專利名稱：一種金屬基自潤滑復合材料及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及自潤滑復合材料領域，具體是一種金屬基自潤滑復合材料及其制備方 法。
背景技術(shù)：
石磨具有較高的導電性、導熱性、潤滑性和高溫強度及高熔點(常壓不熔化， 3500°C直接升華)等許多優(yōu)良性質(zhì)，因此用途廣泛，特別是與金屬制成的復合材料，這是目 前研究的熱門課題。由于其減摩和防咬合性能好，可作為各種軸承和滑動部件的新材料及 導電材料，如銅_石墨復合材料，鋁-硅-銅-石墨復合材料等。以銅-石墨復合材料為例，銅-石墨復合材料具有良好的導電性、導熱性及優(yōu)越的 潤滑性能，被廣泛用作電刷材料、電觸頭材料及滑動軸承，由于滑動軸承工作條件特殊，要 求材料具有自潤滑、耐磨性和高強度，但目前的銅_石墨復合材料還很難同時滿足這些高 性能的要求。傳統(tǒng)制備工藝制造此類復合材料，一般采用粉末冶金法和液態(tài)冶金法。若采 用粉末冶金法，即將石墨粉與銅粉通過機械混合，由于金屬粉末與石墨粉末密度差別大，石 墨粉末凝聚性強，分散性差，故混合不容易均勻，易產(chǎn)生偏析。同時，由于石墨和銅及其合金 兩相不潤濕，石墨與銅及其合金熱膨脹系數(shù)(a石墨=4 6X10_6/k)差異大，易產(chǎn)生大的 熱應力，導致界面結(jié)合不良，因而對復合材料性能影響較大，使其使用壽命難以提高。所以， 用粉末冶金法制成的復合材料很難達到這種組織要求。若采用液態(tài)冶金法，由于石墨與銅 在1100°C和鋁在980°C時的潤濕角分別高達140°C和136°C，石墨很難分散于銅合金和鋁硅 合金中，并易產(chǎn)生偏析，故也應需要改善石墨與銅、鋁合金的潤濕性。中國發(fā)明專利CN1367269A公開了一種金屬自潤滑復合材料及其制備方法，其中 添加了一定比例的PbO。首先，鉛屬于有害物質(zhì)，鉛及其氧化物將逐步被禁止使用；其次， PbO在常溫下摩擦系數(shù)比較大，只有在400°C以上時才會體現(xiàn)出優(yōu)于MoS2的潤濕性。有研 究表明其具有良好潤滑性的溫度范圍是480 850°C，屬于高溫潤滑組元序列，因此，產(chǎn)品 的生產(chǎn)和應用領域有限。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有銅基石墨復合材料的界面結(jié)合力弱和石墨偏析問題，本發(fā)明提供了 一種金屬基自潤滑復合材料及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種金屬基自潤滑復合材料，包括下述組分，其 質(zhì)量百分比為鍍銅石墨粉4 10%青銅粉 90 96%所述鍍銅石墨粉中銅和石墨的質(zhì)量比為銅30 50%、石墨50 70%。一種金屬基自潤滑復合材料的制備方法，按下述步驟制備而成在鋼基體上預燒 結(jié)一層球形青銅粉，將鍍銅石墨粉、青銅粉按上述比例混合，攪拌后均勻涂布在基體表面，以氫氣為保護氣氛初燒成型，在軋制處理后進行復燒，初燒和復燒的溫度制度是在700 850°C保溫0. 5 1小時。所述保護氣氛是由氨氣分解得到。所述鍍銅石墨粉是通過化學鍍銅在石墨的表面沉積一層銅涂層。鍍銅石墨粉通過表面的化學鍍銅層與基體的金屬化結(jié)合，在減摩層形成均勻連續(xù) 的空間三維網(wǎng)絡，并使石墨均勻彌散分布。由于石墨表面鍍銅層的存在，改善石墨與合金之 間的潤濕性，顯著地降低不良潤濕產(chǎn)生的裂縫，對基體的切割作用。憑借良好的界面結(jié)合性 能，避免了因簡單機械結(jié)合而產(chǎn)生的固體潤滑劑提前脫落、分布不均所導致潤滑失效現(xiàn)象。 從而保證自潤滑效果，延長實用壽命。其次，在摩擦機理上的改善，傳統(tǒng)材料的潤滑機理是表面擠壓后，固體潤滑劑顆粒 完全從基體耐磨層上脫離下來，然后再對偶件上行層固體潤滑潤滑膜，其特點是石墨潤滑 膜與耐磨層發(fā)生摩擦。本發(fā)明所制備的材料，由于鍍層的存在，有效地防止了固體潤滑劑整 體從耐磨層上脫落，其特點是表面受擠壓后，表層石墨部分發(fā)生脫落并在對偶件上形成轉(zhuǎn) 移膜，同時，在耐磨層上未脫落的石墨也會形成潤滑膜，由此一來，新技術(shù)將轉(zhuǎn)變以往耐磨 基體與轉(zhuǎn)移潤滑膜之間的摩擦方式，即青銅層與石墨發(fā)生摩擦，取而代之的是兩摩擦副表 面同時存在的固體潤滑膜之間的摩擦，即石墨與石墨發(fā)生摩擦，因此進一步提高了摩擦性 能。為了進一步增加表層材料與基體的結(jié)合強度，在基體與表層之間設置金屬化中間 層，如球形銅粉，以增加表層與基體的接觸面積。本發(fā)明區(qū)別現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是本發(fā)明高強度耐磨自潤滑復合材料中石墨的 分布均勻、界面結(jié)合良好，材料整體兼有良好的機械性能和和摩擦性能。同時，該復合材料 的使用可大量節(jié)約有色金屬材料，降低成本，而且不含鉛，綠色環(huán)保，可用于制造自潤滑滑 動軸承、滑道板。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步解釋說明，將有助于對本發(fā)明進一步的理 解，本發(fā)明的保護范圍不受這些實施例的限定，本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求書來限定。實施例1(1)在鋼基體上預燒結(jié)一層球形青銅粉，將成分為6%鍍銅石墨粉和94%無鉛青 銅粉，通過機械高速攪拌混合均勻后，以5mm厚度涂布于基體表面。(2)在以分解氨氣為保護氣氛的燒結(jié)爐中燒結(jié)成型，溫度700 850°C，保溫1小 時，然后進行軋制處理。(3)在以分解氨氣為保護氣氛的燒結(jié)爐中復燒，在700 850°C溫度下保溫1小 時，冷卻后調(diào)平整形。實施例2選用8%鍍銅石墨粉和92%無鉛青銅粉，制備方法同實施例1。實施例3選用8%鍍銅石墨粉、91%無鉛青銅粉和納米二氧化硅，制備方法同實施例1。按上述配方和工藝所制得的產(chǎn)品的摩擦磨損性如表1，機械性能如表2所示。
表1摩擦磨損性能參數(shù)
實驗 測試條件MPX-2000型摩擦磨損試驗機，載荷300N，轉(zhuǎn)速0. 634m/s,時間2小時，
溫度是室溫。表2力學性能參數(shù) 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種金屬基自潤滑復合材料，其特征在于，包括下述組分，其質(zhì)量百分比為鍍銅石墨粉4～10％青銅粉90～96％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬基自潤滑復合材料，其特征在于，所述鍍銅石墨粉中銅 和石墨的質(zhì)量比為銅30 50%、石墨50 70%。
3.一種金屬基自潤滑復合材料的制備方法，其特征在于，按下述步驟制備而成在鋼 基體上預燒結(jié)一層球形青銅粉，將鍍銅石墨粉、青銅粉按上述比例混合，攪拌后均勻涂布在 基體表面，以氫氣為保護氣氛初燒成型，在軋制處理后進行復燒，初燒和復燒的溫度制度是 在700 850°C保溫0. 5 1小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬基自潤滑復合材料的制備方法，其特征在于，所述保護 氣氛是由氨氣分解得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬基自潤滑復合材料的制備方法，其特征在于，所述鍍銅 石墨粉是通過化學鍍銅在石墨的表面沉積一層銅涂層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬基自潤滑復合材料，鍍銅石墨粉4～10％，青銅粉90～96％，其中鍍銅石墨粉中銅和石墨的比例是銅30～50％、石墨50～70％。該復合材料的制備方法是在鋼基體上預燒結(jié)一層球形青銅粉，將鍍銅石墨粉、青銅粉按上述比例混合，攪拌后均勻涂布在基體表面，以氫氣為保護氣氛初燒成型，在軋制處理后進行復燒，初燒和復燒的溫度制度是在700～850℃保溫0.5～1小時。本發(fā)明高強度耐磨自潤滑復合材料中石墨的分布均勻、界面結(jié)合良好，材料整體兼有良好的機械性能和和摩擦性能。同時，該復合材料的使用可大量節(jié)約有色金屬材料，降低成本，而且不含鉛，綠色環(huán)保，可用于制造自潤滑滑動軸承、滑道板。
文檔編號B22F7/04GK101871058SQ20101020576
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者于日鴻, 劉利利, 王述仁 申請人:大連宏潤復合軸承有限公司