Спеченный материал токосъемного элемента романит-увлш, способ его получения и токосъемный элемент

Группа изобретений относится к изготовлению токосъемных элементов. Спеченный материал содержит пропитанную маслом с ультрадисперсными алмазами спеченную смесь, состоящую из гранул, содержащих медь и графит, волокон и нитей углеродных, ультрадисперсных алмазов, порошков железа, графита, меди, упрочненной хромистым чугуном, шунгита, интеркаляционных соединений дисульфид молибдена и упрочняюще-легирующих компонентов. Способ получения спеченного материала включает гранулирование смеси порошков, содержащей порошки графита и меди, с получением гранул размером 0,4-2,0 мм, после чего готовят шихту путем смешивания полученных гранул со смесью остальных компонентов материала при соотношении гранул и смеси 1:50-1:3, затем формуют, спекают полученную шихту и пропитывают маслом с ультрадисперсными алмазами. Токосъемный элемент содержит несущий элемент с рабочим слоем из спеченного материала. Обеспечивается низкое удельное сопротивление, высокая электропроводность, высокая самосмазывающая способность, повышенная износостойкость и механическая прочность и низкий коэффициент трения. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к материалу токосъемных элементов электрифицированного транспорта, в частности к созданию материалов токосъемных элементов для сильноточных скользящих контактов и способу их получения, выполненному с использованием этого материала. Более подробно изобретение относится к материалам токосъемных устройств, позволяющих передавать электроэнергию с контактного провода на электроподвижной состав, как при малых, так и при высоких скоростях движения.

Анализ научно-технической информации показал, что в настоящее время не существует порошковых экологически чистых материалов токосъемных элементов на медной основе, обеспечивающих необходимый ресурс работы контактирующей пары при высоких скоростях скольжения токах до 3000 А. Нормальная эксплуатация таких материалов в различных климатических условиях в паре с медным контактным проводом возможна в случае высокой их прочности, низкой твердости, отсутствия влагопоглощения, образования и поддержания на поверхности материала разделительной пленки, обеспечивающей низкий коэффициент трения и предотвращающей схватывание, перекос, большой нагрев и интенсивный износ контактирующей пары. Образование пленки возможно при наличии твердой смазки на уровне не менее 10%.

В связи с этим постановка задачи, заключающаяся в создании экологически чистых материалов с количеством твердой смазки выше 10% с одновременным увеличением механических, электрических и трибологических характеристик актуальна.

Известен материал токосъемного элемента (патент Российской Федерации №2049687 от 10.12.1995 г.) в виде спеченных порошков фосфора, железа, графита и меди с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Фосфор 0,48-1,20
Железо 9,60-12,00
Цинк 2,40-16,00
Графит 10,5-25,00
Медь остальное

При этом мас. % графита и 9,0-15,0 мас. % меди входят в материал в виде гранул размером 0,4-2,0 мм.

Недостатком описанного материала и способа его получения является низкая механическая прочность получаемого антифрикционного материала, так как входящий в состав этого материала цинк при температуре свыше 550°С интенсивно испаряется, что приводит к значительному ослаблению материала. Вследствие этого материал имеет низкую прочность, износостойкость и электропроводность.

Известен антифрикционный материал, способ его получения и элемент узла трения (Евразийский патент №004351 от 29.04.2004 г., патенте Украины №47235 от 17.05.2003 г.) в виде спеченных порошков фосфора, железа, графита, гранул графита и меди, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Фосфор 0,5-5,4
Железо 10,91-26,25
Графит 0,16-5,16
Гранулы 2,0-24,0
Медь остальное

При этом гранулы графита имеют размер 0,4-1,6 мм при следующем содержании компонентов в теле гранул, мас. %:

Медь 37,0-60,0
Графит остальное

Недостатком описанного материала, способа его получения и элемента узла трения, полученного с использованием этого материала, высокое удельное электрическое сопротивление и как следствие низкая электропроводность, что вызывает повышенный износ, как самого токосъемного контакта, так и контактного провода.

Известен композиционный материал для антифрикционных деталей (патент США №2002010817 от 26.032001 г.) в виде спеченных порошков фосфора, железа, дисульфида молибдена, графита, гранул графита и меди, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Фосфор 0,71-1,44
Железо 18,8-25,0
Графит 0,78-5,0
Гранулы 6,0-24,0
Медь остальное

При этом гранулы графита имеют размер 0,4-1,5 мм при следующем содержании компонентов в теле гранул, мас. %:

Графит 40-70
Дисульфид молибдена 15-30
Медь 15-30

Недостатком описанного материала является низкая прочность гранул из-за содержания в них дисульфида молибдена и недостаточного количества меди в гранулах, что не позволяет создать прочную армирующую медную сетку в грануле графита. К тому же, как показывает опыт, введение дисульфида молибдена в гранулы не позволяет получить достаточную прочность гранул. При работе подвижного токосъемного контакта гранулы графита высыпаются, и разделительная пленка не образуется. Образующиеся поры в материале увеличивают его удельное электрическое сопротивление и как следствие снижают его электропроводность и вызывают повышенный износ токосъемного элемента и контактного провода. К тому же в зимние месяца года в образующиеся поры, от высыпания графита, попадает влага, которая при остановке движения замерзает и разрушает токосъемный элемент, что может привести к обрыву контактного провода.

Известен антифрикционный материал «Романит-УВЛ», способ его получения и элемент узла трения (патент Украины №61751 от 15.11.2006 г., патент Республики Беларусь №10843 от 08.04.2008 г. и патент Российской Федерации №2336444 от 20.10.2008 г. в виде спеченных порошков феррофосфора железа, графита, меди или ее сплавов и волокон или нитей углеродных с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Феррофосфор 0,50-5,40
Углеродное волокно 0,50-15,00
Железо 10,91-26,25
Графит 0,16-5,16
Гранулы 2,00-24,00
Медь остальное

При этом гранулы имеют размер 0,4-2,0 мм при следующем соотношении компонентов в теле гранул, мас. %:

Медь 37,0-60,0
Графит остальное

Недостатком описанного материала, способа его получения и элемента узла трения, полученного с использованием этого материала, является создание недостаточно прочной разделительной пленки на поверхности токосъемного элемента. Образуемая пленка не прочная и легко разрушается при движении. На поверхности контактного провода разделительная пленка совсем не образуется. Все это приводит к повышенному износу, как токосъемного элемента, так и контактного провода.

Известен антифрикционный материал «Романит-УВЛШ», способ его получения и элемент узла трения в виде спеченных порошков феррофосфора, железа, графита, гексагонального нитрида бора, никеля, мелкодисперсных алмазов УДА, оксида кремния, шунгита, меди или ее сплавов и волокон углеродных с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, при следующем содержании компонентов в материале, мас. %:

Феррофосфор 0,5-5,4
Волокна углеродные 0,5-15,0
Железо 10,91-26,25
Графит 0,16-5,16
Гранулы 2,0-24,0
Гексагональный нитрид бора 0,1-5,0
Никель 0,2-10,0
Мелкодисперсные алмазы УДА 0,01-5,0
Оксид кремния 0,5-5,0
Шунгит 0,01-22,0
Медь или ее сплавы остальное

При этом гранулы имеют размер 0,4-2,0 мм при следующем соотношении компонентов в теле гранул, мас. %:

Медь 37,0-60,0
Графит остальное

[див. пат. №84599 з класiв B22F 7/04, С22С 1/04, С22С 1/10, F16C 33/04 опублiкований 10.11.2008 року].

Основными недостатками описанного материала, способа его получения и элемента узла трения, полученного с использованием этого материала, является то, что при совместном введении гексагонального нитрида бора, никеля и мелкодисперсных алмазов при спекании материала гексагональный нитрид бора и никель покрывают поверхность мелкодисперсных алмазов тонкой пленкой и, в результате этого, мелкодисперсные алмазы не участвуют в образовании цепочек атомов, так называемых «нитей жемчуга» и не участвуют в удержании капелек масла. Оксид кремния - это песок, и он действует на мягкие материалы, такие, как контактный провод, как наждак и вызывает их повышенный износ и по этой причине этот материал нельзя применять в токосъемных элементах.

Известен антифрикционный материал «Романит-УВЛШДМБ», способ его получения и элемент узла трения в виде спеченных порошков феррофосфора, железа, графита, гексагонального нитрида бора, никеля, мелкодисперсных алмазов УДА, шунгита, неорганического соединения бора, дисульфид молибдена, кислородосодержащего соединения бора, меди или ее сплавов и волокон углеродных с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, при следующем содержании компонентов в материале, мас. %:

Феррофосфор 0,5-5,4
Волокна углеродные 0,5-15,0
Железо 10,91-26,25
Графит 0,16-5,16
Гранулы 2,0-24,0
Гексагональный нитрид бора 0,1-5,0
Никель 0,2-10,0
Мелкодисперсные алмазы УДА 0,01-5,0
Шунгит 0,01-22,0
Неорганическое соединение бора,
не содержащее кислород 0,005-3,4
Дисульфид молибдена 0,5-5,0
Кислородосодержащее соединение бора 0,5-3,4
Медь или ее сплавы остальное

При этом гранулы имеют размер 0,4-2,0 мм при следующем соотношении компонентов в теле гранул, мас. %:

Медь 37,0-60,0
Графит остальное

[див. пат. №86499 з класiв B22F 7/00, С22С 1/04, С22С 1/10, F16C 33/04 опублiкований 27.04.2009 року].

Недостатком описанного материала, способа его получения и элемента узла трения, полученного с использованием этого материала, является то, что при совместном введении гексагонального нитрида бора, никеля и мелкодисперсных алмазов при спекании материала гексагональный нитрид бора и никель покрывают поверхность мелкодисперсных алмазов тонкой пленкой и, в результате этого, мелкодисперсные алмазы не участвуют в образовании цепочек атомов, гак называемых «нитей жемчуга» и не участвуют в удержании капелек масла. В процессе спекания при температуре свыше 800°С дисульфид молибдена окисляется кислородосодержащим соединением бора и в результате этого коксуется и действует на мягкие материалы, такие, как контактный провод, как наждак и вызывает их повышенный износ и по этой причине этот материал нельзя применять в токосъемных элементах.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ получения антифрикционного материала Романит-АВ, антифрикционный материал Романит-АВ, полученный этим способом, (варианты) и элемент узла трения (варианты) (патент Украины №61751 от 15.11.2006 г.,) в виде спеченных порошков феррофосфора, железа, графита, меди или ее сплавов, масла с ультрадисперсным порошком алмаза и связующего волокон углеродных с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, при следующем содержании компонентов в материале, мас. %:

Масло 0,50-40
Ультрадисперсный порошок алмаза 0,10-5,00
Феррофосфор 0,50-5,40
Волокна углеродные 0,50-25,0
Железо 10,91-26,25
Графит 0,16-5,16
Гранулы 0,50-24,0
Медь или ее сплавы остальное

При этом гранулы имеют размер 0,4-2,0 мм при следующем соотношении компонентов в теле гранул, мас. %:

Медь 37,0-60,0
Графит остальное

Недостатком описанного способа получения антифрикционного материала Романит-АВ, антифрикционного материала Романит-АВ, полученного этим способом и элемента узла трения является высокое удельное электрическое сопротивление этого материала и, как, следствие, не способность воспринимать электрическую дугу при движении, что не позволило использовать материал Романит-АВ для изготовления токосъемных элементов подвижных контактов.

В основу изобретения поставлена задача, создать материал для токосъемных элементов в виде волокон и нитей углеродных и спеченных порошков железа, графита, с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, содержащий масло с ультрадисперсиыми алмазами (УДА), в котором путем дополнительного введения меди, упрочненной хромистым чугуном, шунгита, интеркаляционных соединений дисульфида молибдена, упрочняюще-легирующих компонентов и введением в матрицу ультрадисперсных алмазов УДГ и соответствующего подбора компонентов получают материал токосъемного элемента с низким удельным электрическим сопротивлением, с высокой электропроводностью, с высокой самосмазывающейся способностью, повышенной износостойкостью, механической прочностью, низким коэффициентом трения.

Другой задачей изобретения является создание такого способа получения материала токосъемного элемента, в котором медный порошок, упрочненный хромистым чугуном, шунгит, интеркаляционные соединения дисульфид молибдена, упрочняюще-легирующие компоненты, ультрадисперсные алмазы УДГ, смешиваются с матричной шихтой, содержащей порошки железа, графита, волокон и нитей углеродных с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, при определенном соотношении компонентов образуется материал токосъемного элемента с высокой самосмазывающейся способностью, низким удельным электрическим сопротивлением, повышенной износостойкостью и высокой механической прочностью материала.

Еще одной задачей изобретения является создание такого токосъемного элемента, в котором путем использования материала токосъемного элемента, полученного путем подбора компонентов и определенного способа получения этого материала, достигается получение на поверхности материала толстой разделительной пленки, предотвращающей износ токосъемного элемента и контактного провода.

Поставленная задача решается тем, что в известном антифрикционном материале в виде волокон и нитей углеродных и спеченных порошков железа, графита, с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, пропитанных, после спекания, маслом содержащем ультрадисперсные алмазы, согласно изобретению, он дополнительно содержит медь, упрочненную хромистым чугуном, шунгит, интеркаляционные соединения дисульфид молибдена, упрочняюще-легирующие компоненты, ультрадисперсные алмазы УДА при следующем соотношении компонентов в материале, мас. %:

Масло
с ультрадисперсными алмазами 0,50-40,00
Волокна и нити углеродные 0,50-15,00
Железо 10,91-26,25
Графит 0,16-5,16
Гранулы 2,00-24,00
Упрочняюще-легирующие компоненты 0,50-5,40
Интеркаляционные соединения
дисульфид молибдена 0,50-5,00
Ультрадисперсные алмазы УДА 0,01-5,00
Шунгит 0,10-22,00
Медь с хромистым чугуном остальное

При этом гранулы имеют размер 0,4-2,0 мм при следующем соотношении компонентов в теле гранул, мас. %:

Медь 37,0-60,0
Графит остальное

При этом медь с хромистым чугуном имеет следующее соотношение компонентов в порошке:

Хромистый чугун 5,0-30,0
Медь остальное

При этом масло с ультрадисперсными алмазами имеет следующее соотношение компонентов, мас. %:

Ультрадисперсные алмазы 0,10-5,00
Масло остальное

в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов выбирают по меньшей мере один материал, выбранный из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (феррофосфор).

Еще одна задача решается тем, что, согласно изобретению, получение материала токосъемного элемента, включающем получение порошка меди, упрочненного хромистым чугуном, путем совместного расплавления меди и хромистого чугуна и последующего распыления полученного расплава на установке ударного дробления УДГ и последующим смешиванием с матричной шихтой, согласно изобретению, содержащей волокна и нити углеродные, порошки железа, графита, шунгита, интеркаляционные соединения дисульфид молибдена, упрочняюще-легирующих компонентов, ультрадисперсных алмазов УДЛ.

Еще одна задача решается тем, что в известном способе получения материала, включающем получения гранул путем гранулирования первой смеси порошков, содержащей порошки графита и меди, смешивание гранул со второй смесью порошков, содержащей углеродные волокна, порошки железа, графита, формование и спекание полученной шихты, согласно изобретению, первую смесь порошков, содержащую, мас. %:

Порошок меди 37,0-60,0
Порошок графита остальное

Гранулируют с получением гранул размером 0,4-2,0 мм, гранулы смешивают со второй смесью порошков, которая дополнительно содержит медь, упрочненную хромистым чугуном, шунгит, интеркаляционные соединения дисульфид молибдена, упрочняюще-легирующие компоненты, ультрадисперсные алмазы УДА при следующем соотношении компонентов в материале, мас. %:

Волокна и нити углеродные 0,50-15,00
Железо 10,91-26,25
Графит 0,16-5,16
Гранулы 2,00-24,00
Упрочняюще-легирующие компоненты 0,50-5,40
Интеркаляционные соединения
дисульфид молибдена 0,50-5,00
Ультрадисперсные алмазы УДА 0,01-5,00
Шунгит 0,10-22,00
Медь с хромистым чугуном остальное

При следующем соотношении, мас. ч.:

Гранулы: вторая смесь порошка 1:50 - 1:3

в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов выбирают по меньшей мере один материал, выбранный из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (феррофосфор).

Предпочтительно первую смесь порошков, известным способом, гранулируют путем пропускания между калиброванными валками прокатного стана.

Формование шихты, в соответствии с изобретением, может быть выполнено путем прокатывания дозированными порциями между валками прокатного стана.

Предпочтительно шихту спекают при температуре 900-1100°С.

Еще одна задача решается тем, что полученный токосъемный элемент, известным способом, пропитывают маслом, в котором содержится от 0,5 до 5,0 мас. % ультрадисперсного порошка алмаза, при этом концентрацию масла и размер частиц ультрадисперсного порошка алмаза подбирают таким образом, чтобы после пропитки количество масла в материале токосъемного элемента составляла от 0,5 до 40 мас. %, а количество ультрадисперсного порошка алмаза - от 0,1 до 5,5 мас. %.

Еще одна задача решается тем, что в известном элементе узла трения, включающем несущий элемент с напеченным слоем антифрикционного материала из спеченных порошков железа, графита, волокон и нитей углеродных с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, масло с ультрадисперсным порошком алмаза, согласно изобретению, дополнительно содержит медь, упрочненную хромистым чугуном, шунгит, интеркаляционные соединения дисульфид молибдена, упрочняюще-легирующие компоненты, ультрадисперсные алмазы УДА, при следующем соотношении компонентов в материале, мас. %:

Масло
с ультрадисперсными алмазами 0,50-40,00
Волокна и нити углеродные 0,50-15,00
Железо 10,91-26,25
Графит 0,16-5,16
Гранулы 2,00-24,00
Упрочняюще-легирующие компоненты 0,50-5,40
Интеркаляционные соединения
дисульфид молибдена 0,50-5,00
Ультрадисперсные алмазы УДА 0,01-5,00
Шунгит 0,10-22,00
Медь с хромистым чугуном остальное

При этом гранулы имеют размер 0,4-2,0 мм при следующем соотношении компонентов в теле гранул, мас. %:

Медь 37,0-60,0
Графит остальное

При этом медь с хромистым чугуном имеет следующее соотношение компонентов в порошке, мас. %:

Хромистый чугун 5,0-17,0
Медь остальное

При этом масло с ультрадисперсными алмазами имеет следующее соотношение компонентов, мас. %:

Ультрадисперсные алмазы 0,10-5,00
Масло остальное

в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов выбирают по меньшей мере один материал, выбранный из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (феррофосфор).

Предпочтительно несущий элемент выполнен из низкоуглеродистой стали.

Толщину несущего элемента выбирают в пределах 1,0-7,0 мм, при этом толщина рабочего слоя 1,0-12,0 мм.

Введение в материал токосъемного элемента в качестве основы меди, легированной хромистым чугуном, обусловлено тем, что, введение хромистого чугуна в медь в сотни, раз упрочняет медь увеличивая ее микротвердость, искажает кристаллическую решетку меди, активизируя диффузионные процессы, протекающие при спекании меди и, как результат, значительно улучшает электрические и антифрикционные свойства меди, снижает и стабилизирует коэффициент трения материала (рис. 1 и рис. 2).

В ведение в материал токосъемного элемента в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов одного из материалов, выбранного из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (феррофосфор) обусловлено тем, что фосфор активирует спекание материала, сильно повышает скорость диффузионных процессов, происходящих в α-фазе (примерно в 100 раз), резко снижает температуру спекания, упрочняет феррит в 290 раз, образует фосфид меди, твердость которого выше твердости меди. Фосфор взаимодействует с медью, железом и образует сложные соединения в системах Fe-Fe3P, Cu-Cu3P, что значительно увеличивает электропроводимость материала.

Предельные содержания упрочняюще-легирующих компонентов определены экспериментальным путем, в связи с ограниченной растворимостью фосфора в железе и меди.

Экспериментально установлено, что содержание в меди хромистого чугуна менее 5% не оказывает заметного влияния на улучшение электрических и трибологических свойств материала, а при содержании в меди хромистого чугуна более 17% приводит к повышенному износу сопрягаемых поверхностей.

Введение в материал токосъемного элемента шунгита обусловлено тем, что шунгит содержит до 60% фуллеренов углерода С60 или как ранее называли стеклографит (рис. 3).

Благодаря тому, что фуллерены углерода С60 обладают более высокой симметрией и наибольшей стабильностью, позволило создать материалы с повышенными электрическими, трибологическими и механическими свойствами для эксплуатации в линиях как постоянного, так и переменного тока.

В материале токосъемного элемента присоединение к фуллерену металлсодержащего радикала меди, упрочненной хромистым чугуном, интеркаляционных соединений дисульфид молибдена, ультрадисперсных алмазов УДА (рис. 4) уменьшает сродство этой молекулы к электрону, и открывает огромные перспективы создания абсолютно нового класса токосъемных композиционных вставок с параметрами, изменяющими в широких пределах. При этом молекулы фуллерена выполняют роль основной цепи.

Присоединения к фуллеренам углерода металлосодержащих радикалов, входящих в материал токосъемного элемента, меди, упрочненной хромистым чугуном, интеркаляционных соединений дисульфид молибдена, ультрадисперсных алмазов УДА, образуют цепочки, которые получили образное название «нить жемчуга». Образование таких цепочек возможно только благодаря шунгиту, меди, с растворенным в ней хромистым чугуном, интеркаляционных соединений дисульфид молибдена, ультрадисперсным алмазам УДА. Образование фуллеренами таких цепочек обеспечивает высокую электропроводность материала токосъемного элемента и крайне низкий коэффициент трения и прочно удерживает плакированные медью гранулы графита, которые образовывают при трении на сопрягаемых поверхностях прочную разделительную пленку твердой смазки, резко снижающую коэффициент трения, предотвращающую схватывание и износ сопрягаемых поверхностей. Кроме того, при пропитке маслом, с ультрадисперсными алмазами, масло попадает в середину молекулы фуллерена углерода С60 и обеспечивает постоянный выход масла на поверхность трения в процессе всего срока эксплуатации и резко снижает коэффициент трения (рис. 1-2).

Введение шунгита менее 0,1% не оказывает заметного влияния на улучшение электрических и трибологических свойств в связи с недостаточным количеством образующихся «нитей жемчуга», а при введении более 22% смесь компонентов перестает уплотняться.

Введение в материал токосъемного элемента интеркаляционных соединений дисульфид молибдена, обусловлено свойствами этого материала. Интеркаляционные соединения дисульфид молибдена значительно уменьшает коэффициент трения, увеличивает предельно допустимое давление, увеличивает предельно допустимые скорости скольжения, повышает допустимую величину произведения P V и резко повышают антифрикционные свойства материала. Экспериментально установлено, что уже при введении интеркаляционных соединений дисульфид молибдена в количестве 0,5 мас. % происходит значительное увеличение антифрикционных свойств материала. Экспериментально установлено, что увеличение содержания в материале интеркаляционных соединений дисульфид молибдена до 5 мас. % происходит резкое увеличение антифрикционных свойств материала. При введении в материал интеркаляционных соединений дисульфид молибдена свыше 5 мас. % наблюдается резкое разупрочнения материала и значительное снижение его антифрикционных свойств.

Введение непосредственно в материал токосъемного элемента ультрадисперсных алмазов УДА обеспечивает их встраивание в «нити жемчуга». Встраивание ультрадисперсных алмазов УДА в «нити жемчуга» обеспечивает, при пропитке материала маслом, притягивание капелек масла по всей поверхности этих нитей и их прочное удержание. Экспериментально установлено, что наиболее оптимальным является введение ультрадисперсных алмазов УДА в количестве 0,01-5,00 мас. %, что обеспечивает более полное покрытие и прочное удержание по всей поверхности «нити жемчуга» частиц масла, что обеспечивает постоянное нахождение масла в материале токосъемного элемента и резко снижает коэффициент трения. При введение ультрадисперсных алмазов УДЛ в количестве более 5,0 мас. % в материале токосъемного элемента появляются не покрытые маслом частицы ультрадисперсных алмазов УДА, что оказывает отрицательное влияние на трибологические характеристики материала.

Гранулирование, известным способом, первой смеси порошков до размера гранул 0,4-2,0 мм путем пропускания между калиброванными валками прокатного стана и смешивание далее со второй смесью порошков, содержащих дополнительно порошки меди, легированной хромистым чугуном, шунгит, интеркаляционные соединения дисульфид молибдена, упрочняюще-легирующие компоненты, ультрадисперсные алмазы УДА, прокатывание шихты дозированными порциями между валками прокатного стана и спекание полученной шихты при температуре 900-1000°С в среде защитного газа позволяет получить в конечном результате материал токосъемного элемента с самосмазывающейся способностью, обладающий низким удельным сопротивлением, высокой электропроводностью, низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью, механической прочностью и обладающегося способностью создавать на поверхности трения толстую разделительную пленку, предотвращающую износ контактирующих пар трения и значительно превышающим по трибологическим характеристикам известные современной науке материалы (табл. 1).

Материал токосъемного элемента с несущим элементом с напеченным слоем материала токосъемного элемента позволяет получить на поверхности материала, обладающегося повышенной электропроводностью, низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью, механической прочностью, толстую разделительную пленку, предотвращающую износ контактирующих пар трения.

Материал токосъемного элемента, согласно изобретения, получают следующим образом:

Медь и хромистый чугун, согласно изобретения, расплавляют в плавильной электрической печи и затем распыляют на установке ударного дробления УУД с получением порошка следующего состава, в мас. %:

Хромистый чугун 5,0-17,0
Медь остальное

Смесь порошков меди и графита в количестве, мас. %:

Медь 37,0-60,0
Графит остальное

Известным способом, пропускают между калиброванными валками прокатного стана для получения гранул размером 0,4-2,0 мм.

Порошки меди, упрочненные хромистым чугуном, шунгита, интеркаляционных соединений дисульфида молибдена, упрочняюще-легирующие компоненты и ультрадисперсных алмазов УДА добавляют во вторую смесь порошков. Эту смесь загружают в смеситель и производят сухое смешивание. Затем, известным способом, добавляют увлажнитель и

производят мокрое смешивание.

Гранулы смешивают со второй смесью порошка, содержащей мас. %:

Волокна углеродные 0,50-15,00
Железо 10,91-26,25
Графит 0,16-5,16
Гранулы 2,00-24,00
Упрочняюще-легирующие компоненты 0,50-5,40
Интеркаляционные соединения
дисульфид молибдена 0,50-5,00
Ультрадисперсные алмазы УДА 0,01-5,00
Шунгит 0,10-22,00
Медь с хромистым чугуном остальное

При этом соотношение гранул и второй смеси порошков выбирают из известного способа 1:50 - 1:3.

Полученную шихту сначала формуют, прокатывая дозированными порциями между валками прокатного стана, а затем спекают при температуре 900-1100°С в проходной печи в среде защитного газа.

Для получения материала токосъемного элемента полученную шихту насыпают через дозатор на подготовленную по существующему способу поверхность стального листа из низкоуглеродистой стали нужной формы толщиной 1-7 мм, прессуют и затем спекают при температуре 900-1000°С в проходной печи в среде защитного газа. При этом толщина рабочего слоя материала токосъемного составляет 1,0-12,0 мм.

Затем полученный материал токосъемного элемента, известным способом, помещается в емкость для пропитки маслом с ультрадисперсными алмазами. Пропитка осуществляется в вакууме с подогревом до температуры интенсивного испарения масла.

Таким образом, изобретение позволяет создать материал для токосъемных элементов, обладающий самосмазывающейся способностью, обладающий повышенной электропроводностью, низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью, механической прочностью и способный создавать на трущихся поверхностях толстую разделительную пленку, предотвращающую износ контактирующих пар трения.

1. Спеченный материал для токосъемного элемента, характеризующийся тем, что он содержит пропитанную маслом с ультрадисперсными алмазами спеченную смесь, состоящую из гранул, содержащих медь и графит, волокон и нитей углеродных, ультрадисперсных алмазов, порошков железа, графита, меди, упрочненной хромистым чугуном, шунгита, интеркаляционных соединений дисульфид молибдена и упрочняюще-легирующих компонентов в виде по меньшей мере одного материала, выбранного из группы, включающей белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор и феррофосфор, при следующем соотношении компонентов в материале, мас. %:

Масло с ультрадисперсными алмазами 0,50-40,00

Волокна и нити углеродные 0,50-15,00

Железо 10,91-26,25
Графит 0,16-5,16
Гранулы, содержащие медь и графит 2,00-24,00
Упрочняюще-легирующие компоненты 0,50-5,40
Интеркаляционные соединения
Дисульфид молибдена 0,50-5,00
Ультрадисперсные алмазы 0,01-5,00
Шунгит 0,10-22,00
Медь с хромистым чугуном остальное,

при этом гранулы, содержащие медь и графит, имеют размер 0,4-2,0 мм при следующем соотношении компонентов в теле гранул, мас. %:

Медь 37,0-60,0
Графит остальное,

причем порошок меди с хромистым чугуном имеет следующее соотношение меди и хромистого чугуна, мас. %:

Хромистый чугун 5,0-30,0
Медь остальное,

а масло с ультрадисперсными алмазами имеет следующее соотношение компонентов, мас. %:

Ультрадисперсные алмазы 0,10-5,00
Масло остальное.

2. Способ получения спеченного материала для токосъемного элемента по п. 1, характеризующийся тем, что гранулируют смесь порошков, содержащую порошки графита и меди, с получением гранул размером 0,4-2,0 мм при следующем соотношении порошков меди и графита, мас. %:

Порошок меди 0,10-5,00
Порошок графита остальное,

готовят шихту путем смешивания полученных гранул со смесью, содержащей волокна и нити углеродные, ультрадисперсные алмазы, порошки железа, графита, упрочняюще-легирующих компонентов в виде по меньшей мере одного материала, выбранного из группы, включающей белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор и феррофосфор, интеркаляционных соединений дисульфид молибдена, шунгита и меди, упрочненной хромистым чугуном, при соотношении гранул и смеси 1:50-1:3, формуют и спекают полученную шихту, а затем пропитывают маслом с ультрадисперсными алмазами.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что формование осуществляют путем прокатывания шихты дозированными порциями между валками прокатного стана.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что спекание осуществляют при температуре 900-1100°С в среде эндогаза.

5. Токосъемный элемент, содержащий несущий элемент с рабочим слоем, характеризующийся тем, что рабочий слой выполнен из спеченного материала по п. 1.

6. Токосъемный элемент по п. 5, отличающийся тем, что несущий элемент выполнен из низкоуглеродистой стали.

7. Токосъемный элемент по п. 5, отличающийся тем, что несущий элемент имеет толщину 1-7 мм.

8. Токосъемный элемент по п. 5, отличающийся тем, что толщина рабочего слоя составляет 1-12 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению электроконтактного композитного материала на основе меди, содержащего кластеры на основе частиц тугоплавкого металла. Способ включает механическую обработку смеси порошков меди и тугоплавного металла в атмосфере аргона при соотношении масс шаров и смеси порошков 20:1-40:1, скорости вращения планетарного диска планетарной мельницы 694-900 об/мин и продолжительности обработки 5-90 минут с получением нанокомпозиционных частиц с размером кристаллитов тугоплавкого металла от 5 нм до 100 мкм, и последующее искровое плазменнное спекание активированной смеси порошков в камере в вакууме или в атмосфере инертного газа с пропусканием через спекаемую смесь порошков импульсного электрического тока 500-5000 А под нагрузкой до 50 МПа, при температуре 700-1000°C и продолжительности спекания 5-15 минут.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к разрывным контактам, и может быть использовано при изготовлении низковольтной коммутирующей аппаратуры, в электромагнитных реле.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к защитному покрытию электрических контактов, например магнитоуправлемых контактов (герконов), микроэлектромеханических (МЭМС) коммутаторов, слаботочных и сильноточных контактов коммутационных приборов, электромагнитных реле, и может быть использовано для улучшения эксплуатационных свойств указанных устройств.

Изобретение относится к области электротехники. Контакт выполнен в виде цилиндра, на внешней поверхности которого, у его торцов, образованы выступающие относительно цилиндрической поверхности контактные участки сферической формы.

Изобретение относится к области электротехники и нанотехнологии, в частности к нанокомпозитному материалу на основе меди (Cu) для производства силовых разрывных электрических контактов в переключателях мощных электрических сетей и вакуумных дугогасительных камерах и способу его получения.

Изобретение относится к СВЧ радиотехнике, в частности к частотно-селективным фильтрам. Полосковый фильтр содержит диэлектрическую подложку на основе многослойного материала, внутри которой располагаются четвертьволновые резонаторы фильтра и резонансная структура из отрезков полосковых линий длиной в одну восьмую длины волны на центральной частоте полосы пропускания.

Изобретение относится к способу определения износа контактных элементов электрического переключателя. Способ содержит этап регистрации электрических значений (I(t), U(t)), которые представляют электрический параметр, релевантный для электрической дуги, возникающей во время операции переключения на переключателе, как функцию времени, и вычисление значения (d) износа, представляющего собой износ контактного элемента, из множества значений доли износа; значения доли износа вычисляются с применением множества правил (fi) вычисления доли износа из множества подмножеств (I(ti); I([ti; t'i])) зарегистрированных электрических значений, так что каждое из значений доли износа вычисляется по соответствующему из правил вычисления доли износа из соответствующего из подмножеств значений (I(ti); I([ti; t'i])), по меньшей мере, два из правил вычисления доли износа отличаются друг от друга.
Изобретение относится к способу получения легированного оксидом индия серебряно-оловооксидного материала для электроконтактов и может применяться в электротехнической промышленности.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошка сплава серебро-кадмий для изготовления контактов. Раствор нитратов серебра и кадмия обрабатывают раствором гидроксида натрия, выдерживают пульпу и отделяют осадок смеси AgOH и Cd(OH)2 от маточного раствора.

Изобретение относится к выключателю среднего напряжения, который содержит контактную сборку, имеющую для каждой фазы первый неподвижный контакт и второй подвижный контакт, взаимно соединяемые/разъединяемые с переходом между разомкнутым и замкнутым положениями.

Изобретение относится к получению электроконтактного композитного материала на основе меди, содержащего кластеры на основе частиц тугоплавкого металла. Способ включает механическую обработку смеси порошков меди и тугоплавного металла в атмосфере аргона при соотношении масс шаров и смеси порошков 20:1-40:1, скорости вращения планетарного диска планетарной мельницы 694-900 об/мин и продолжительности обработки 5-90 минут с получением нанокомпозиционных частиц с размером кристаллитов тугоплавкого металла от 5 нм до 100 мкм, и последующее искровое плазменнное спекание активированной смеси порошков в камере в вакууме или в атмосфере инертного газа с пропусканием через спекаемую смесь порошков импульсного электрического тока 500-5000 А под нагрузкой до 50 МПа, при температуре 700-1000°C и продолжительности спекания 5-15 минут.

Изобретение относится к получению композиционного металломатричного материала, армированного сверхупругими сверхтвердыми углеродными частицами. Способ включает приготовление смеси порошков металла и фуллеритов и ее прессование при давлении 5-8 ГПа и температурах 800-1000°С с обеспечением образования сверхтвердых углеродных частиц.

Изобретение относится к спеченным фрикционным материалам на основе меди, предназначенным для работы в узлах трения машин и механизмов в условиях жидкостного трения.

Изобретение относится к получению композитного материала на основе медной матрицы. На поверхность углеродных нанотрубок химически осаждают металл из ряда, включающего медь, свинец, олово, цинк, алюминий и серебро, с получением модифицированных углеродных нанотрубок, которые затем смешивают с порошком меди, имеющим размер фракции 3-10 мкм.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к составам сплавов на основе меди, которые могут быть использованы для изготовления деталей различных машин и инструментов, предметов быта.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к составам сплавов на основе меди, которые могут быть использованы для изготовления деталей различных машин и инструментов, предметов быта.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к медным сплавам для коллекторов электрических машин. Сплав содержит, мас.%: магний 0,1-0,6, серебро 0,02-0,1, примеси не более 0,2, медь остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к медным сплавам для коллекторных пластин электрических машин. Сплав содержит, мас.%: теллур 0,15-0,80, серебро 0,07-0,12, фосфор не более 0,04, примеси не более 0,2, медь - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к медным сплавам для коллекторных пластин электрических машин. Сплав содержит, мас.%: теллур 0,15-0,80, титан 0,05-0,3, фосфор не более 0,04, примеси не более 0,2, медь - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к медным сплавам для коллекторов электрических машин. Сплав содержит, мас.%: теллур 0,15-0,80, олово 0,05-0,24, фосфор не более 0,04, примеси не более 0,2, медь - остальное.

Изобретение относится к получению композиционного металломатричного материала, армированного сверхупругими сверхтвердыми углеродными частицами. Способ включает приготовление смеси порошков металла и фуллеритов и ее прессование при давлении 5-8 ГПа и температурах 800-1000°С с обеспечением образования сверхтвердых углеродных частиц.

Группа изобретений относится к изготовлению токосъемных элементов. Спеченный материал содержит пропитанную маслом с ультрадисперсными алмазами спеченную смесь, состоящую из гранул, содержащих медь и графит, волокон и нитей углеродных, ультрадисперсных алмазов, порошков железа, графита, меди, упрочненной хромистым чугуном, шунгита, интеркаляционных соединений дисульфид молибдена и упрочняюще-легирующих компонентов. Способ получения спеченного материала включает гранулирование смеси порошков, содержащей порошки графита и меди, с получением гранул размером 0,4-2,0 мм, после чего готовят шихту путем смешивания полученных гранул со смесью остальных компонентов материала при соотношении гранул и смеси 1:50-1:3, затем формуют, спекают полученную шихту и пропитывают маслом с ультрадисперсными алмазами. Токосъемный элемент содержит несущий элемент с рабочим слоем из спеченного материала. Обеспечивается низкое удельное сопротивление, высокая электропроводность, высокая самосмазывающая способность, повышенная износостойкость и механическая прочность и низкий коэффициент трения. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Наверх