炭系电力机车受电弓滑板材料的研究进展

综述了电力机车受电弓滑板/接触导线的工况特点和主要磨耗形式,比较了不同材质电力机车受电弓滑板的性能特征及在实际应用中存在的问题。重点阐述了炭系受电弓滑板材料的种类和制备方法。根据摩擦副的特点,展望了受电弓滑板的发展趋势,并提出准三维纤维编织炭系复合材料是今后滑板材料的主要发展方向。     

碳滑板是电力机车理想的受流滑板

一、前言电力机车在运行时,受流用的滑板和接触导线经常处于相对的摩擦运动状态,因而引起他们之间互相磨耗。这种磨耗通常与线路状态、接触网悬挂类型、受电弓性能、受流大小、机车运行速度、滑板的材料种类以及运行条件等等有关。在滑板和接触导线的磨耗中,可分成机械磨耗和电气磨耗。据有关资料介绍:机械磨耗约占1/3,电气磨耗约占2/3。受流用的滑板磨耗和接触导线的磨耗是同时发生的。由于更换滑板比更换导线容易,费     

新型铜-碳复合受电弓滑板的制备

通过分析当前电力机车受电弓滑板存在的各种问题,用粉末冶金法研制出了一种新型的受电弓滑板. 该滑板由铜、碳纤维和石墨等构成. 首先分析了成形压力、烧结温度对滑板性能的影响,然后对其导电性、摩擦、磨损性能及冲击韧性进行检测并与当前正在使用的受电弓滑板进行了对比. 结果表明,该新型滑板的最佳制备工艺条件为铜含量78%,碳纤维含量2%,石墨含量15%,添加剂含量5%,成形压力为200 MPa,烧结温度为880℃. 该滑板不仅电阻率很低,而且其摩擦、磨损及冲击韧性等性能也较当前正在使用的受电弓滑板优越. 与当前正在使用的碳滑板相比,其摩擦系数降低54.5%,磨损量减少41%,冲击韧性提高9.6倍,导电性增强87倍.     

酚醛炭基C／C复合滑板材料的催化石墨化及其性能研究

通过溶剂分散法在酚醛树脂浸渍剂中引入催化剂,采用多次液相浸渍-炭化增密和催化石墨化处理的方法,制备出密度为1．60g·cm^-3左右、石墨化度大于77％的酚醛炭基C／C复合材料。对比考察了催化剂的引入和催化剂种类对酚醛炭基C／C复合材料石墨化度、电阻率、抗折强度和摩擦磨损性能的影响,探讨了酚醛炭基C／C复合材料用作受电弓滑板材料的可能性。结果表明：硼酸或二茂铁等催化剂的引入可显著提高酚醛炭基C／C复合材料的石墨化度,降低其电阻率和摩擦系数,改善其弯曲断裂韧性;添加硼酸催化剂的酚醛炭基C／C复合材料的导电性、抗折强度和摩擦磨损性能明显优于德国纯炭整体滑板材料,可望用作高速电力机车的受电弓滑板材料。     

我国高速动车组用浸金属炭滑板的服役工况及损伤特点的调研

受电弓滑板/接触网导线是高速铁路弓网中的关键耦合部件,其中纯炭滑板和浸金属炭滑板是高速动车组用受电弓滑板不可或缺的选材。基于优先保护接触网导线的原则,大幅度提高炭滑板的安全性和使用寿命已成为弓/网系统优化升级迫切需要解决的问题。滑板材料自身的组织结构及其服役工况直接影响弓/网系统的载流摩擦状态和载流效率。调研高速动车组用炭质滑板的服役工况及损伤规律可为动车组弓/网运行状态的评判、滑板材料的对应选材及组织结构优化提供科学依据。本文综述了高速动车组选用炭质滑板的发展历程,并以某干线高速动车组用浸金属炭滑板在服役后的表面状态及损伤情况为例,总结了浸金属炭滑板的损伤特点;重点论述了浸金属炭滑板的磨损面特征,纯炭滑板基体材料及其后续处理工艺之间的关联。提出宜以浸金属炭滑板的"服役性能-组织结构-制备工艺"全生命周期的联系为研究思路,实现纯炭滑板基体材料的力学和电学性能的双重优化,为旨在改善弓/网匹配的高速动车组受电弓滑板的选材提供依据。     

受电弓炭滑板试验结果

本文说明了直流和交流电气列车和电力机车上受电弓炭滑板的试验结果。随着电牵引运量的增加,降低受流情况下的接触导线和接触滑板的磨耗问题有很大意义。目前这个问题的解决,有可能减小在接触网中电能的损失,从而提高电牵引的效率,为此,进行改进接触悬挂和受电弓的结构,以寻求提高接触导线耐磨性的方法。为达到上述目的,受电弓滑板采用受流较好的材料具有很大的效果。目前世界各国所采用的受流材料中(表1)还找不     

PEEK基耐磨导电复合材料

以聚醚醚酮(PEEK)为基础材料,为发挥其优异的耐疲劳性,耐磨性和自润滑性,以期研发一种新型高耐磨导电受电弓滑板复合材料。设计采用PEEK和电解铜粉(微米级)及少量短切碳纤维(CF)等成分,通过干燥–共混–冷压–烧结–冷却的成型工艺制备了不同比例的PEEK/Cu,PEEK/Cu/CF复合材料,并对其摩擦学性能、导电性能、微观结构进行了研究。结果表明,PEEK/Cu复合材料中,随着电解铜粉含量的增加,摩擦系数先减小后增大,磨损量先减小再增加;当电解铜粉含量为50%时,其复合材料的摩擦系数和磨损量均最小;当电解铜粉含量达60%时,该材料的体积电阻率为6.05×10~(–5) Ω·m,表现出良好的导电性。PEEK/Cu/CF复合材料中,当电解铜粉含量大于40%时,随着电解铜粉含量的增加摩擦系数先增大后减小,磨损量先增大后减小;当电解铜粉含量为50%时,其摩擦系数和磨损量均最大;随着电解铜粉含量的增加,其复合材料的体积电阻率逐渐减小后趋于平稳。综合耐磨性和导电性等特性,含50%～55%电解铜粉的PEEK基复合材料可以用作受电弓滑板制作材料,也可望用作航空航天轻质、屏蔽材料。     

铜对碳纤维/酚醛树脂受电弓滑板材料的性能影响

采用热压烧结法制备了碳纤维织物/酚醛树脂(PE)受电弓滑板复合材料,研究了Cu对碳纤维织物/PE受电弓滑板复合材料的电阻率、密度和力学性能的影响。采用万能材料试验机、电阻测试仪测试了复合材料的力学性能和电学性能,用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)分析测试手段对材料的组成结构及断口微观形貌等进行了测试和表征。结果表明,铜粉经高温烧结后呈连续三维网状结构,这种结构与碳纤维织物协调作用,阻止裂纹扩展,提高了复合材料的力学性能;当铜含量为40%时,复合滑板材料的综合性能最优:电阻率降至22.1μΩ.m;弯曲强度和压缩强度分别提高至61.8MPa和29.6MPa;冲击韧性达到12.7 J/cm3。     

前言

矿用电力机车炭滑板是一种新型炭素材料。它是现代化工矿迫切需要的一种重要原材料。目前世界各先进国家的煤炭、冶金、石油等矿山运输不少是采用接触纲电力机车牵引。过去他们在电力机车上都使用铜、钢、铝等金属滑板。由于这些金属滑板与铜导线接触摩擦而产生了严重磨耗,大大地增加了接触纲线路的维修与更换工作。既浪费了大量战略物资——铜,又严重地影响生产。为了解决这一突出问题,他们就采用各种不同类型的炭素滑板代替过去落后的铜、钢、铝等滑板。     

浸金属碳滑板的研制

Ｃ２６Ｐ型浸金属碳滑板具有自润滑性好，强度高、耐磨、导电、导热性优异等特点，克服了纯碳滑板强度较低，易断及粉末冶金滑板对铜导线磨耗较大的缺点，是电力机车受电弓用较理想的滑板，适用于铜导线或铜导线与钢铝导线混架区段使用。     

碳纤维复合材料电力机车受电弓滑板的研制

以改性酚醛树脂为粘结剂，以碳纤维、铜纤维为增强剂和导电组分，以石墨等为润滑组分，采用常规热压成型工艺制造一种新型碳纤维复合材料电力机车受电弓滑板。该材料采用层状复合结构。与浸金属碳滑板相比。碳纤维复合材料受电弓滑板的密度更小，电阻率更低，冲击强度和弯曲强度更高。     

炭素专利

正公开号:CN110903107A公开日:2020-05-01申请人:江苏大学发明人:邵海成,刘桂武,乔冠军,等发明名称:一种电力机车用石墨烯改性炭/炭受电弓滑板的制备方法本发明利用石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能的特点,采用石墨烯对炭/炭复合材料进行功能化改性,将石墨烯通过有机溶剂与树脂混合稀释后,加压浸入多孔的经过化学气相沉积处理后的炭/炭复合材料坯体内,然后采用     

电力机车滑板材料的发展

介绍了我国电力机车滑板材料的应用以及各种滑板材料的特性。指出浸金属炭滑板在保护接触网线和自身损耗方面的优越性,并证明它是理想的滑板材料,预示了炭———金属复合材料滑板的应用前景。     

“三明治”C/C复合材料及其摩擦磨损性能

通过化学气相渗透法(CVI)制备出一种新型的"三明治"结构的C/C复合材料。其两侧是纯网胎结构的功能层,主要承担摩擦功能;中间为承担结构作用的结构层,与传统针刺毡结构一致。系统研究了材料的微观组织结构特征及其摩擦磨损性能。结果表明:"三明治"C/C复合材料各个区域的热解炭都为粗糙层结构;刹车性能较传统三维针刺结构C/C复合材料的摩擦性能稳定;在摩擦试验过程中,摩擦面能够形成一层连续均匀的薄膜,使材料在刹车过程中具有较稳定的摩擦系数并能够有效降低材料的磨损率。     

镀铜石墨粉含量对Cu/C复合材料组织和性能的影响

采用镀铜石墨粉、电解铜粉和鳞片石墨粉为原料,通过粉末冶金方法制备出Cu/C复合材料,并研究镀铜石墨粉含量对其电阻率、密度、抗弯强度等物理性能的影响;在MM-2000型环-块摩擦磨损试验机上考察其摩擦磨损性能,通过分析磨损的表面形貌以及磨屑,研究不同镀铜石墨粉含量对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着镀铜石墨粉含量的增加,复合材料的电阻率、抗弯强度、硬度逐渐降低,而密度逐渐升高,同时复合材料的摩擦系数逐渐降低,当镀铜石墨粉含量在20%时,样品的磨损率最低,当镀铜石墨粉含量超过20%,样品的磨损率升高。该复合材料的摩擦磨损机制主要为粘着磨损、氧化磨损、疲劳磨损、磨粒磨损。     

金属/PES复合自润滑材料的制备及摩擦学性能研究

提出一种新金属/聚醚砜(PES)复合材料。用镶嵌、喷涂和机械共混-模压成型法制备了金属/PES复合自润滑材料。通过摩擦磨损实验对材料在干摩擦条件下的摩擦学性能进行了研究,考察载荷、转度对材料摩擦性能的影响;并用SEM对磨损表面进行了观察和分析,探讨了复合材料的磨损机制。结果表明,用镶嵌、喷涂和机械共混-模压成型法能制得摩擦学性能优良的复合材料;在干摩擦实验的载荷范围内,复合材料的摩擦因数和磨损量随转速的增加不断增大,随载荷的增加不断减小;复合材料的磨损机理发生了由犁削、磨粒磨损向黏着磨损的转变。     

浅谈电力机车受电弓滑板发展趋势

简述电力机车受电弓滑板的工作特点，对受电弓滑板国内外发展概况和发展趋势进行阐述。     

碳/碳复合材料概述

介绍了C/C复合材料的两种致密化工艺:化学气相法,液相浸渍-碳化法及二者复合致密化。重点介绍了C/C复合材料的抗氧化技术:内部抗氧化,抗氧化涂层。针对C/C复合材料的两大应用领域:火箭喉衬材料和刹车材料,简述了通过C/C-Cu和C/C-难熔金属碳化物的制备进一步提高C/C复合材料的耐烧蚀性能以及C/C复合材料的摩擦磨损性能。     

摩擦参数、环境及表面状况对C/C复合材料摩擦学性能的影响分析

影响C/C复合材料摩擦性能的因素较多,本论文综述了国内外的研究现状,评价了摩擦参数、环境及表面状况对C/C复合材料摩擦摩损性能的影响。就能量、转速、压力、湿度、温度、气氛、表面粗糙度和润滑条件等因素展开阐述。C/C复合材料的摩擦摩损是多种因素综合作用的结果,在材料性质确定的情况下,合理的摩擦参数设计、环境条件和摩擦的表面状况能优异地发挥C/C复合材料的摩擦摩损物性。但对于各因素的影响程度,还有待进一步的研究。C/C复合材料在摩擦领域得到了广泛的应用,但有必要进一步扩大摩擦优势,提高摩擦稳定性,降低摩损,尤其是高温氧化摩损。     

PHB与纳米Cu对PTFE/GF复合材料摩擦学性能的影响

考察了聚苯酯(PHB)与纳米铜(Cu)协同改性对聚四氟乙烯/玻纤(PTFE/GF)复合材料摩擦磨损性能的影响,探讨了复合材料的磨损表面形貌及磨损机理.结果表明,当PHB质量分数为6％时,PTFE/GF/PHB复合材料的摩擦因数最低,达到0.175,但磨损率较大,为6.84×10-6mm3/(N·m).在此基础上,采用PHB与纳米Cu复合改性PTFE/GF复合材料,当纳米Cu质量分数为0.3％和PHB质量分数为6％时,复合材料的摩擦学性能最佳,摩擦因数为0.194,磨损率仅为1.60×10-6mm3/(N·m).纳米Cu的加入使复合材料的摩擦因数能较早达到平稳阶段.SEM分析表明,PTFE/GF复合材料表现为严重的磨粒磨损,磨损表面出现深且宽的犁沟;与PTFE/GF复合材料相比,PTFE/GF/PHB复合材料磨粒磨损得到极大改善,磨粒磨损程度大大减小;PTFE/GF/6％ PHB/0.3％纳米Cu复合材料的磨损面更加光滑平整,表现为极轻微的磨粒磨损,耐磨性最好.