Спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым антифрикционным материалам для сильноточных скользящих контактов. Может использоваться для изготовления токосъемных щеток, например, униполярных генераторов или токосъемных башмаков, контактирующих с рельсом туннельной железной дороги. Материал сильноточного скользящего электроконтакта, работающего в паре со стальным контртелом с контактной плотностью тока более 100 А/см2 содержит, мас.%: медь 24-57; графит 2-3; железо - остальное. Обеспечивается высокая электропроводность контакта и низкая интенсивность изнашивания при скольжении. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к триботехнике и триботехническому материаловедению, в частности к антифрикционным материалам, применяемым для изготовления токосъемных щеток, например, униполярных генераторов или токосъемных башмаков, контактирующих с рельсом туннельной железной дороги.

Известен спеченный материал для токосъемных скользящих контактов на основе железа [RU2126457, С22С 33/02, B60L 5/08, Н01Н 1/02, опубл. 20.02.1999] [1], содержащий графит и медь в следующих количествах, мас.%:

Графит 8-18
Медь 8-20
Железо остальное.

Недостатками известного композита являются невысокие твердость и механическая прочность, что связано с большим содержанием графита. Большое содержание графита или другой твердой смазки (свинец, олово и др.) в материале обусловлено необходимостью предохранения поверхности трения медного контртела от быстрого разрушения и повышенного износа. Общим недостатком известных токосъемных материалов, скользящих по медному контртелу без консистентной смазки, является невозможность обеспечить удельную поверхностную электропроводность контакта более 150 См/см2 и удовлетворительную износостойкость при контактной плотности тока более 50 А/см2.

Наиболее близким по назначению и достигаемому результату является материал для сильноточного скользящего электроконтакта [RU2368971, Н01Н 1/021, С22С 33/02, опубл. 27.09.2009] [2] следующего состава, мас.%:

Медь 18-46
Графит 2-3
Переработанная сталь ШХ 15 остальное.

Этот известный композит (прототип) имеет удовлетворительную твердость НВ (см. таблицу). Кроме того, он формирует контакт с более высокими удельной поверхностной электропроводностью rs-1 (r - электросопротивление контакта) и низкой интенсивностью изнашивания Ih в условиях трения по стали без смазки при плотности тока более 100 А/см2. При некоторой критической плотности тока jc электропроводность rs-1 достигает максимального значения rsc-1, соответствующего началу катастрофического изнашивания.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка материала для сильноточного скользящего электроконтакта для работы в паре со стальным контртелом, имеющего высокую электропроводность контакта и низкую интенсивность изнашивания при скольжении с контактной плотностью тока более 100 А/см2.

Для достижения указанного технического эффекта предлагается спеченный материал, скользящий по стальному контртелу при контактной плотности тока более 100 А/см2, содержащий медь, графит, железо, при следующем соотношении компонентов, (мас.%):

Медь 24-57
Графит 2-3
Железо остальное.

Сравнение предлагаемого изобретения с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый спеченный материал отличается от известного применением железа в качестве структурной составляющей. Уменьшение твердости НВ предлагаемого спеченного материала (см. таблицу) происходит вследствие того, что твердость частицы железа более низкая по сравнению с твердостью частицы стали ШХ15. Удельное электросопротивление ρ материала в предлагаемом техническом решении уменьшается вследствие более низкого удельного электросопротивления железа по сравнению с электросопротивлением стали. Принципиального различия пористости П предлагаемого материала и пористости прототипа не наблюдается (см. таблицу).

Введение меди более 57% уменьшает твердость, электропроводность и износостойкость контакта, а также увеличивает коэффициент трения. Содержание меди менее 24% приводит к повышению хрупкости, уменьшению теплопроводности и электропроводности трибоконтакта. Введение графита более 3% приводит к уменьшению прочности и электропроводности трибосистемы в целом. Введение менее 2% графита приведет к увеличению коэффициента трения.

Электропроводность контакта предлагаемого спеченного материала при работе в паре со стальным контртелом увеличивается при увеличении контактной плотности тока и при некоторой критической контактной плотности токa jc достигает максимума, что соответствует началу катастрофического изнашивания материала. Значения электропроводности rsc-1 и интенсивности изнашивания Ihc, соответствующие началу катастрофического изнашивания, представлены в таблице. Видно, что режим катастрофического изнашивания известного материала [2] наступает при более низкой rsc-1, чем rsc-1 контакта предлагаемого материала (см. таблицу). Следует отметить, что электропроводность rs-1 предлагаемой пары трения при контактной плотности тока около 50 А/см находится на уровне 200 См/см2, т.е. выше rs-1 контакта известных материалов, скользящих по меди. Интенсивность изнашивания Ihc известного материала [2] в начале катастрофического изнашивания выше, чем Ihc предлагаемого материала (см. таблицу). Видно также, что режим катастрофического изнашивания реализуется в парах трения известного и спеченного материалов - сталь при практически одинаковой плотности тока jc.≈300 А/см2 (см. таблицу). Поверхностный слой в материалах пар трения деформируется по механизму вязкой жидкости, что не приводит к накоплению структурных дефектов и реализуется некоторая пластичность. Отсутствие легирующих элементов в железных частицах является причиной их более высокой пластичности и более низкого удельного электросопротивления, что приводит к формированию более электропроводного и, следовательно, более теплопроводного контактного слоя в предлагаемой паре трения. Более высокая теплопроводность (за счет более низкой ρ) и более легкий переход к пластическому течению (за счет более низкой НВ) предлагаемого материала являются факторами, которые обеспечивают более высокие rs-1 и Ih.

Триботехническое нагружение осуществлено по схеме «вал-колодка», со скоростью 5 м/с при давлении 0,13 МПа по контртелу из стали 45 (50 HRC) Интенсивность изнашивания Ih определена по отношению Ih=h/L, где h - изменение высоты образца на пути трения L (36 км).

Таблица

п/п Сu Fe ШХ15 С rsc-1, См/см2 Ihc, МКМ/КМ П, % jc, А/см2 ρ, мкO м*м НВ, МПа
мас.%
1 24 73 - 3 362 9 10 290 0,16 1220
2 57 40 - 3 333 8 8 300 0,09 820
3 35 62.5 - 2.5 342 8 10 280 0,13 940
4 45 53 - 2 321 11 11 305 0,11 890
5 24 - 73 3 190 60 12 280 0,24 1722

В таблице представлены предельно достижимая электропроводность контакта rsc-1 и соответствующая ей интенсивность изнашивания I, пористость П, удельное электросопротивление ρ, твердость НВ спеченных композитов, содержащих железо (п/п.1-4) и переработанную сталь ШХ15 (п.5).

Пример. Порошки компонентов в соотношениях, приведенных в таблице (п/п.1-4), смешивают в вибромельнице в течение 2 часов. Высушенную порошковую смесь помещают в стальную пресс-форму с верхним и нижним пуансонами и прессуют при давлении 550 МПа. Прессованные брикеты спекают при температуре 1080-1100°С в вакууме в течение 2 часов.

Спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, работающего в паре со стальным контртелом при контактной плотности тока более 100 А/см2, содержащий медь и графит, отличающийся тем, что он дополнительно содержит железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 24-57
графит 2-3
железо остальное.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу изготовления полуфабриката детали для электрических контактов в форме полосы. Из композиционного материала на основе серебра, содержащего один или более оксидов металла или углерод, изготавливают блок, наносят на блок из композиционного материала покрытия из порошка базового металла.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к производству изделий из металлических порошков. .

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении разрывных электроконтактов. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиочастотных коммуникационных системах. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим контактам низковольтных электрических реле. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к спеченным материалам на основе меди, предназначенным для изготовления разрывных и скользящих электрических контактов.

Изобретение относится к бытовому устройству, например посудомоечной машине, стиральной машине, холодильнику и т.д. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению порошковых металлокерамических материалов для электрических контактов, для электроконтактов, включающий приготовление шихты путем смешения готовых компонентов, холодное брикетирование, спекание, допрессовку и отжиг, отличающийся тем, что готовят шихту, содержащую порошки меди и кадмия с раствором термически нестабильной соли кадмия, сушат и термообрабатывают ее при температуре 300-500°С.
Изобретение относится к области электротехники, преимущественно к композиционным материалам, служащим для изготовления электрических контактов низковольтной аппаратуры, а также к способу изготовления таких контактов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения композиционных материалов на основе меди. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способу получения стали, содержащей наноразмерные частицы боридов, оксидов, нитридов. Может использоваться для изготовления элементов деталей для хранения отработавшего ядерного топлива, чехлов тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов, чехлов гильз системы управления и защиты нейтронных источников (СУЗ), оболочек твэлов.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению спеченных изделий на основе железа из порошковой композиции, содержащей распыленный водой предварительно легированный стальной порошок.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению спеченных деталей из порошковой композиции на основе распыленного водой порошка на основе железа.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению порошка на основе железа, содержащего небольшое количество углерода. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к обработке металлических порошков, предназначенных для изготовления композитных изделий и покрытий, работающих в высокочастотных (ВЧ) и сверхвысокочастотных (СВЧ) диапазонах.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению спеченных изделий из распыленного водой предварительно легированного стального порошка. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым фрикционным сплавам на основе железа, и может быть использовано в узлах трения фрикционных муфт сцепления быстродействующих электроприводов для механизированных сортировочных горок железных дорог.
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к составам спеченных антифрикционных материалов на основе железа. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к составам спеченных антифрикционных материалов на основе железа. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к внепечной обработке расплавов стали, чугуна и цветных металлов. Состав включает материал, содержащий карбонаты кальция, бария и стронция, при этом он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: СаО 16,0-40,0, ВаО 10,0-24,0, SrO 2,5-11,5, СО2 18,0-30,0, SiO2 2,0-15,0.
Наверх