CN103757464A

CN103757464A - 一种铜基自润滑复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103757464A
Application number: CN201410000200.7A
Authority: CN
Inventors: 李长生; 张坤; 张红桃; 施琴; 陈琳
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明涉及一种固体自润滑复合材料及其制备方法，属于金属基自润滑摩擦材料的技术领域。其原料为铜粉、锡粉、镍粉、二硒化钨，石墨及碳化钨。其中，自润滑复合材料是以铜为基体，石墨及二硫化钨纳米片为固体润滑添加剂。其质量百分比，由铜粉为65％～80％、锡粉为5％～12％、镍粉1％～10％、二硒化钨1％～8％、石墨1％～5％、碳化钨0.5％～3％组成。采用粉末冶金温压烧结成型，真空烧结获得铜基自润滑复合材料。该材料具有摩擦系数低，强度高，抗磨损能力高等特点，从而满足不同条件下对铜基自润滑材料的需求。

Description

一种铜基自润滑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种铜基自润滑复合材料及其制备方法。

背景技术

在现代工业生产中，机械设备中零件摩擦工作过程中，由于在各类不同条件下，摩擦零部件很少具有自润滑功能，摩擦磨损时造成材料损耗的重要原因之一，通过使用润滑材料，减少摩擦与磨损，以尽可能地减少无用的能量消耗，延长摩擦件的使用寿命，降低使用成本，节省能源等，是摩擦学者、润滑工程师、设计者和工程师通过润滑以达到减摩抗磨的理论与实例研究一直没有停止过的。固体润滑材料使用范围宽、高负荷、超高真空、强氧化或还原、强辐射等苛刻环境条件中使用，显著降低摩擦件的摩擦因数，减少或避零部件在运动时因接触摩擦发生的磨损，延长其使用寿命。因此在机械部件减摩抗磨设计中，固体润滑材料具有与零部件材料本身同等重要的地位。

含有固体润滑剂(二硒化钨和石墨)的铜基自润滑材料兼具基体铜和固体润滑剂的特性，而能够被广泛的应用于工业领域。石墨在空气中易形成润滑膜而具有良好的润滑性能，二硒化钨晶体具有六方夹层状结构，耐高温，耐酸碱等特点，稳定性好，具有良好的润滑性能，是一种能在大负荷、腐蚀性介质、真空灯苛刻工况条件下使用。基于上述特点，本发明提供的铜基自润滑复合材料具有良好的耐磨损性能及环境适应性。

发明内容

本发明旨在提供一种铜基自润滑复合材料及其制备方法，以提高复合材料的机械性能，耐磨损性能及环境适应性。

本发明采用如下技术方案：

本发明的铜基自润滑复合材料是由以下的重量百分比的原料组成：铜粉为65％～80％、锡粉为5％～12％、镍粉1％～10％、二硒化钨1％～8％、石墨1％～5％和碳化钨0.5％～3％。

优选：铜粉为70％、锡粉为10％、镍粉10％、二硒化钨4％、石墨4％和碳化钨2％。

优选：铜粉为72％、锡粉为10％、镍粉10％、二硒化钨2％、石墨4％和碳化钨2％。

铜粉、锡粉、镍粉其纯度大于99％，粒度小于0.076mm。

二硒化钨、石墨纯度大于99.5％，粒度小于0.076。

制备本发明的铜基自润滑复合材料的方法采用粉末冶金工艺，该方法的具体步骤如下：

(1)配料：按重量百分比配比称取铜粉、锡粉、镍粉、二硒化钨、石墨和碳化钨；

(2)混料：将步骤(1)配好的料在混料机中混合均匀；

(3)压制：将混合好的料放入模具中，温压成型，模具温度130℃～150℃，压力：600MPa～800Mpa、保温保压1～2min；

(4)烧结：压制成型后的样品放入真空炉中烧结，真空度为0.01Mpa，烧结温度为750～950℃，保温时间1h。

步骤(3)中，模具温度优选140℃，压力优选：700Mpa、保温保压优选2min。

步骤(4)中，烧结温度优选为800℃。

本发明的积极效果如下：

本发明提供了一种适用于不同气氛条件下的高性能固体自润滑材料，本发明制备的铜基自润滑材料具有优异的物理和机械性能，其具有轻度高摩擦系数低，抗磨磨损性能好等优点。本发明工艺简单、可操作性强，成本相对较低，在机械制造及航空航天等工业领域具有广泛用途。

附图说明

图1为实施例1制备的铜基自润滑复合材料放大500倍的金相照片。

图2为实施例1、2、3、4的室温摩擦系数图。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。

实施例1：

制备一种铜基自润滑复合材料，按化学成分按质量百分比为Cu：72％、Sn：10％、Ni：10％、WSe2：2％、石墨：4％、WC：2％，其制作步骤如下：

(1)称料：按化学成分按质量百分比为Cu：70％、Sn：10％、Ni：10％、WSe2：3％、石墨：4％、WC：2％进行称料。

(2)混料：将配好的原料组分一起加入制混料机中进行混料，混料机转速150r／min，混合时间8h。

(3)压制：将步骤(1)混均匀的原料加入到模具中，模具温度135℃，压力：600MPa、保温保压1min，即可得到压坯。

(4)烧结：压制成型后的样品放入真空炉中烧结，烧结温度从室温升至目标温度，真空度为0.01Mpa，烧结温度为800℃，保温时间1h。

本实施例的自润滑符合材料的密度为6.4g/cm³，布氏硬度为65HB，抗弯强度为156Mpa。

实施例2：

制备一种铜基自润滑复合材料，按化学成分按质量百分比为Cu：71％、Sn：10％、Ni：10％、WSe2：3％、石墨：4％、WC：2％。其制备步骤同实施例1。

实施例3：

制备一种铜基自润滑复合材料，按化学成分按质量百分比为Cu：70％、Sn：10％、Ni：10％、WSe2：4％、石墨：4％、WC：2％。其制备步骤同实施例1。

实施例4：

制备一种铜基自润滑复合材料，按化学成分按质量百分比为Cu：69％、Sn：10％、Ni：10％、WSe2：5％、石墨：4％、WC：2％。其制备步骤同实施例1。

上述实施例1、2、3、4自润滑复合材料进行力学性能、摩擦学性能测试，其结果如表1所示：

表1实施例1、2、3、4自润滑复合材料的性能

序号	硬度(HB)	抗弯强度(MPa)	磨损率(10^-5mm³／Nm)
				实施例1	65	156	8
实施例2	67	175	5
				实施例3	62	165	10
实施例4	60	150	5

摩擦学性能是在CETR RMT-2Multi-Specimen Test System摩擦试验机上进行的，实验参数为载荷1kg、转速100r／min，时间10min，温度为室温。

本发明所述的添加WSe₂，石墨的铜基自润滑复合材料在高温下具有优异的力学性能，摩擦系数较小，磨损率较小，在高温下具有优良耐磨性能的同时实现了自润滑；图1的金相照片显示了其微观组织结构，如图2可以看出实施例1、2、3、4的摩擦系数均较低。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种铜基自润滑复合材料，其特征在于：该复合材料是由以下的重量百分比的原料组成：铜粉为65％～80％、锡粉为5％～12％、镍粉1％～10％、二硒化钨1％～8％、石墨1％～5％和碳化钨0.5％～3％。

2.如权利要求1所述的铜基自润滑复合材料，其特征在于：该复合材料是由以下的重量百分比的原料组成：铜粉为70％、锡粉为10％、镍粉10％、二硒化钨4％、石墨4％和碳化钨2％。

3.如权利要求1所述的铜基自润滑复合材料，其特征在于：该复合材料是由以下的重量百分比的原料组成：铜粉为72％、锡粉为10％、镍粉10％、二硒化钨2％、石墨4％和碳化钨2％。

4.如权利要求1-3任一项所述的铜基自润滑复合材料，其特征在于：铜粉、锡粉、镍粉其纯度大于99％，粒度小于0.076mm。

5.如权利要求1-3任一项所述的铜基自润滑复合材料，其特征在于：二硒化钨、石墨纯度大于99.5％，粒度小于0.076。

6.一种制备如权利要求1-5任一项所述的铜基自润滑复合材料的方法，该方法采用粉末冶金工艺，其特征在于：该方法的具体步骤如下：

(2)混料：将步骤(1)配好的料在混料机中混合均匀；

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，模具温度140℃，压力：700Mpa、保温保压2min。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，烧结温度为800℃。