高性能电力机车受电弓滑板的研究

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受电弓滑板是电力机车十分重要的集电元件,当前常用的滑板按照材质的不同,可分为粉末冶金滑板、碳滑板和浸金属碳滑板三种类型。随着我国电力机车高速化的不断发展,对滑板材料的要求不断地提高,现有的滑板已不能满足电力机车对滑板的要求。目前滑板材料主要存在以下缺点:粉末冶金滑板自润滑效果差,对铜导线磨损严重;碳滑板导电性能较差,且力学性能太低,易发生滑板折断的事故;浸金属碳滑板抗冲击性差,而且对铜导线磨损比较严重。本文针对当前滑板存在的种种缺点,研制出一种新型复合材料滑板。 该滑板主要由铜、碳纤维、石墨和少量添加剂等复合而成,为了解决铜与石墨、碳纤维之间润湿性差的问题,本文采取对石墨、碳纤维表面镀铜的方式来增强石墨、碳纤维与铜的界面结合力,从而提高复合材料的综合性能。 通过对几种石墨粉镀铜方法的研究,首次提出了以硫酸铜为主盐,锌为还原剂,用较廉价的AgNO3代替价格昂贵的PbCl2做活化剂的石墨粉化学镀铜新工艺。这种工艺不仅操作简单,成本低廉,而且镀铜迅速。 对碳纤维进行了化学镀铜和电镀铜试验,总结出以焦磷酸钾和焦磷酸铜为主盐,以OP-21为分散剂的碳纤维电镀铜新工艺。该工艺镀层均匀,镀铜颜色鲜红,并且镀铜与碳纤维结合紧密,解决了碳纤维束镀铜的“黑心”问题。 对碳纤维-铜复合材料和镀铜碳纤维-铜复合材料结合强度的抗弯试验表明,后者的抗弯强度提高了约11%,可见对碳纤维镀铜能大大提高碳铜复合材料的界面结合强度。 本文研制的新型滑板材料组成为:石墨含量15wt%,碳纤维含量1.5wt%,铅含量3wt%,添加剂含量0.02~0.04%,余者为铜。新型滑板的制备工艺为:成型压力200MPa,烧结温度为850℃,保温时间为6h。 本文研制的新型滑板的性能检测结果表明,该滑板具有良好的导电性能,较低的摩擦系数,较高的耐磨损性能。比国产C26碳滑板的导电率提高87倍,冲击韧性提高9.6倍,摩擦系数优化63.6%;比国产C26p浸金属碳滑板的导电率提高27倍,冲击韧性提高4.6倍,摩擦系数降低33.3%;比国产JM-1型碳纤维滑板的导电性提高30倍;比德国Rh82Mb滑板的导电性提高65倍,冲击韧性提高2.7倍,摩擦系数降低20%;比日本MC滑板的导电性提高44倍,冲击韧性提高3倍,摩擦系数降低62.5%。 滑板的放大试验结果表明,采用本文研究出的工艺,可以制造出工业规格的、性质优良的电力机车受电弓滑板材料。
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