[发明专利]一种列车接地装置集电盘用合金材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金材料，特别涉及一种用于制备高速列车接地装置集电盘的合金材料，属于高铁专用特种材料。该集电盘的材料以黄铜合金为基础材料，具有优异的综合性能，满足高速列车集电盘使用环境要求。

背景技术

铜具有良好的导电性和延展性，被广泛应用于各种电子设备、电力传输中。为了改善铜材料的性能，常常在铜中加入其它元素，形成铜合金，以满足不同的性能需求。

列车接地装置集电盘(又称摩擦盘)是接地装置的关键零件之一，其服役条件要求集电盘具有优异的综合性能，包括导电性能和耐磨性能。适宜的成分是确保其性能的基础，目前普遍采用的是青铜合金材料制备的集电盘，青铜合金的导电性能和耐磨性能基本满足低速运行状态下的列车使用要求。但是，青铜合金材料在列车高速工作条件下使用寿命有限，主要因为随着列车运行的速度增加，集电盘的工作环境严重恶化，青铜合金材料的性能快速衰减，进而使得其使用寿命大幅度的降低。

现有技术中，中国专利CN 106399747 A公开了一种铜合金，通过添加3.5-5.5％锡、4.0-6.0％锌、1-3％镍、1.5-3.5％铅、0.2-0.4铍制成。该铜合金经过摩擦实验，耐磨性较好，结果比较理想。但是铜合金集电盘不但需要保证良好的耐磨性，还需要具有良好的导电性能，各方面性能需要达到均衡。特别是对于高速列车的集电盘应用环境而言，对于集电盘的性能要求更高。如高铁运行速度超过300km/h，在如此高速的运行状态下，集电盘需要保证高铁电传导性能优良，同时兼顾集电盘的耐磨性能。

黄铜也是一种可以用作制造集电盘的材料，但普通黄铜集电盘材料难以满足其在高速列车接地装置中复杂苛刻的工况要求，需要通过向基体中加入其它合金元素，通过这些合金元素与基体，以及合金元素之间的相互作用来获得所需性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中青铜合金材料的集电盘在列车高速工作状态下使用寿命不足的问题，提供一种列车接地装置集电盘用铜合金材料。所述集电盘用的金属材料是一种全新的铜合金材料，能够更好的耐受高速列车运行状态下的恶劣环境提供更好的集电盘耐磨性和导电性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种列车接地装置集电盘用铜合金材料，包括重量百分比的以下成分，Cu 50％-70％，Sn 0.2％-5％，Pb 0.2％-4.2％，余量为Zn和不可避免的杂质。

本发明提供的列车接地装置集电盘用金属材料属于黄铜合金材料，该种材料生产的列车接地装置集电盘在时速300KM/H以上的高速列车上使用时具有足够的寿命，能够更好的提供安全可靠的集电盘工作性能。本发明的合金材料是铜合金，具体是黄铜合金，本发明的材料在高速列车集电盘上应用时，具有良好的耐磨性和导电性，可以很好的完成对于电能传输的作用，并且在高速列车接地装置中应用具有很好的耐久性。

进一步，所述铜合金材料中铜含量大于55％，更优选铜含量大于57％。金属材料中的铜元素含量优选后，铜元素含量范围不宜过低，过低的铜含量会引起导电性能降低，应当确保合金中铜的含量较为适宜，满足合金制造要求。同时，铜含量也不能过高，过高的铜含量(超过70％)会导致合金磨损性能变差。最优选铜含量为57％-67％，合金中铜元素的含量比例范围可以列举的选择58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％等比例，对于合金的金相形貌控制都是较为有利的，集电盘的导电性和耐磨性都是较好的。

进一步，所述合金材料中锡的含量0.3％-4％，一般认为锡含量增加可以提高材料硬度，增强耐磨性，但锡含量增加同时也会导致合金材料的导电性能劣化。所以锡含量也不能太高，更优选的锡含量为0.5％-3％。如果锡含量不能控制在适宜的范围内，那么合金材料的整体硬度不能达到理想的范围，同时又增加材料电阻影响实际使用效果，经过发明人大量实验研究发现最优选锡含量0.6％-2％，当合金中锡含量在此范围内时，材料的耐磨性基本达到最佳平台范围，并且合金的导电性能有保障。

本发明的集电盘合金材料与现有技术中的方案相比，例如中国专利CN 106399747A相比，虽然锡含量相对控制在较低的范围，但是耐磨性基本达到现有技术的水平或超过现有合金，同时合金材料的导电性更优，这主要是因为本发明的合金材料的制备原料选择基础为黄铜合金，黄铜合金因为其材料的选择应用不同，各种成分添加应用以后的增强作用不同，实现的效果存在显著差异。