粉末热锻全致密铜基受电弓滑板材料的制备与性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuefeng96ew
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现代城市轨道交通的飞速发展迫切需要高性能铜基受电弓滑板材料。受电弓滑板位于列车顶端或底部,与导线直接接触,是车载电力系统从牵引供电系统获取动力的重要元件,列车运行中不断受到来自接触导线的冲击,这对受电弓滑板材料性能要求极为严格。传统粉末冶金法制备的铜基受电弓滑板材料由于存在诸多问题使其应用受限,经压制后坯料仍会残留不少孔隙,烧结中坯体不可避免出现体积膨胀,严重降低材料服役性能。为制备粉末热锻全致密铜基受电弓滑板材料,采用模拟分析软件Deform-3D,模拟铜基烧结材料在粉末锻造中的成形致密过程,重点模拟主要热锻工艺技术参数(包括摩擦系数、坯体初始相对密度、锻压速度、模具预热温度)对模锻成形过程的致密化影响变化规律。同时研究了不同时效处理对粉末热锻全致密铜基受电弓滑板材料的机械性能以及摩擦学性能的影响,结合微观形貌对粉末热锻全致密铜基受电弓滑板材料进行了综合分析,取得主要成果如下:(1)模拟结果表明,粉末热锻工艺参数对于坯体致密化的影响大小为:坯体初始相对密度>锻压速度>模具预热温度>摩擦系数,最优工艺参数组合为:坯体初始相对密度0.84,锻压速度为500mm/s,模具预热温度300°C,摩擦因数0.15。经锻造过程的锻造能量密度模拟分析表明,在307.6J/cm~3的锻造能量密度下,复合材料致密化效果最优,密度分布均匀性最佳,且对锻造设备以及锻造模具折损最低,实验结果与模拟结果基本一致。(2)固溶时效处理研究表明,随着时效时间的增大,材料的硬度表现出先增大后减小的趋势,电阻率则表现为先大幅减小后有些许增大,随着时效温度的升高,材料的硬度表现出先增大后减小的趋势,电导率则无明显变化趋势。样品经时效温度500°C处理3小时后可以获得最佳物理性能,其硬度和电阻率分别达到93HB的最大值和0.156μΩ·m的最小值。粉末热锻全致密铜基受电弓滑板材料随着时效时间与温度的增大的磨损质量先减小后增大,摩擦系数也呈现类似趋势。粉末热锻全致密铜基受电弓滑板材料最低磨损为5.5×10-5mg/m,摩擦系数最小值为0.109。机械摩擦磨损中,磨损机理主要为磨粒磨损与黏着磨损,载流摩擦磨损中,磨损机理主要为磨粒磨损、电气磨损以及氧化磨损。
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