ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1996 года по МПК C22C1/05 C22C38/16 

Изобретение относится к составам порошковых материалов на основе железа с добавками меди, графита и стекла для использования в качестве сильноточных скользящих контактов троллейбусные вставки, коллекторные пластины электропоездов и аналогичные узлы, а также в узлах трения с повышенной нагрузочной способностью.

Известны порошковые материалы для скользящих электроконтактов на основе железа марки Р7 (состав, мас. железо 70, медь 22, свинец 5, никель - 1, нитрид бора 2) [Либенсон Г.А. Производство спеченных изделий. М. Металлургия, 1982, с.215-221] Недостатком материала является низкая износостойкость контактов и ответной пары проводов, а также содержание свинца, который запрещен к применению, в составе материалов.

Известен порошковый материал [Пат.9969 (Япония). Смесь порошков на основе меди для антифрикционных слоев. Опубл.09.05.69 г. на медной основе для скользящих электроконтактов состава, мас.

графит 1 4
никель 2 6
свинец 2 10
сульфиды 1 10
медь до 100
Недостатком этого материала является невысокая износостойкость во влажной атмосфере и значительное содержание свинца в материале.

Известен порошковый материал для токосъемников [Пат.48-20963 (Япония). Износостойкий спеченный сплав на основе меди. Опубл. 25.06.73 г. состава, мас.

графит 0,5 6,0
олово 2 13
никель 3 15
свинец 2 8
медь до 100
Большой износ проводов, особенно при наличии влаги, высокая стоимость за счет содержания дорогих порошков олова и никеля, наличие свинца в составе являются недостатками этого материала.

Известен также порошковый материал для подвода больших токов [Пат. 50-40086 (Япония). Способ изготовления скользящих электродов для подвода больших токов. Опубл. 22.12.75 состава, мас.

графит 5 30
олово 2 10
свинец 2 10
хром 2 30
серебро 2 20
медь до 100
Невысокая износостойкость проводов и порошкового материала, особенно во влажной атмосфере, сложный состав и высокая стоимость за счет содержания в составе олова, хрома, серебра, а также наличие в составе свинца являются недостатками этого материала.

Известен также порошковый материал на основе железа для скользящего электроконтакта троллейбусов (троллейбусные вставки). Вставки выпускаются заводом "Электроконтакт" (г.Кинешма Ивановской области) согласно ТУ-303-89 ИЛГТ 741582010 ТУ и имеет состав, мас.

медь 30
графит 3
свинец 10
железо 57
Недостатком этого материала является низкая износостойкость и наличие в составе свинца.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности признаков, т.е. прототипом, является спеченный антифрикционный материал на основе железа [А. с. 684921 СССР. Спеченный антифрикционный материал на основе железа. "ДСП"] состава, мас.

графит 2 4
стекло 6 8
медь 2 3
железо до 100
Данный материал разработан как антифрикционный для работы в растворах щелочей. В режиме трения сильноточных контактов интенсивность изнашивания этого материала 140 155 мкм/км, коэффициент трения свыше 0,4.

Изобретательской задачей являлась разработка порошкового материала, обладающего высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения в узлах сильноточных контактов.

Поставленная задача достигается путем создания порошкового материала для сильноточных контактов на основе железа, включающего медь, графит и стекло, который содержит последнее в виде пустотелых стеклянных микросфер или их отходов при следующем соотношении компонентов, мас.

графит 1 6
пустотелые стеклянные микросферы или их отходы 0 5
медь 10 40
железо до 100
Использование именно заявленной совокупности существенных признаков позволяет получить достигаемый технический результат, а именно снизить интенсивность изнашивания пары трения "порошковый материал медный провод" более, чем в 100 раз и уменьшить коэффициент трения в 5 10 раз.

Пустотелые стеклянные микросферы выпускаются согласно ТУ 6-11-367-75 Новгородским заводом стекловолокна. Микросферы имеют состав, мас. SiO₂ 75, Na₂O 19-20, BaO 3-4, СaО 0,5; MgO 0,5. Согласно технических условий пустотелые стеклянные микросферы имеют характеристики: дисперсность 4-160 мкм, плотность 0,36 г/см³, прочность 248,5 кг/см². Отходы производства этих микросфер до сих пор не использовались. Использование отходов при создании порошкового материала, кроме снижения интенсивности изнашивания и уменьшения коэффициента трения, позволит улучшить экологическую обстановку и удешевить порошковый материал.

Пример 1. 20 г (20 мас.) медного порошка ПМС-1 (ГОСТ 4860-75), 1 г (1 мас.) порошка графита ЭУТ-11 (ГОСТ 10274-79), 1 г (1 мас.) пустотелых стеклянных микросфер (ТУ-6-11-367-75) и 78 г (78 мас.) железного порошка ПЖР2 (ГОСТ 9849-86) смешивали в конусном смесителе, из шихты прессовали под давлением 600 МПа образцы и спекали их в среде водорода в течение 1,5 час, при температуре 98О^oС.

Пример 2. 30 г. (30 мас.) медного порошка, 2 г (2 мас.) порошка графита, 3 г (3 маc.) отходов стеклянных микросфер и 65 г (65 мас.) железного порошка смешивали в смесителе, из шихты прессовали образцы и спекали их в среде водорода при тех же условиях, что и в примере 1.

Пример 3. 40 г (40 мас.) медного порошка, 3 г (3 мас.) порошка графита, 5 г (5 мас. ) пустотелых стеклянных микросфер и 52 г (52 мас.) железного порошка смешивали в смесителе, из шихты прессовали образцы и спекали их в среде водорода при тех же условиях, что и в примере 1.

Химический состав порошковых материалов по примерам 1-3 и прототипа приведены в табл. 1.

Полученные образцы были испытаны на трение и износ на серийной машине трения 2070 СМТ-1 по общепринятой методике [Ясь Д.С. Подмоков В.Б. Дяденко H. С. Испытания на трение и износ. Методы и оборудование. Харьков: Техника, 1971, с.140] с целью оценки износостойкости и коэффициентов трения. Условия испытаний: пара трения " диск колодка", материал колодки предлагаемый порошковый материал, материал диска медь электротехническая (аналог троллейбусного провода). Режим трения: скорость скольжения 3 м/с, удельная нагрузка 1,5 МПа (режим трения соответствует рекомендации литературы - Ефремов И.С. и др. Технические средства городского электрического транспорта. М. Высшая школа, 1985, с.448).

Результаты испытаний приведены в табл.2.

Из табл.2 видно, что при использовании совокупности заявляемых существенных признаков достигается следующий технический результат: уменьшаются интенсивность изнашивания порошкового материала в 8 200 раз, медного контртела в 300 2000 раз, коэффициент трения снижается в 5 10 раз во всем диапазоне составов порошкового материала.

Эти преимущества позволят порошковому материалу работать в узле трения значительно дольше, уменьшить число разборок и сборок токосъемного узла, повысить надежность и работоспособность городского транспорта.

Использование в составе порошкового материала пустотелых стеклянных микросфер или их отходов позволит отказаться от применения свинца и снизить стоимость разработанного материала при сохранении высоких эксплуатационных свойств.

Порошковый материал на основе железа, содержащий в вес. %: графит 1-6, пустотелые стеклянные микросферы или их отходы 0,5-5, медь 10-40. 2 табл.

Порошковый материал на основе железа, содержащий графит и медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит пустотелые стеклянные микросферы или их отходы при следующем соотношении компонентов в мас.

Графит 1-6
Пустотелые стеклянные микросферы или их отходы 0,5-5
Медь 10-40
Железо Остальное