[发明专利]一种高强高导减摩铜接触线的制备方法

说明书

一种高强高导减摩铜接触线的制备方法，属于粉末冶金铜基材料技术领域。本发明以铜锰合金粉为原料，在含有硫源的介质中进行硫化处理，通过高温扩散，在铜锰合金粉末内部原位生成硫化锰纳米粒子，经过冷等静压成型和烧结‑热挤压组合致密化工艺，获得硫化锰弥散强化铜接触线。本发明制备工艺简单，流程短且能耗低，原料丰富易得，成本低，适合大规模生产；制备的接触线室温抗拉强度大于450MPa，导电率大于75％IACS，摩擦系数小于0.2。

技术领域

本发明涉及一种高强高导减摩铜接触线及其制备方法，属于粉末冶金铜基材料技术领域。

技术背景

随着列车运行速度的不断提高，对接触网用接触线材料的性能提出愈来愈高的要求。作为铁路电气化接触网用接触线合金材料的基本要求是：高导电性、较高的抗拉强度、较高的软化温度、较好的抗疲劳震动性能、良好的耐磨性能和耐腐蚀性能等。

其中，接触线的磨耗性能是表征接触线实际使用寿命和安全性评估的关键指标，各国都在开展对接触线磨耗性能的研究。目前研究较多的高强高导高耐磨铜合金材料主要有铬锆铜系合金，其主要机理是通过时效强化机制，在铜基体中析出弥散分布的Cr和Cu₃Zr等纳米析出相，从而提高材料的耐磨性；弥散强化铜则是通过粉末冶金方法制备出纳米级Al₂O₃弥散强化铜基体的材料，具有高强高导高耐磨的特点。然而铬锆铜和弥散强化铜材料在使用过程中耐磨性能表现不足，开发研制新型高强高导、摩擦磨损性能优异的铜基材料对轨道交通网发展具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强高导减摩铜合金接触导线的制备方法，在铜基体中原位生成具有良好界面结合、纳米MnS颗粒，在保证优良导电性能的基础上，弥散分布的MnS兼具增强和减摩作用。该工艺方法成本低、效率高、环境友好，适合大规模生产。

本发明所采用的技术方案是：以铜锰合金粉为原料，在含有硫源的介质中进行硫化处理，通过高温扩散，在铜锰合金粉末内部原位生成硫化锰纳米粒子，经过冷等静压成型和烧结-热挤压组合致密化工艺，获得硫化锰弥散强化铜接触线。

一种高强高导减摩铜合金接触线的制备方法，包括以下工艺步骤：

(1)铜锰合金粉末制备：采用雾化法制备铜锰合金粉末，将电解铜板与电解锰按比例称重，经真空或非真空熔炼后在高压雾化介质下制取铜锰合金粉末；

(2)粉末硫化处理：将制取的铜锰合金粉末置于气氛炉中，在含硫的介质中进行硫化处理，在铜基体中析出纳米硫化锰，获得自润滑铜粉；

(3)冷等静压成型：将自润滑铜粉封装包套，在50～500MPa压力下，保压为10s～10min进行冷等静压成型，得到生坯；

(4)组合致密化：将冷等静压成型的生坯置于还原气氛或真空环境中进行烧结致密化，采用热挤压工艺获得全致密的高强高导减摩铜接触线。

进一步地，步骤(1)所述铜锰合金粉末中锰含量为0.1wt％～5wt％，余量为纯铜；雾化介质包括气体介质(空气、氮气、氩气和氦气)和液体介质(水、油、乙醇、液氮、液氩)中的一种或几种。

进一步地，步骤(2)所述硫化处理包括气相、液相和固相渗硫中的一种或几种，其中气相渗硫的硫源为硫化氢或者二硫化碳气体，渗硫温度为150～300℃，时间为20min～3h；液相渗硫的硫源为硫脲，渗硫温度为180～250℃，时间为30～120min；固相渗硫的硫源为硫磺粉，渗硫温度为500～950℃，时间为30min～3h。

进一步地，步骤(4)所述组合致密化中，还原气氛为氢气、分解氨中的一种或两种，真空环境的真空度在10^-2～10^-1Pa，烧结温度为750～1050℃，保温时间为0.5～10h；热挤压温度为500～950℃。

采用以上技术方案，本发明的有益效果在于：