[发明专利]一种导电耐磨金属石墨电刷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种电刷材料，具体涉及一种导电耐磨金属石墨电刷及其制备方法。本发明提供的一种导电耐磨的金属石墨电刷的质量百分比组成为：铜粉70～90％、石墨粉5～25％、二氧化硅粉0.5～1％、酚醛树脂粉末1～8％。本发明通过室温压制‑烧结制备石墨‑铜合金，然后将石墨‑铜合金锭坯进行热挤压，得到石墨‑铜合金块体。由于金属石墨电刷中添加一定量的二氧化硅粉，结合控制加入石墨粉的粒度及加入方式，然后再辅以与性能要求相匹配的热变形工艺，制备了导电性好且耐磨损的金属石墨电刷材料。本发明制备工艺简单，所得产品性能优良，质量稳定，具有较大载流能力，便于大规模的产业化应用。

技术领域

本发明涉及一种电刷材料，具体涉及一种导电耐磨金属石墨电刷及其制备方法。

背景技术

世界上绝大多数电力机车是交-直流电力机车。在交流电气化铁路接触网中，机车通过受电弓滑板从接触网获得特高压电源电力，以驱动机车电动机获得牵引动力，而牵引电流经车轮、轨道和大地流回牵引变电所。为了防止转向架轴箱轴承由于通过大电流而发生电蚀作用，每个轴的轴端安装接地电刷，以短接轴承这一支路。接地装置通过接地电刷使牵引变压器的回流线电流直接流到车轴，防止因回流线电流流到转向架轴承处而引起轴承损伤，在保护轴承、轴套、车轴的同时，还可确保列车所有设备的接地安全可靠。

作为滑动电接触的重要元件之一，电刷是与运动的物体作滑动电接触而形成的一种导电部件。因此，要求它有比较好的换向性火花的本能。除此之外，作为接地零部件，它必须具有优异的导电、导热、耐磨性能，以及一定的机械强度，并且要求电刷使用寿命长，且不磨损摩擦盘，不使摩擦盘出现划痕、不平、烧蚀、拉丝等；运行时，能够在摩擦盘表面较快地形成一层均匀、适度和稳定的氧化薄膜，不过热，噪音小，不破损，刷辫不变色，不烧蚀。

依据电刷材料的不同，可分为四种，即石墨电刷、电化石墨电刷、金属石墨电刷、纯金属电刷。石墨电刷是在天然石墨中加入沥青、煤焦油等粘合剂混合压制而成，其质地软，润滑性能较好，摩擦系数低，换向性能好，但因含杂质较多而易使整流器受损。一般适用于整流条件正常、负载均匀的电机，如汽轮发电机等。电化石墨电刷是由石墨、焦炭等作原料，近2500℃以上高温处理而制成。其性能优良，故使用范围广，可用于各类型的电机及整流条件较困难的电机上，如牵引电机、工业电机、矿用电机等。纯金属电刷是用薄的金属片制成，这种电刷的导电性极好。电刷上损耗不大，但耐磨性差，导致电机寿命低。但是由于刷片薄，也不能承受大电流，因此常用于微型小电机。金属石墨电刷是在石墨中渗入铜及少量锡、铅等金属粉末混合而制成，具有优异的导电导热性，载流量大，耐磨性能高，且具有一定的机械强度和换向性火花的性能，被广泛用于线型电流传输(滑出线)、滑环、电镀或淬火生产线、接地电刷等，特别适合于交流绕线失异步电动机和电流直流电机。

虽然国内哈尔滨电碳有限公司、上海摩根碳制品有限公司、东南电碳有限公司等生产出了金属石墨电刷产品，但产品的电阻率、摩擦磨损、换向性能和使用寿命等方面性能仍比国外同类产品要差，主要应用在导电滑环等部件上。目前，国内铁路动车组牵引电动机的接地回流装置仍依赖进口，CRH系列高速列车上采用的接地装置仍主要由美尔森等公司控制，而作为其中关键的部件之一，接触电刷完全依靠进口，如英国摩根电碳有限公司、法国罗兰碳素公司、美国科克伍德公司碳素分公司等生产的电刷产品。开发我国具有自主知识产权的高性能高速列车用金属石墨接地电刷意义重大。

中国专利CN104882759A公开了一种低成本性能好的金属石墨电刷，其特征在于，由以下重量份的原料制成鳞片石墨40-60、沥青18-28、二硫化钨20-30、铁粉3-5、碳化硅12-15、氧化铍7-9、铜钛合金粉6-9、油酸适量；该发明添加的碳化硅增强了电刷的硬度，提高耐磨性，添加的氧化铍减少了电刷材料的氧化和磨损率，保证接触电阻小，从而减小火花，添加的铜钛合金粉具有细化晶粒，提高致密性和导电性的作用，该发明制备的金属石墨电刷材料性能指标：电阻率(μΩm)：3.8；洛氏硬度(10/588N)：85；磨损值(50小时)：0.14；摩擦系数(50小时)：0.17；接触电压降(50小时，V)：1.2±40％。