ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта

Классы МПК:C22C1/05 смеси металлического порошка с неметаллическим
H01H1/021 композитный материал
C22C33/02 порошковой металлургией 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-09-05
публикация патента:

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.%:

Графит8-18
Медь8-20
Железоостальное.

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/см 2 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.%:

Медь18-46
Графит2-3
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 rsспеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 -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 rsспеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 -1 достигает максимального значения rsc спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 -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.%):

Медь24-57
Графит2-3
Железоостальное.

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 спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 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 спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 -1 и интенсивности изнашивания Ihc , соответствующие началу катастрофического изнашивания, представлены в таблице. Видно, что режим катастрофического изнашивания известного материала [2] наступает при более низкой rscспеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 -1, чем rscспеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 -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 rsспеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 -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.спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 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 спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 ) и более легкий переход к пластическому течению (за счет более низкой НВ) предлагаемого материала являются факторами, которые обеспечивают более высокие rsспеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 -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/пСu FeШХ15 Сrscспеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 -1, См/см2 Ihc, МКМ/КМП, %jc, А/см 2спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 , мкO м*мНВ, МПа
мас.%
12473 -3362 910290 0,161220
25740 -3333 88300 0,09820
33562.5 -2.5342 810280 0,13940
44553 -2321 1111305 0,11890
524- 733190 6012280 0,241722

В таблице представлены предельно достижимая электропроводность контакта rscспеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 -1 и соответствующая ей интенсивность изнашивания I, пористость П, удельное электросопротивление спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта, патент № 2506334 , 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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.%:

медь24-57
графит2-3
железоостальное.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2506334

patent-2506334.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C22C1/05 смеси металлического порошка с неметаллическим

Патенты РФ в классе C22C1/05:
спеченная твердосплавная деталь и способ -  патент 2526627 (27.08.2014)
композиционный электроконтактный материал на основе меди и способ его получения -  патент 2525882 (20.08.2014)
способ получения поликристаллического композиционного материала -  патент 2525005 (10.08.2014)
шихта для изготовления материала для сильноточных электрических контактов и способ изготовления материала -  патент 2523156 (20.07.2014)
твердосплавное тело -  патент 2521937 (10.07.2014)
способ получения беспористого карбидочугуна для изготовления выглаживателей -  патент 2511226 (10.04.2014)
способ получения композиционного материала -  патент 2509818 (20.03.2014)
порошковый композиционный материал -  патент 2509817 (20.03.2014)
наноструктурный композиционный материал на основе чистого титана и способ его получения -  патент 2492256 (10.09.2013)
способ получения изделий из композиционных материалов с наноразмерными упрочняющими частицами -  патент 2485196 (20.06.2013)

Класс H01H1/021 композитный материал

Класс C22C33/02 порошковой металлургией 

Патенты РФ в классе C22C33/02:
композиция, улучшающая обрабатываемость резанием -  патент 2529128 (27.09.2014)
способ получения диффузионно-легированного порошка железа или порошка на основе железа, диффузионно-легированный порошок, композиция, включающая диффузионно-легированный порошок, и прессованная и спеченная деталь, изготовленная из упомянутой композиции -  патент 2524510 (27.07.2014)
порошковый износо- корозионно-стойкий материал на основе железа -  патент 2523648 (20.07.2014)
способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой -  патент 2513058 (20.04.2014)
способ получения беспористого карбидочугуна для изготовления выглаживателей -  патент 2511226 (10.04.2014)
смазка для композиций порошковой металлургии -  патент 2510707 (10.04.2014)
способ изготовления стали с упрочняющими наночастицами -  патент 2493282 (20.09.2013)
низколегированный стальной порошок -  патент 2490353 (20.08.2013)
порошок на основе железа и его состав -  патент 2490352 (20.08.2013)
способ подготовки порошка на основе чугунной стружки -  патент 2486031 (27.06.2013)


Наверх