復(fù)合材料電刷加工工藝

1、江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)論文題目：二硫化鉬/銀基復(fù)合材料電刷制備 專業(yè)：復(fù)合材料 班 級(jí)：0802 姓名：王文鵬 學(xué) 號(hào)：3080706034 指導(dǎo)教師：唐華 二。一二年目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 一、電刷概述11.1電刷的定義1 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 1.2電刷的主要分類方法1 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 1.3普通石墨電刷性能的優(yōu)缺點(diǎn)3 HYPERLINK l bookmar

2、k36 o Current Document 電刷材料4 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 二、電刷的設(shè)計(jì)421 .復(fù)合材料電刷設(shè)計(jì)概述4 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 電刷的選用 4 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 2.2復(fù)合材料電刷設(shè)計(jì)的目的4 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 2.3 .復(fù)合材料電刷材料的選擇5 HYPERLINK l bookmark77 o Current Docu

3、ment 三、復(fù)合材料電刷工藝的選擇7 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 3.1 .顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法7 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 粉末冶金法7 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 攪拌鑄造法7 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 擠壓鑄造法7 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 噴射沉積法8 HYPERLINK l bookmark10

4、0 o Current Document 3.2黑色電刷的處理方法93.3工藝流程圖113.4制備材料的性能測(cè)試12工藝控制及材料物相成分12 HYPERLINK l bookmark115 o Current Document 材料顯微形貌及力學(xué)性能13161616材料的摩擦性能四、優(yōu)化總結(jié).五、參考書目.二硫化鉬/銀基復(fù)合材料電刷制備摘要：.采用熱壓工藝成功制備了梯度結(jié)構(gòu)Ag-Cu-MoS2復(fù)合電刷材料，梯度 結(jié)構(gòu)的引入較好地解決了該材料焊接性能差的問題。材料具有優(yōu)異的電性能和良 好的摩擦磨損性能。工作時(shí)可獲得較為穩(wěn)定的電信號(hào)和電流，均勻分布的細(xì)小 MoS2顆粒保證了電刷在高真空下具有較好

5、的潤滑性能和耐磨損性能。采用振動(dòng) 球磨機(jī)及雙螺旋混捏機(jī)裝置及改性瀝青可以制造出抗磨性好、潤滑性好、換向性 好的黑色航空電刷基體材料。在電刷中添加造粒MoS2固體潤滑劑，使MoS2顆 粒呈間隔分布，比加入膠體細(xì)粒呈片狀的MoS2粉末的電刷的電阻系數(shù)小，耐磨 性高，是電刷在高空中的良好潤滑劑。關(guān)鍵詞二硫化鉬 銀基復(fù)合材料電刷梯度材料熱壓燒結(jié)一、電刷概述1.1電刷的定義電刷是與運(yùn)動(dòng)件作滑動(dòng)接觸而形成電連接的一種導(dǎo)電部件。電刷是用于換向 器或滑環(huán)上，作為導(dǎo)入導(dǎo)出電流的滑動(dòng)接觸體。它的導(dǎo)電，導(dǎo)熱以及潤滑性能良 好，并具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和換向性火花的本能。幾乎所有的直流電機(jī)以及換 向式電機(jī)都使用電刷，它是

6、電機(jī)的重要組成部件。是在電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分 之間傳導(dǎo)電流的主要部件之一。具有良好的滑動(dòng)接觸特性（如摩擦系數(shù)、耐磨性 等），對(duì)電阻率和接觸電阻等也有特殊要求，通常以石墨為主要原材料。1.2電刷的主要分類方法按材質(zhì)的軟硬可分為軟質(zhì)電刷，中硬質(zhì)電刷和硬質(zhì)電刷。按電刷的使用對(duì)象可分為汽輪發(fā)電機(jī)用電刷，軋鋼電機(jī)用電刷，牽引電 機(jī)用電刷，汽車拖拉機(jī)用電刷，電動(dòng)工具用電刷，飛機(jī)電機(jī)用電等。按電刷的顏色分為黑色電刷（用純碳石墨材料制成）和有色電刷（用銅等金 屬材料和石墨制成）。根據(jù)電刷的生產(chǎn)方法，分為兩類。一類是有色電刷，即金屬石墨電刷。 一類是黑色電刷。有色電刷中，含有色金屬，主要是銅粉、銀粉、其次是鉛

7、粉、 錫粉、氧化鉛粉等，余量為鱗片石墨粉。各種金屬粉末含量多少隨電刷的技術(shù)要 求而定。當(dāng)金屬含量達(dá)到!#以上時(shí)，可不加粘結(jié)劑，將粉末混勻后直接壓制成 型。否則要加入粘結(jié)劑（煤瀝青、煤焦油或樹脂等）。黑色電刷選用石油焦、瀝 青焦、炭黑、木炭以及天然石墨粉等，加入部分粘結(jié)劑（如煤瀝青、煤焦油和人 造樹脂等）制造的。采用樹脂粘結(jié)劑經(jīng)固化制造的電刷為高電阻電刷，而焙燒后 的產(chǎn)品稱炭刷和石墨刷（以天然石墨為主要原料）經(jīng)石墨化后的產(chǎn)品稱電化石墨 刷制造電刷所使用的原料分三類，一是金屬粉末；二是炭和石墨粉末；三 是粘結(jié)劑。由于電機(jī)的使用工況條件不同，所以電刷的種類繁多。不同牌號(hào)的電 刷，其技術(shù)性能上有較大的

8、差異。所以需要在配方和工藝中進(jìn)行調(diào)整。配方組成 包括：?。┻x用不同的原料和所占比例；）十粉的粒度組成；#）粘結(jié)劑的種類、 性質(zhì)和所占比例。制造電刷所使用的原料較多，它們具有不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性能， 將這些不同性質(zhì)的原料按一定比例配合混勻，則得到與單一原始原料性能完全不 同的綜合效果。干粉粒度組成，影響它的堆積密度，由于顆粒間的相互搭接的差 異，產(chǎn)生不同程度的孔隙（氣孔）。顆粒越細(xì)，表面積也越大，需粘結(jié)劑多。顆 粒的長寬比不同，成型后電刷具有各向異性。煤瀝青、煤焦油粘結(jié)劑的組成十分 復(fù)雜，它的生產(chǎn)方法、技術(shù)指標(biāo)以及加入量的多少，均直接影響產(chǎn)品的最終性能。 到目前為止，還不能根據(jù)電刷性能要求，采用理

9、論計(jì)算的方法，設(shè)計(jì)產(chǎn)品配方。 一般是根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際試驗(yàn)相結(jié)合的方法確定。當(dāng)生產(chǎn)工藝和原料質(zhì)量改變 時(shí)，原來的配方便不一定適用，此時(shí)應(yīng)修改工藝與配方，才能達(dá)到原定的質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)和使用要求。對(duì)于使用信譽(yù)較高的產(chǎn)品，應(yīng)盡量維持配方和工藝的穩(wěn)定。圖1 電刷1.3普通石墨電刷性能的優(yōu)缺點(diǎn)不同電刷的電阻率值分布很寬，金屬石墨電刷為0.05-20。m,隨金屬含 量變化而變化，電化石墨電刷為580p。m,樹脂做粘結(jié)劑的石墨電刷的電 阻系數(shù)更高。電阻率與接觸電阻有關(guān)，它是判斷換向是否良好的一個(gè)標(biāo)志。經(jīng)過100多年的發(fā)展，電刷的生產(chǎn)技術(shù)不論在結(jié)構(gòu)上還是在材質(zhì)上都有了 很到的突破和豐富。20世紀(jì)80年代后，國外一

10、些碳制品廠，如法國羅蘭碳素公 司，英國摩根電碳有限公司等在電刷的制造方面發(fā)明了多項(xiàng)專利技術(shù)，使得電刷 的性能有了很大的提升。開發(fā)的產(chǎn)品有：碳一石墨纖維電刷、浸漬電刷等新型電刷。二硫化鉬（MoS ）是一種較理想的固體潤滑劑，具有非常低的摩擦系數(shù)，且 2能夠在真空運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械部件中保持十分優(yōu)良的潤滑效果。當(dāng)電刷中含有一定量的 二硫化鉬（MoS2）時(shí)，盡管在高空中氧化亞銅薄膜難以形成，但是能夠形成具有 良好潤滑作用的硫化物薄膜，此層薄膜緊密吸附在滑環(huán)表面，使電刷在高空條件 下仍然具有良好的潤滑性能。在以歐版情況下，二硫化鉬的摩擦系數(shù)為0.05-0.09,這比石墨的摩擦系數(shù)0.01還少得多。二硫化鉬潤滑

11、脂具有很好的 防水性、耐磨性和耐壓性1.4 .電刷材料目前電機(jī)所用電刷大部分是碳刷，如銀石墨、銅石墨、電化石墨等；也有直 接用金屬片作電刷的，比如說手機(jī)震動(dòng)電機(jī)中的圓柱震動(dòng)馬達(dá)的刷片大多用金屬 材料。二、電刷的設(shè)計(jì)2.1.電刷的選用1、從直觀來看，電刷應(yīng)當(dāng)?shù)菇堑皿w、規(guī)格適當(dāng)、結(jié)構(gòu)規(guī)范、導(dǎo)線的截面和 長度符合要求，沒有松動(dòng)、脫落、破損、掉邊、掉角、卡箍等現(xiàn)象。2、從使用來看，電刷使用性能良好的標(biāo)志主要有以下幾種情況：（1）使用壽命長并且不磨損換向器或集電環(huán)，不使換向器出現(xiàn)劃痕、不平、 燒蝕、拉絲等。（2）具有良好的換向和集流性能，使火花抑制在允許的范圍內(nèi)，并且能量 損耗小。（3）電刷運(yùn)行時(shí)，不過

12、熱，噪音小，不破損，刷辮不變色，不燒蝕。（4）運(yùn)行過程中，能夠在換向器或集電環(huán)表面較快地形成一層均勻、適度 和穩(wěn)定的氧化薄膜。2.2復(fù)合材料電刷設(shè)計(jì)的目的“電接觸”是用來描述兩個(gè)組件因帶電接觸而產(chǎn)生的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。電接觸 材料是各類電器中的關(guān)鍵部件，擔(dān)負(fù)著傳遞電能、電信號(hào)、接觸和分?jǐn)嚯娐返戎?要任務(wù)，其性能的好壞直接關(guān)系到電機(jī)、儀表、電路的可靠性、穩(wěn)定性和使用壽 命。隨著現(xiàn)代航空航天工業(yè)的發(fā)展，對(duì)人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)中應(yīng)用的 電接觸材料的性能要求越來越高。銀電刷材料是航空和航天儀表系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)以及電機(jī)、電器及電路裝 置中必不可少的電器元件，它擔(dān)負(fù)著相對(duì)滑動(dòng)部件電信號(hào)和電流的接通、

13、關(guān)閉以 及電流傳遞的作用，因此不僅要求其具有較好的導(dǎo)電性能、優(yōu)異的摩擦磨損性能、 較低的電噪聲，同時(shí)也需具有尺寸精度高、工作可靠性強(qiáng)和壽命長的特點(diǎn)。一般 地說，對(duì)高可靠性電刷一滑環(huán)系統(tǒng)的主要性能要求是：較低的磨損率和較長的使用壽命；在動(dòng)力傳遞過程中具有較低的接觸電阻，使摩擦生熱所導(dǎo)致的溫度升高保持 在低水平；電噪音低，以保證電信號(hào)的的穩(wěn)定性；摩擦低以使傳動(dòng)力矩較小；儲(chǔ)存穩(wěn)定性好。復(fù)合材料電刷材料的選擇銀基材料電刷是儀表系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)以及電機(jī)、電器及電路裝置中必不 可少的元件，它擔(dān)負(fù)著相對(duì)滑動(dòng)部件電信號(hào)和電流的接通、關(guān)閉以及電流傳遞作 用，因此要求其具有良好的導(dǎo)電性能、優(yōu)異的摩擦磨損性能以及

14、較長的使用壽命， 金屬銀具有高的導(dǎo)電性，但其力學(xué)性能及耐磨性較差；而MoS2是一種良好的固 體自潤滑材料，在航空和航天領(lǐng)域中是一種較理想的固體潤滑劑，具有非常低的 摩擦系數(shù)，比較高的屈服強(qiáng)度，能夠在真空中運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械部件中保持十分優(yōu)良的 潤滑效果。因此結(jié)合兩者的特點(diǎn)研制既具有高的導(dǎo)電性，較低摩擦因子和良好力 學(xué)性能的銀基電刷復(fù)合材料，是航天和航空工業(yè)對(duì)電接觸元件的迫切需要。本人 引入梯度材料的設(shè)計(jì)理念，制備了具有梯度結(jié)構(gòu)的Ag-Cu-MoS2自潤滑電刷材料， 解決了普通Ag-Cu-MoS2電刷材料焊接性能差的問題，作為航空電機(jī)用黑色航空電刷，特別具有造粒MoS2的固體潤滑劑作為高空 潤滑材料的電

15、刷，在國外已經(jīng)進(jìn)行了很多研究，并有不同型號(hào)的生產(chǎn)產(chǎn)品，如美 國斯塔克波爾炭素部生產(chǎn)的605、555，俄羅斯生產(chǎn)的r-24、r-27,等牌號(hào)電刷。在 國際上，航空電刷品種分為兩大類：一類是金屬粉末加石墨粉用樹脂或?yàn)r青作粘 結(jié)劑制備的金屬石墨電刷俗稱有色電刷，另一類是以炭素粉末（炭黑、焦炭、石 墨粉）用樹脂或?yàn)r青作粘結(jié)劑生產(chǎn)的電化石墨電刷或碳一石墨電刷，歐美等國家 以黑色為主約占60%以上，俄羅斯、中國則以有色電刷為主，70年代后期俄羅 斯也改用黑色航空電刷。黑色和有色電刷各有其特點(diǎn)：有色電刷特點(diǎn)是電阻系數(shù) 小，電流密度大，工藝簡單，主要是依銅、石墨為主體外加軟金屬如鉛、錫等固 體潤滑劑，有的電刷

16、通過鉛肥皂、鋁肥皂處理以確保電刷的潤滑使用，近來也開 始加入MoS2作固體潤滑劑。黑色電刷的特點(diǎn)：是換向性能好、圓周速度高、抗 磨性好、壽命長、制造工藝復(fù)雜，主要以炭素材料為主體經(jīng)混合、成型、焙燒、 石墨化，通過填MoS2芯柱及浸漬處理，或?qū)⑹夏シ奂尤朐炝oS2再成 型焙燒而制得。綜合分析：黑色航空電刷比有色電刷有無可比擬的優(yōu)越性，概括起來有10大優(yōu) 點(diǎn)：八、：（1）電刷使用壽命長，在同種電機(jī)上黑色航空電刷使用壽命是有色電刷的1-2 倍。（2）換向性能好，有色電刷在前蘇聯(lián)系列航空電機(jī)上使用時(shí)，換向火花一般在 一又二分之一級(jí)，過載時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)噴射長火舌，而黑色航空電刷在同種電機(jī)上 工作時(shí)

17、換向火花比有色至少低一個(gè)等級(jí)，過載時(shí)也未超過一又二分之一級(jí)的。（3）電刷使用圓周速度高，可在60米/秒以上工作，而有色電刷只能達(dá)到25（米 /秒，最高只能達(dá)到35米/秒。（4）電刷的摩擦系數(shù)比有色電刷低，潤滑性好，抗磨性能好，是有色電刷所不 及的。（5）電刷使用溫度較高，我國和前蘇聯(lián)使用的有色電刷由于受材料及工藝的局 限性，使用溫度一般不超過180C，而黑色電刷可在250C下長期工作，瞬間可 達(dá) 600 Co（6）黑色航空電刷具有“三防”能力，中國和俄國有色電刷主要以銅、鉛、錫 和樹脂為原料，熱壓成型，所以電刷有“霉變現(xiàn)象”，長白毛一直無法克服，而 黑色電刷有耐化學(xué)腐蝕、耐潮濕、耐鹽霧的能力。

18、（7）電刷性能均一性好，同批黑色航空電刷磨損的最大值和最小值比，一般不 超過1倍。而有色電刷均在一倍以上。（8）黑色航空電刷使用高度高，有色電刷使用高度一般不超過18000米，而黑 色電刷可在20000米以上高空中確保無故障的長期工作。（9）為國家節(jié)省大量的金屬原材料，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，電炭行業(yè)生產(chǎn)航空電刷每 年耗銅、鉛、錫粉約100多噸，如果全用黑色代替有色電刷，不但節(jié)約金屬而且 降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。（10）黑色航空電刷在工藝上取消了鉛、苯等有毒材料，這就從根本上解決了鉛、 苯職業(yè)中毒的大問題。隨著航空工業(yè)的發(fā)展，對(duì)電刷的使用要求，基本上符合上述黑色航空電刷的 特點(diǎn)?！鞍宋濉逼陂g，國家已把航

19、空電刷延壽問題列入國家計(jì)劃，并提出了要達(dá) 到的技術(shù)指標(biāo)是：（1）電刷地面使用壽命：500小時(shí)-1000小時(shí)（2）電刷使用溫度：200C-250C（3）電刷使用高度：在20000米以上三、復(fù)合材料電刷工藝的選擇3.1顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法粉末冶金法、攪拌鑄造法、擠壓鑄造法和噴射沉積法是制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù) 合材料的幾種常用方法。粉末冶金法粉末冶金法是最早開發(fā)用于制備顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的工藝具體工藝 是先將金屬粉末或預(yù)合金粉末和增強(qiáng)相均勻混合，制得混合坯料，經(jīng)不同的固化 技術(shù)制成錠塊，再通過擠壓、軋制、鍛造等二次加工制成型材。粉末冶金法的優(yōu) 點(diǎn)是增強(qiáng)體的加入量可以任意調(diào)節(jié)，成分比例準(zhǔn)確，體積

20、分?jǐn)?shù)控制方便，復(fù)合材 料組織中位錯(cuò)密度高，因而材料強(qiáng)度大。缺點(diǎn)是原材料和設(shè)備成本高，制造出的 復(fù)合材料的內(nèi)部組織出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，孔洞率較大，因此必須對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行二 次塑性加工，以提高其綜合力學(xué)性能；工藝比較復(fù)雜，而且都必須在密封、真空 或保護(hù)氣氛下進(jìn)行，設(shè)備及生產(chǎn)成本較高；所制零件的結(jié)構(gòu)和尺寸均受限制。攪拌鑄造法攪拌鑄造法就是將增強(qiáng)體顆粒加人到基體金屬液中，通過高速旋轉(zhuǎn)的攪拌器 使液固相混合均勻，然后澆人金屬鑄型。攪拌鑄造法制備復(fù)合材料的過程中，由 于增強(qiáng)體顆粒與鋁液濕潤性差，因此實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)體顆粒均勻分布較為困難，同時(shí)， 增強(qiáng)體顆粒極易與鋁溶液發(fā)生嚴(yán)重化學(xué)反應(yīng)，因此界面結(jié)合較差。此外，添加的

21、增強(qiáng)體顆粒的大小通常應(yīng)大于10“m，體積含量一般為20%左右。與其他方法相 比，該方法制備的復(fù)合材料性能較差。擠壓鑄造法擠壓鑄造法是將增強(qiáng)體顆粒預(yù)制件放人經(jīng)過精密加工的石墨澆鑄模內(nèi)，預(yù)熱 到一定溫度，加人熔化的鋁合金液，在壓力作用下先滲入模壁間隙中，繼而滲入 預(yù)制件中，最后去壓，冷卻。該工藝預(yù)制件的預(yù)熱溫度、鋁合金液的滲人溫度、 壓力大小、冷卻速度是關(guān)鍵工藝參數(shù)。該法施加壓力可以較大，生產(chǎn)時(shí)間縮短， 滲透可以在幾分鐘完成，工藝的穩(wěn)定性好，但是該方法在生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件 方面受到很大限制。噴射沉積法噴射共沉積技術(shù)是20世紀(jì)80年代逐漸成熟的一種新的粉末冶金技術(shù)，其具 體工藝過程如下：將鋁合金在坩

22、蝸中熔化，加壓流經(jīng)霧化器后被高速氣體分散成 極其細(xì)小的微滴，微滴高速冷卻后沉積到基板上，便可得到理想的快凝材料；若 同時(shí)通過一個(gè)或幾個(gè)噴嘴射人增強(qiáng)粒子并使之與霧化液滴一起沉積在基板上，這 樣便制得了復(fù)合材料。該工藝綜合了粉末冶金和快速凝固的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)制粉 和材料復(fù)合一步完成。考慮了傳統(tǒng)噴射共沉積制備大尺寸坯的困難，陳振華等人 發(fā)明了一種新型的坩蝸移動(dòng)式噴射共沉積方法。該方法主要特點(diǎn)是霧化噴嘴和坩 蝸一起移動(dòng)，沉積坯的直徑取決于霧化噴嘴移動(dòng)距離。熔體同樣通過噴嘴霧化成 液滴（內(nèi)含一部分固相顆粒）沉積在基板上，通過基板的旋轉(zhuǎn)和下降的復(fù)合運(yùn)動(dòng)， 使沉積坯成形。新的共沉積方法解決了國際上制備大尺寸

23、沉積坯的難題，目前用 該法已能制800 mm X 1000mm沉積坯。這種大尺寸坯具有高的冷速（103 K/s 104K/s)，顆粒增強(qiáng)相均勻，基體為微晶狀態(tài)等特點(diǎn)，其擠壓坯和鍛造坯力學(xué)性能 優(yōu)異。綜上所述，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法各有千秋，實(shí)際應(yīng)用時(shí).可根 據(jù)材料的性能要求及設(shè)備條件選擇適宜的制備方法鋁基復(fù)合材料的制備工藝.3.2對(duì)黑色電刷的處理方法第一類是添加金屬鹵化物，如碘化鉛、碘化鎘、氟化鋇等化合物在高空中能 促進(jìn)整流子表面的氧化而形成一層氧化亞銅薄膜。第二類處理材料是含結(jié)品水的復(fù)鹽，這類材料在電刷處于高空缺氧的情況下 工作時(shí)由摩擦生熱的作用結(jié)品水被釋放出來，生成水蒸氣的潤滑作用

24、，同時(shí)部分 水被電離生成氧，使整流子表面銅氧化形成氧化亞銅潤滑膜，而使電刷仍能工作。第三類是一些高分子有機(jī)化合物，不但本身具有固體潤滑劑作用，有的其中 的溶劑也給電刷提供了蒸汽潤滑作用。第四類高空處理材料是硫化合物主要采用MoS2，這類材料與石墨一樣具有 六方晶系的層狀品體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)有著各向異性的特點(diǎn)，這類材料層間結(jié)合力很 弱，很容易發(fā)生層間位移，因此它們都有較低的摩擦系數(shù)，同時(shí)這類材料不僅與 石墨一樣對(duì)氧有較大的化學(xué)吸附趨勢(shì)，而且對(duì)金屬表面的附著力比石墨大得多。 因此，這種材料在真空中的摩擦系數(shù)基本不變。當(dāng)刷體中含有一定量的硫化物時(shí)， 盡管高空中氧化亞銅膜難以形成，但該材料在運(yùn)行過程中緊密

25、地吸附在整流子的 表面形成一層硫化物薄膜，這種硫化物薄膜有著良好的潤滑作用，因而使電刷在 高空條件下仍然具有良好的潤滑性。第五類處理材料是采用復(fù)合材料，即有機(jī)高分子材料和無機(jī)非金屬固體潤滑 劑混合一體作為高空的潤滑劑。如哈爾濱電炭研究所就采用酚醛樹脂，氧化鋇等 材料，經(jīng)二階段復(fù)合在一起作為航空電刷的固體潤滑劑，已成功的應(yīng)用到現(xiàn)代航 空電刷中。根據(jù)目前的實(shí)際應(yīng)用綜合分析，美國、俄羅斯、英國、法國等國 家，都采用電化石墨料，添加Mos2.芯柱或以電化石墨料為基體添加造粒，MoS2. 再進(jìn)行浸漬處理制成航空電刷，在實(shí)際運(yùn)行中效果非常好。綜上所述，本人在設(shè)計(jì)黑色航空電刷中，采用四新的技術(shù)路線，即：選用

26、了振動(dòng)球磨一雙螺旋混捏等新的工藝裝備，及其相應(yīng)的新工藝、新技 術(shù)。粘結(jié)劑選用改性高溫瀝青新材料。電刷基體材料選用耐熱性好、潤滑性優(yōu)良、抗磨性好的電化石墨材料。選用二種固體潤滑劑，即適合高空又適應(yīng)地面的膠體MoS2及膠體石墨粉， 對(duì)固體潤滑劑的比例、粒度組成及在電刷中的分布進(jìn)行調(diào)整。在添加劑方面，選用了自調(diào)整氧化膜厚薄的研磨劑制備黑色航空電刷的幾項(xiàng)技術(shù)處理方法：改性高溫瀝青的制備，國內(nèi)高溫瀝青軟化點(diǎn)為95C-105C，因達(dá)不到本工 藝性能指標(biāo)要求，又經(jīng)過改性處理，主要是在高溫下通過空氣氧化法處理，使瀝 青軟化點(diǎn)、殘?zhí)?、灰分?BI (苯中不溶物)，QI (喹啉不溶物)達(dá)到技術(shù)規(guī)定指 標(biāo)。天然石墨

27、提純，本工藝方案采用電化石墨的提純法，將石墨放入石墨化爐 中，經(jīng)2600C以上高溫處理。膠體石墨的制備，本工藝制備的膠體石墨是采用高純石墨粉按一定比例加 入分散劑等而形成的膠體石墨溶液。MoS2造粒的制備，按一定比例把膠體石墨和MoS2粉末混勻，經(jīng)造粒機(jī)造 粒而制得。炭黑-階段料制備：按配比加入炭黑和高溫瀝青在振動(dòng)球磨機(jī)中經(jīng)過活化， 再通過雙螺旋混捏機(jī)密實(shí)浸油、成型、焙燒、石墨化、磨成粉而制得。階段料制備：由階段料加樹脂及添加劑經(jīng)混合而制得。將階段料粉加入造粒MoS2等制成具有高空和地面均抗磨性好的毛坯。為了解決了普通AgCuMoS2電刷材料焊接性能差的問題，本人采用梯度 材料的設(shè)計(jì)理念，制備

28、了具有梯度結(jié)構(gòu)的Ag-Cu-MoS2自潤滑電刷材料。本人采用純度為99. 95%以上的Ag粉末，MoS2粉末，金屬Cu采用化學(xué)法 加入。銀基復(fù)合電刷材料的工作層成分為Ag-2. 5Cu-8MoS2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)， 過渡層為Ag 一 4MoS2,焊接層為Ag 一 5Cu，將配制好的粉料依次按工作層、 過渡層和焊接層的順序置于石墨模具中，在氬氣保護(hù)下于850C進(jìn)行熱壓燒結(jié)， 壓制壓力為2025 MPa，保壓時(shí)間為1520 min，得到尺寸為20 mm X30 mm X25 mm的塊狀材料?；h(huán)材料為熱壓燒結(jié)Ag-10Cu的銀合金環(huán)，外徑為d45mm,厚度8 mm。摩擦磨損性能測(cè)試在MHK500

29、環(huán)塊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，負(fù)載約76N,轉(zhuǎn)速200 r / rain，時(shí)間45 min。靜態(tài)電阻測(cè)試在鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的6位半數(shù)字電壓表上進(jìn)行，測(cè)試方法采用凱爾文四端鈕法，試樣尺寸為6. 10 mmX3. 9 mmX45 mm,采用Dmax 2550對(duì)材料進(jìn)行x射線衍射物相分析，材料的顯微結(jié)構(gòu)分析在FM 一 6700型掃描電鏡上進(jìn)行。3.3工藝流程圖圖2二硫化鉬銀基熱壓燒結(jié)工藝流程圖3.4制備材料的性能測(cè)試工藝控制及材料物相成分在材料的制備過程中，溫度、時(shí)間、壓力等工藝參數(shù)對(duì)材料的物相成分有著重要 的影響。作為一種良好的固體自潤滑材料，MoS2的潤滑作用不受吸附氣體的影 響，真空中乃至高真空

30、中仍然具有良好的潤滑和耐磨損性能。但是MoS2在349 以上就會(huì)發(fā)生氧化，Ag-Cu-MoS2電刷材料的制備過程中溫度高達(dá)850 C,極易 發(fā)生MoS2的氧化反應(yīng)，造成MoS2的損失，而使材料失去潤滑作用，因此在熱 壓工藝中采用氬氣作為保護(hù)氣氛。熱壓中保壓時(shí)間也對(duì)材料有重要的影響，保壓 時(shí)間過長，原來均勻分布于Ag粉末表面的Cu會(huì)因?yàn)锳g顆粒的聚集長大而發(fā) 生偏析，從而偏離所要求的合金成分；保壓時(shí)間過短，會(huì)造成材料密度低，而且 工作層、過渡層及焊接層間的結(jié)合力小，甚至發(fā)生分層開裂的現(xiàn)象。圖7所示為 Ag 一 2. 5Cu-8MoS2熱壓燒結(jié)工藝溫度一時(shí)間一壓力曲線。壓制壓力的施加要 配合升溫過

31、程，而且最大壓力不能超過25 MPa，否則軟化的金屬會(huì)通過模具的 邊縫溢出造成加工過程失敗。因此對(duì)AgCuMoS2電刷材料實(shí)施熱壓工藝時(shí)必 須實(shí)現(xiàn)溫度、壓力和操作時(shí)間的協(xié)調(diào)控制。檢驗(yàn)物相中MoS2的存在形式對(duì)Ag CuMoS2電刷材料的制備和生產(chǎn)至關(guān)重要。圖8所示為AgCuMoS2電刷 材料的x射線衍射譜。物相分析結(jié)果顯示MoS2相以單一物相形式存在，沒有發(fā) 生氧化，說明AgCuMoS2經(jīng)過熱壓燒結(jié)后MoS2相成分穩(wěn)定，氬氣起到了良 好的保護(hù)作用；-!111IQ10 網(wǎng) 網(wǎng) 4。 甸limeMiin圖3Ag-2. 5Cu 一 8MoS2熱壓燒結(jié)工藝的溫度一時(shí)間一壓力曲線圖4 Ag-Cu-MoS

32、2電刷材料的X射線衍射譜3.42材料顯微形貌及力學(xué)性能MoS2顆粒及其細(xì)小且呈膠狀，很容易團(tuán)聚，難以在基體中均勻分布。MoS2 粉末的團(tuán)聚將提高電刷材料的電噪聲值，最高值可達(dá)9 mVRMS / A以上，平均 在3 mVRMS / A左右，隨著MoS2分散度的提高，材料的電噪聲值也隨之下降。 當(dāng)MoS2粉末均勻彌散地分布于銀基體中時(shí)，平均電噪聲值可降低到 0. 59 mVRMS / A以下。試樣經(jīng)研磨拋光后的顯微組織如圖9所示，作為固體潤滑相 的MoS2均勻而彌散地分布于導(dǎo)電基體AgCu之中，MoS2和Ag兩相組織黑白 分明，無氣孔，結(jié)構(gòu)致密，說明通過熱壓燒結(jié)使材料具有較高的致密度。Ag基 體中

33、的MoS2不但可起到潤滑效果，而且可通過彌散強(qiáng)化作用來提高銀基體的力 學(xué)性能，梯度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是為較好地解決AgCuMoS2材料焊接性差的問 題。由于MoS2在焊接過程中極易發(fā)生氧化反應(yīng)，嚴(yán)重降低了材料的焊接性能。 梯度結(jié)構(gòu)的構(gòu)造主要是通過設(shè)置以純金屬銀為主的焊接層，在保證工作層良好性 能的同時(shí)提高該材料與銀和銅等金屬的可焊性。圖10所示為AgCu-MoS2電刷梯 度結(jié)構(gòu)顯微形貌，從左到右依次為焊接層、過渡層和工作層，梯度結(jié)構(gòu)明顯，各 層材料間界面結(jié)合良好。同時(shí)過渡層的設(shè)計(jì)也較好地解決了材料由焊接層的純金 屬(Ag-5Cu)到工作層的金屬復(fù)合材料(Ag-4MoS2)的過渡連接問題，避免了因材料 成分和性能差異所造成的分層和開裂等現(xiàn)象的發(fā)生。圖6 梯度結(jié)構(gòu)Ag-Cu-MoS2電刷的SEM像材料的摩擦性能電刷的機(jī)械磨損過程中粘著磨損發(fā)生在電刷接觸的早期，表面疲勞在晚期比 較明顯，而磨粒磨損和摩擦氧化在電刷整個(gè)滑動(dòng)接觸過程中都起作用。作為真空 用電刷材料，Ag-CuMoS2在使用過程中一一基本可以避免摩擦氧化現(xiàn)象的發(fā) 生，同時(shí)，由于用于制備該材料的MoS2粉末顆粒非常細(xì)小，且均勻分布于金屬 基體中，可降低材料在摩擦過程中磨粒磨損機(jī)制所造成的影響。因此，對(duì)于高真 空用AgCuMoS2電刷材料來說，粘著磨損和表面