具用控制加热温度方法冷却，操作条件：通过电或者天然气对金属模具进 行加热。
[0043] 铸块的展伸工序
[0044] 制造好的铸块在700-800°C之间或者在常温展伸后，做出二次，三次产品的例子如 下：
[0045] 铸块在700-800度之间铸造，作成圆棒材，方材。
[0046] 热间（700-800度）滚轮压延后，再常温压延拉线反复进行，直到制成所需形状。
[0047] 本发明的制备方法制得的铜铁合金作为集电滑动材料，杂质及气体成分极少。
[0048] 另外，本发明有着完全脱气工序的特征。溶汤中气体成分在凝固过程中以气泡状 态存在的话，作为展伸材料会降低其价值。
[0049] 其次，介绍导电弓的制备方法：
[0050] 1>将铜铁合金液注入模具，冷却，进行铸造；
[0051] 2>按照导电弓的形状要求，对导电弓进行锻造。
[0052] 注模和锻造的过程均根据具体产品的形状尺寸进行。在现有的技术条件下均可以 无障碍的完成。当然在模具允许的情况下仅进行铸造得到导电弓也是没有问题的。
[0053] 以下给出依据上述方法制得的导电弓的参数。
[0054] 表1铜铁合金的硬度
[0055]
【主权项】
1. 一种集电滑动材料的制造方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一、高质量的铜在电气炉里熔解工序，将高质量的铜熔解，并进行脱气体操作，形 成铜的溶汤； 步骤二、高质量铁在电气炉上熔解的工序，将高质量的铁熔解，并进行脱气体操作，形 成铁的溶汤； 步骤三、铜和铁的溶汤的混合工序，将铜和铁的溶汤混合形成混合溶汤，以重量份计， 所述铁为20-40份，所述铜为60-80质量份； 步骤四、冷却工序，将所述混合溶汤注入模具形成铸块。
2. 根据权利要求1所述的集电滑动材料的制造方法，其特征在于： 其中，所述步骤一中，所述脱气体操作包括进行脱氢的步骤。
3. 根据权利要求2所述的集电滑动材料的制造方法，其特征在于： 进行所述脱氢的步骤时，氧分压保持在I. 5atm~3atm的范围。
4. 根据权利要求2所述的集电滑动材料的制造方法，其特征在于： 其中，进行所述脱氢的步骤时，温度调整到铜的熔点以上50°C~KKTC。
5. 根据权利要求2所述的集电滑动材料的制造方法，其特征在于： 其中，在完成脱氢的步骤后，进行脱氧步骤，使用Ca、Si、Mn、P、Al、Ti、Li等单体或复合 体作为脱氧剂进行脱氧。
6. 根据权利要求1所述的集电滑动材料的制造方法，其特征在于： 其中，在所述冷却工序中，将所述混合溶汤注入模具后通过急速冷却、常温冷却或者加 热冷却的方法控制冷却的速度。
7. 根据权利要求6所述的集电滑动材料的制造方法，其特征在于： 其中，所述急速冷却的温度下降速度3常温冷却的温度下降速度*2,所述加热冷却的 温度下降速度3常温冷却的温度下降速度/2。
8. 如权利要求1所述的集电滑动材料的制造方法所制得的产品在制备导电弓中的应 用。
【专利摘要】本发明提供一种集电滑动材料的制造方法，包括如下步骤：步骤一、高质量的铜在电气炉里熔解工序，将高质量的铜熔解，并进行脱气体操作，形成铜的溶汤；步骤二、高质量铁在电气炉上熔解的工序，将高质量的铁熔解，并进行脱气体操作，形成铁的溶汤；步骤三、铜和铁的溶汤的混合工序，将铜和铁的溶汤混合形成混合溶汤，以重量份计，铁为20-40份，铜为60-80质量份；步骤四、冷却工序，将混合溶汤注入模具形成铸块。由本发明的集电滑动材料制成的导电弓，在高速铁道车厢上的严酷的环境下使用，耐磨性能高，导电性能好。
【IPC分类】C22C1-02, C22C9-00, C22C1-06, B60L5-18
【公开号】CN104846223
【申请号】CN201510296889
【发明人】平口稔, 野村宽夫, 森本幸一, 高东晓, 朴在锋
【申请人】苏州晓锋知识产权运营管理有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年6月2日