Спечённый композиционный материал

Изобретение относится к cпеченным композиционным материалам на основе железа. Материал содержит 2,9-3,5 мас.% графита, 18-22 мас.% меди, 3,6-8,8 мас.% свинца, 1,4-1,6 мас.% олова, 0,1-2,0 мас.% термореактивной смолы, 0,005-0,2 мас.% полиэдральных многослойных углеродных наноструктур фуллероидного типа и остальное до 100 мас.% железа. Обеспечивается повышение уровня физико-механических и электротехнических свойств материала. 1 табл.

 

Изобретение относится к составам композиционных материалов, содержащих антифрикционный наполнитель, получаемых методом порошковой металлургии и предназначенных для использования в качестве скользящих контактов, обеспечивающих подачу электрического тока с токонесущего медного провода на транспортное средство, например троллейбус. Материал может использоваться в сильноточных скользящих контактах городского электротранспорта.

К скользящим электроконтактам (токосъемникам) для транспорта типа троллейбусов и электропоездов, помимо требования высоких электропроводности и прочности, предъявляются повышенные требования по антифрикционным свойствам. Это обусловлено интенсивным изнашиванием рабочей части токосъемника в области, контактирующей с медным проводом, вследствие трения. Интенсивность изнашивания и, как следствие, срок службы определяют, в основном, антифрикционные и электротехнические свойства материала токосъемника, характеризуемые его износостойкостью и электропроводностью.

Для скользящих электрических контактов троллейбусов (вставки троллейбусные) в соответствии с современными требованиями износ медного провода в контакте со вставкой должен быть не более 40 км при 10000 проходов троллейбуса [Ивин К.В. Токосъем наземного городского транспорта. - М.: Издательство литературы по строительству, 1965, с. 112-128]. В связи с этим при значительной протяженности маршрутов троллейбусов в системе «ГОРЭЛЕКТРОТРАНС» города Санкт-Петербурга требуется большое количество вставок - не менее 200 тысяч штук в год. Поэтому, кроме указанных выше свойств материала вставки, существенную роль при выборе материала играет его стоимость.

Известен спеченный антифрикционный материал на основе железа (патент RU 2064519, С22С 1/05, опубл. 27.07.1996), содержащий, мас. %:

Графит 1-6
Пустотелые стеклянные микросферы или отходы 15,8-17,9
Медь 10-40
Железо до 100

Присутствие в составе микросфер или отходов стекла при указанном соотношении компонентов позволило, по сравнению с известными на дату подачи заявки аналогичными составами, получить высокий уровень антифрикционных характеристик пары трения "вставка-медный провод". По сведениям авторов, интенсивность изнашивания вставки и медного провода снижаются более чем в 100 раз.

Однако указанное сочетание высоких антифрикционных свойств описанного материала на практике не подтверждается.

Кроме того, наличие в материале стекла способствует появлению царапин и задиров на медном (дорогом) проводе, а также пылевыделению в виде мелких стеклянных частиц, экологически вредных для окружающей среды. Вследствие указанных недостатков данный материал до настоящего времени не внедрен в производство вставок.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому материалу является известный спеченный композиционный материал на основе железа, применяемый для изготовления контактных вставок токоприемников троллейбусов [ТУ 37.311.002 - 96, прототип]. Материал содержит, мас. %:

Графит 2,0-2,5
Медь 24,8-25,2
Свинец 9,5-10,5
Железо до 100

Такой материал вставок имеет удельное электрическое сопротивление не более 35 мкОм⋅м, твердость по Бринеллю не более 40 НВ, плотность не менее 6 г/см3 и разрушающее усилие не менее 5,0 кН.

Недостатком этого материала является сравнительно невысокая износостойкость и высокая стоимость из-за большого содержания меди.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - разработка спеченного композиционного материала на основе железа с высокими эксплуатационными характеристиками при относительно невысокой стоимости.

Технический эффект, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения, - повышение уровня физико-механических и электротехнических свойств материала при снижении его стоимости.

Указанный эффект достигается тем, что спеченный композиционный материал, содержащий графит, медь и свинец, в отличие от известного дополнительно содержит олово, термореактивную смолу и полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Графит 2,9-3,5
Медь 18,0-22,0
Свинец 3,6-8,8
Олово 1,4-1,6,
Термореактивная смола 0,1-2,0
Полиэдральные многослойные углеродные
наноструктуры фуллероидного типа 0,005-0,2
Железо до 100

Приведенная совокупность признаков, характеризующая заявленное изобретение, является новой, так как не известна из существующего уровня техники. Так же заявленное изобретение не следует явным образом из уровня техники, так как не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками.

Улучшение антифрикционных свойств заявленного материала обуславливает введение антифрикционного наполнителя, состоящего из термореактивой смолы с полиэдральными многослойными углеродными наноструктурами фуллероидного типа.

Введение в состав материала небольшого количества олова повышает его твердость, прочность и износостойкость за счет эффекта жидкофазного спекания.

Снижение стоимости материала обусловлено снижением содержания меди.

Достижение указанного эффекта доказывают приведенные в таблице результаты, полученные на примерах конкретной реализации изобретения (примеры 1-6), в сравнении с прототипом (пример 8). Предложенный материал получают по известным в порошковой металлургии технологиям следующим образом.

Готовят смесь из порошка графита марки ГС-2 ГОСТ 8295;

медного порошка ПМС-1 ГОСТ 4960-2009;

свинцового порошка ПС-1 ГОСТ 16138-78;

оловянного порошка ПО-1 ГОСТ 9723-73;

железного порошка марки ПЖРВ2.200.26 ГОСТ 9849-86 (ТУ 14-1-5365-98).

Из полученной порошковой смеси при давлении 400 МПа прессуют заготовку образца, которую затем спекают в защитной среде (например, в диссоциированном аммиаке) в течение 2-х часов при температуре 1100-1120°C. После чего спеченную заготовку пропитывают раствором полиэдральных многослойных углеродных наноструктур фуллероидного типа в термореактивной смоле по методике, разработанной в ЗАО «НТЦ прикладных нанотехнологий» [ТУ 2166-001-13800624-2003. Суспензия на основе термопластической смолы с наноструктурами фуллероидного типа].

Пропитку осуществляют в указанном растворе в течение 30 минут в ультразвуковой ванне с ультразвуковым генератором УЗГ3-10. После пропитки заготовку высушивают на воздухе.

Полученные образцы испытывают на прочность при изгибе, износостойкость и электропроводность материала.

Износостойкость проверялась на специальной машине УМТ-1, созданной в Петербургском государственном университете путей сообщения (ПГУПС), совместно с «ГОРЭЛЕКТРОТРАНС» города Санкт-Петербурга. Испытания на износостойкость троллейбусной вставки из материала по изобретению и контртела (медный провод) проводились в условиях, приближенных к условиям эксплуатации троллейбуса: скорость скольжения образца вставки по медному проводу - 8 м/с, давление образца на медный повод - 1,5 кг/см2, плотность тока - 75 А/см2, сила тока – 12 А, время испытаний - 3 часа. Приведенные условия являются ускоренными по сравнению с условиями эксплуатации контактной системы троллейбуса [Ефремов И.С. и др. Технические средства городского электрического транспорта. - М.: Высшая школа, 1985, с. 448].

В таблице приведены составы композиций и физико-механические свойства заявляемого материала различного состава (примеры 1-6) и прототипа (пример 8).

Как видно из таблицы, по сравнению с прототипом (пример 8) износ вставки и контактного провода значительно ниже во всех вариантах состава заявленного материала.

При содержании компонентов выше (пример 5) или ниже (пример 4) заявленных пределов прочность и твердость образца ниже, а износ, как следствие, выше, чем в случаях содержания компонентов в заявленных пределах при работе как в сухой, так и во влажной атмосфере. При этом важно то, что износ токоведущего медного провода во всех вариантах заявляемого состава ниже, чем у прототипа.

Повышение износостойкости материала приводит к снижению расхода вставок при эксплуатации, что с учетом более низкой стоимости обеспечивает достижение существенного экономического эффекта.

Кроме того, электропроводность образца в контакте с медным проводом значительно выше, чем у прототипа. В результате, при использовании троллейбусной вставки из заявляемого материала уменьшаются потери электрической мощности в энергосистеме троллейбуса.

Таким образом, видно, что материал по изобретению обладает более высоким уровнем физико-механических и электротехнических свойств и имеет более низкую стоимость.

Из приведенных выше материалов очевидно, что заявляемое изобретение является промышленно применимым. В настоящее время ЗАО «Завод «Композит» (Санкт-Петербург, Россия) из материала по изобретению производит образцы электроконтактных вставок для опытной эксплуатации на троллейбусах в разных регионах России в различных климатических условиях. Опытная эксплуатация производится в условиях как сухого, так и влажного климата, а также при обледенении проводов. Полученные результаты подтверждают указанные преимущества материала по изобретению. По завершении опытной эксплуатации предполагается промышленный выпуск, в частности, троллейбусных вставок из такого материала.

Спеченный композиционный материал, содержащий графит, медь, свинец и олово, отличающийся тем, что он содержит термореактивную смолу и полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Графит 2,9-3,5
Медь 18-22
Свинец 3,6-8,8
Олово 1,4-1,6
Термореактивная смола 0,1-2,0

Полиэдральные

многослойные углеродные наноструктуры

фуллероидного типа 0,005-0,2
Железо до 100



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению железных спеченных изделий. Шихта содержит 10,0-12,0 мас.

Группа изобретений относится к спеченному магниту Nd-Fe-B, состоящему из редкоземельного элемента R, дополнительного элемента Т, железа Fe, бора В и примесей. Указанный магнит содержит фазу, обогащенную редкоземельными элементами, и основную фазу кристаллической структуры Nd2Fe14B.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам фрикционных материалов, предназначенных для работы в тормозных устройствах. Фрикционный материал на основе железа содержит, мас.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к составам спеченных антифрикционных материалов, которые могут быть использованы в машиностроении.

Группа изобретений относится к горячему изостатическому прессованию металлургического порошкового материала. Торцевая пластина для контейнера содержит центральную область и основную область, простирающуюся радиально от центральной области и заканчивающуюся в углу по периметру торцевой пластины кромкой контейнера.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к составам спеченных антифрикционных материалов на основе железа, используемых для работы в несущих или направляющих узлах.
Изобретение относится к получению стального порошка с пониженным содержанием кислорода. Способ включает термообработку стального порошка при температуре 900-1200°С в среде водорода и охлаждение в среде аргона.
Изобретение относится к получению порошка композитного материала на основе железа и карбида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

Группа изобретений относится к изготовлению деталей спеканием. Порошковая смесь на основе железа состоит из порошка А на основе железа и порошка В на основе железа при соотношении от 90:10 до 50:50, 0,4-0,9 мас.% С, 0,1-1,2 мас.% смазки, выбранной из группы, включающей Lube, Kenolube и парафины группы EBS, и 0,1-1,5 мас.% твердой смазки.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении производительности.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении углеродных катодных материалов для накопителей энергии, например гибридных суперконденсаторов.

Изобретение относится к области получения высокопрочной керамики алюминат-литиевого класса на основе оксида циркония, которая может использоваться для изготовления лопаток газовых турбин и блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к материалу для изготовления анодов литий-ионных аккумуляторов, содержащих частицы графенового углерода, который получен термически из углеродсодержащих материалов-предшественников, подвергнутых нагреву в термической зоне до температуры по меньшей мере 1000°С.

Изобретение относится к получению нанокомпозиционных порошковых катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. В качестве исходного материала выбирают наноразмерный порошок аэросила (SiO2) с удельной поверхностью 350-380 м2/г, который сушат в вакууме в течение 1-3 ч.
Изобретение относится к молочной промышленности и нанотехнологии. Подготавливают молоко и заквашивают.

Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к способу получения нанокапсул, и описывает способ получения нанокапсул сухого экстракта топинамбура. Способ характеризуется тем, что сухой экстракт топинамбура добавляют в суспензию агар-агара в этаноле, содержащую 0,01 г препарата E472c в качестве поверхностно-активного вещества, перемешивают при 1000 об/мин, затем добавляют гексан, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают, промывают гексаном и сушат, при этом массовое соотношение агар-агара к экстракту топинамбура в нанокапсулах составляет 1:1, 3:1, 5:1 или 1:5.

Изобретение относится к нанотехнологии. Сначала смешивают полимер с катализатором и растворителем до получения однородного раствора.

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и материалов, а именно к способу получения алмазной пленки на твердосплавных изделиях из карбида вольфрама с содержанием в качестве связующего 6% кобальта.

Изобретение относится к химической промышленности. Взрывчатое вещество со скоростью детонации 6300 м/с или более размещают на периферии исходного вещества, содержащего ароматическое соединение с не более чем двумя нитрогруппами, например, динитротолуола, динитробензола или динитроксилола.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для трансдермальной доставки биологически активных веществ (БАВ). Для этого осуществляют аппликацию контейнеров с иммобилизованным БАВ на поверхность кожи с последующей транспортировкой через придатки кожи.

Изобретение относится к изготовлению алмазных инструментов. Способ получения алмазосодержащей матрицы включает приготовление твердосплавной порошковой шихты, ее пластифицирование, послойную засыпку приготовленной шихты в металлическую пресс-форму и укладку алмазных зерен, имеющих оболочку из частиц хрома, прессование шихты с алмазными зернами в брикет и спекание брикета в печи с пропиткой медью в вакууме в направлении снизу вверх.

Изобретение относится к cпеченным композиционным материалам на основе железа. Материал содержит 2,9-3,5 мас. графита, 18-22 мас. меди, 3,6-8,8 мас. свинца, 1,4-1,6 мас. олова, 0,1-2,0 мас. термореактивной смолы, 0,005-0,2 мас. полиэдральных многослойных углеродных наноструктур фуллероидного типа и остальное до 100 мас. железа. Обеспечивается повышение уровня физико-механических и электротехнических свойств материала. 1 табл.

Наверх