CN104353825A - 镁基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镁基复合材料及其制备方法，该复合材料含有以下质量百分含量的组分：粒度20～30μm、纯度≥99.8%的镍粉10～15%，粒度5～100μm、纯度≥99.9%的铜粉5～10%，粒度10～50μm、纯度≥99.5%的硅化钛1～2%，粒度1～50μm、纯度≥99.8%的硫化铜4～5%，粒度20～30μm、纯度≥99.3%的硫化锌4～6%，粒度60～80μm、纯度≥99.8%的石墨化碳4～6%，粒度100～200μm、纯度≥99.1%的氧化铅2～3%，其余为粒度40～200μm、纯度≥99.9%的镁粉。制备方法：将各成分混匀，烘干；在600～700MPa的压力下压制成型；烧结，烧结温度为400～1000℃，压力为2～3MPa，保温时间为30～40min。冷却至15～30℃。本发明复合材料的摩擦力为63.8～70.8N，摩擦系数为0.40～0.43，具有良好的耐摩擦性能。
Description
技术领域
本发明属于冶金复合材料领域，尤其涉及一种镁基复合材料及其制备方法。
背景技术
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。目前，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。另外，部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造，因而备受工业界的重视。现有技术的镁基复合材料容易磨损，使用寿命不长。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种镁基复合材料及其制备方法，复合材料的耐摩擦性能优异。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
镁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度20～30μm、纯度≥99.8%的镍粉10～15%，粒度5～100μm、纯度≥99.9%的铜粉5～10%，粒度10～50μm、纯度≥99.5%的硅化钛1～2%，粒度1～50μm、纯度≥99.8%的硫化铜4～5%，粒度20～30μm、纯度≥99.3%的硫化锌4～6%，粒度60～80μm、纯度≥99.8%的石墨化碳4～6%，粒度100～200μm、纯度≥99.1%的氧化铅2～3%，其余为粒度40～200μm、纯度≥99.9%的镁粉。
作为对本发明的进一步改进，镁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：镍粉12%、铜粉6%、硅化钛1.2%、硫化铜4.5%、硫化锌5%、石墨化碳5%、氧化铅2.5%、其余为镁粉。
作为对本发明的进一步改进，镍粉含量是铜粉含量的两倍。
上述镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将镍粉、铜粉、硅化钛、硫化铜、硫化锌、石墨化碳、氧化铅、镁粉混匀，放入真空干燥箱中烘干；
（2）在600～700MPa的压力下压制成型；
（3）烧结炉中烧结，烧结温度为400～1000℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min；
（4）降温冷却至15～30℃。
作为对本发明的进一步改进，步骤（3）烧结炉各段温度设置如下，预烧段400～500℃，烧结段900～1000℃，预冷段500～600℃。
作为对本发明的进一步改进，步骤（4）降温速率为1.5℃/min。
原理：石墨化碳是碳黑在惰性气体(通常为氩气保护下加热到2700 ℃左右生成的一种碳材料。石墨化碳由微弱的范德华力结合，排列松驰的网状层面组成的球状质点胶体单元所组成，属于较低石墨化程度的碳素物质在高温条件下，碳黑内部和表面的大空隙结构被破坏，表面生成光滑、无孔的石墨晶型结构，石墨化碳表面的碳原子之间都是SP2杂化，有单电子对和活泼离子，并具有六边形的微观结构，单电子对和镁粉电子结合，且形式稳定，提高复合材料的耐摩擦性能。
有益效果
本发明复合材料的摩擦力为63.8～70.8N，摩擦系数为0.40～0.43，说明本发明具有良好的耐摩擦性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍，但不局限于此。
实施例1
镁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度20～30μm、纯度≥99.8%的镍粉12%，粒度5～100μm、纯度≥99.9%的铜粉6%，粒度10～50μm、纯度≥99.5%的硅化钛1.2%，粒度1～50μm、纯度≥99.8%的硫化铜4.5%，粒度20～30μm、纯度≥99.3%的硫化锌5%，粒度60～80μm、纯度≥99.8%的石墨化碳5%，粒度100～200μm、纯度≥99.1%的氧化铅2.5%，其余为粒度40～200μm、纯度≥99.9%的镁粉。
上述镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将镍粉、铜粉、硅化钛、硫化铜、硫化锌、石墨化碳、氧化铅、镁粉混匀，放入真空干燥箱中烘干；
（2）在600～700MPa的压力下压制成型；
（3）烧结炉中烧结，烧结温度为400～1000℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min。
（4）降温冷却至15～30℃。
步骤（3）烧结炉各段温度设置如下，预烧段400～500℃，烧结段900～1000℃，预冷段500～600℃。
步骤（4）降温速率为1.5℃/min。
实施例2
镁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度20～30μm、纯度≥99.8%的镍粉10%，粒度5～100μm、纯度≥99.9%的铜粉5%，粒度10～50μm、纯度≥99.5%的硅化钛1%，粒度1～50μm、纯度≥99.8%的硫化铜4%，粒度20～30μm、纯度≥99.3%的硫化锌4%，粒度60～80μm、纯度≥99.8%的石墨化碳4%，粒度100～200μm、纯度≥99.1%的氧化铅2%，其余为粒度40～200μm、纯度≥99.9%的镁粉。
上述镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将镍粉、铜粉、硅化钛、硫化铜、硫化锌、石墨化碳、氧化铅、镁粉混匀，放入真空干燥箱中烘干；
（2）在600～700MPa的压力下压制成型；
（3）烧结炉中烧结，烧结温度为400～1000℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min。
（4）降温冷却至15～30℃。
步骤（3）烧结炉各段温度设置如下，预烧段400～500℃，烧结段900～1000℃，预冷段500～600℃。
步骤（4）降温速率为1.5℃/min。
实施例3
镁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度20～30μm、纯度≥99.8%的镍粉15%，粒度5～100μm、纯度≥99.9%的铜粉10%，粒度10～50μm、纯度≥99.5%的硅化钛2%，粒度1～50μm、纯度≥99.8%的硫化铜5%，粒度20～30μm、纯度≥99.3%的硫化锌6%，粒度60～80μm、纯度≥99.8%的石墨化碳6%，粒度100～200μm、纯度≥99.1%的氧化铅3%，其余为粒度40～200μm、纯度≥99.9%的镁粉。
上述镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将镍粉、铜粉、硅化钛、硫化铜、硫化锌、石墨化碳、氧化铅、镁粉混匀，放入真空干燥箱中烘干；
（2）在600～700MPa的压力下压制成型；
（3）烧结炉中烧结，烧结温度为400～1000℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min。
（4）降温冷却至15～30℃。
步骤（3）烧结炉各段温度设置如下，预烧段400～500℃，烧结段900～1000℃，预冷段500～600℃。
步骤（4）降温速率为1.5℃/min。
实施例4
镁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度20～30μm、纯度≥99.8%的镍粉11%，粒度5～100μm、纯度≥99.9%的铜粉7%，粒度10～50μm、纯度≥99.5%的硅化钛1.2%，粒度1～50μm、纯度≥99.8%的硫化铜4.3%，粒度20～30μm、纯度≥99.3%的硫化锌4.3%，粒度60～80μm、纯度≥99.8%的石墨化碳4.3%，粒度100～200μm、纯度≥99.1%的氧化铅2.3%，其余为粒度40～200μm、纯度≥99.9%的镁粉。
上述镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将镍粉、铜粉、硅化钛、硫化铜、硫化锌、石墨化碳、氧化铅、镁粉混匀，放入真空干燥箱中烘干；
（2）在600～700MPa的压力下压制成型；
（3）烧结炉中烧结，烧结温度为400～1000℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min。
（4）降温冷却至15～30℃。
步骤（3）烧结炉各段温度设置如下，预烧段400～500℃，烧结段900～1000℃，预冷段500～600℃。
步骤（4）降温速率为1.5℃/min。
对比例1
与实施例1相同，不同在于：活性炭代替石墨化碳。
性能测试试验
材料的耐磨擦性能：将材料放在MMW-1型磨擦磨损试验机上，干磨擦旋转运动，采用小指推圈磨擦副试验方法，对偶材料为45钢淬火钢环，硬度为50HRC，主轴转速为250r/min，载荷为40N，时间为10min。
测试结果见下表1。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | |
| 摩擦力N | 70.8 | 63.8 | 68.9 | 69.1 | 39.2 |
| 磨擦系数 | 0.43 | 0.40 | 0.42 | 0.42 | 0.30 |
结论：对比例1的活性炭属于无定型碳，在结构上微晶碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，是一种多孔碳，堆积密度低，比表面积大，制成的复合材料耐摩擦性能明显不如本发明；本发明复合材料的摩擦力为63.8～70.8N，摩擦系数为0.40～0.43，说明本发明具有良好的耐摩擦性能。
Claims (6)
1.镁基复合材料，其特征在于，含有以下质量百分含量的组分：粒度20～30μm、纯度≥99.8%的镍粉10～15%，粒度5～100μm、纯度≥99.9%的铜粉5～10%，粒度10～50μm、纯度≥99.5%的硅化钛1～2%，粒度1～50μm、纯度≥99.8%的硫化铜4～5%，粒度20～30μm、纯度≥99.3%的硫化锌4～6%，粒度60～80μm、纯度≥99.8%的石墨化碳4～6%，粒度100～200μm、纯度≥99.1%的氧化铅2～3%，其余为粒度40～200μm、纯度≥99.9%的镁粉。
2.根据权利要求1所述的镁基复合材料，其特征在于含有以下质量百分含量的组分：镍粉12%、铜粉6%、硅化钛1.2%、硫化铜4.5%、硫化锌5%、石墨化碳5%、氧化铅2.5%、其余为镁粉。
3.根据权利要求1所述的镁基复合材料，其特征在于，镍粉含量是铜粉含量的两倍。
4.基于权利要求1所述的镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将镍粉、铜粉、硅化钛、硫化铜、硫化锌、石墨化碳、氧化铅、镁粉混匀，放入真空干燥箱中烘干；
（2）在600～700MPa的压力下压制成型；
（3）烧结炉中烧结，烧结温度为400～1000℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min；
（4）降温冷却至15～30℃。
5.根据权利要求4所述的镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）烧结炉各段温度设置如下，预烧段400～500℃，烧结段900～1000℃，预冷段500～600℃。
6.根据权利要求4所述的镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）降温速率为1.5℃/min。
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