CN105154770A

CN105154770A - 酚醛树脂增强铁基复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN105154770A
Application number: CN201510546142.2A
Authority: CN
Inventors: 刘莉; 王爽; 邱晶; 刘晓东; 黄明明
Original assignee: Suzhou Netshape Composite Materials Co Ltd
Current assignee: Suzhou Netshape Composite Materials Co Ltd
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2015-12-16

Abstract

本发明提供一种酚醛树脂增强铁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：酚醛树脂、铜粉、钴粉、氧化铯、氧化锡、硫化银、石墨烯、其余是铁粉。制备方法：（1）将酚醛树脂置于管式炉中炭化、放冷、碱洗、烘干、研磨，得到酚醛树脂微球；（2）将酚醛树脂微球与其他原料混匀后，球磨，混炼；（3）压制成型；（4）烧结；（5）冷却。本发明提供的复合材料密度达到了7.5g/cm³以上，拉伸强度达到了1.38GPa以上，表面硬度达到了600HV以上，具有良好的耐磨性与硬度，同时具有一定的延展性，应用范围广。

Description

酚醛树脂增强铁基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金复合材料领域，具体涉及一种酚醛树脂增强铁基复合材料及其制备方法。

背景技术

铁基材料因其具有高耐磨性，耐热性和硬度大等特点，已广泛应用于交通工具，家用电器与电动工具以及办公机械中，已成为产量最大、应用最广的一类材料。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。现有技术的铁基复合材料中由于添加了其他硬度较低的成分，所以其硬度不高，而且易出现混料不均匀的问题。现有技术制得的铁基材料密度能达到6.5~7g/cm³左右，抗拉性能也不高，表面硬度也很难满足需要，因此需要综合性能更好的粉末冶金材料来满足市场需要。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种酚醛树脂增强铁基复合材料及其制备方法，制得的复合材料密度提高，拉伸强度增强，同时提高了表面硬度。

本发明的技术方案：

酚醛树脂增强铁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：酚醛树脂7~10%、铜粉3~8%、钴粉1~2%、氧化铯1~8%、氧化锡1~2%、硫化银3~7%、石墨烯6~10%、其余是铁粉。

优选的，含有以下质量百分含量的组分：酚醛树脂8~9%、铜粉4~7%、钴粉1%、氧化铯3~5%、氧化锡2%、硫化银4~6%、石墨烯7~8%、其余是铁粉。

更优选的，含有以下质量百分含量的组分：酚醛树脂9%、铜粉5%、钴粉1%、氧化铯4%、氧化锡2%、硫化银5%、石墨烯7%、其余是铁粉。

酚醛树脂增强铁基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将酚醛树脂置于管式炉中，在惰性气体的气氛下，升温炭化，放冷后，将固体残渣用质量浓度1~10%的氢氧化钠溶液洗涤，再用纯水洗涤至中性，烘干后，进行研磨，得到酚醛树脂微球；

（2）将步骤（1）制得的酚醛树脂微球与铜粉、钴粉、氧化铯、氧化锡、硫化银、石墨烯、铁粉混匀后，放入球磨机进行研磨混合，待混合均匀，投入混炼机中，然后干混1~2h；

（3）在600~700MPa的压力下压制成型；

（4）烧结，烧结温度为300~400℃，烧结压力为2~3MPa，保温时间为30~40min；

（5）冷却至15~30℃。

步骤（1）中，炭化步骤的参数是：升温速率5~10℃/min，炭化温度1100~1200℃，炭化时间3~5小时。

有益效果：

本发明提供的复合材料密度达到了7.5g/cm³以上，拉伸强度达到了1.38GPa以上，表面硬度达到了600HV以上，具有良好的耐磨性与硬度，同时具有一定的延展性，应用范围广。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。

实施例1

酚醛树脂增强铁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：酚醛树脂7%、铜粉3%、钴粉1%、氧化铯1%、氧化锡1%、硫化银3%、石墨烯6%、其余是铁粉。

制备方法，包括如下步骤：

（1）将酚醛树脂置于管式炉中，在氮气的气氛下，升温炭化，升温速率5℃/min，炭化温度1100℃，炭化时间3小时，放冷后，将固体残渣用质量浓度1%的氢氧化钠溶液洗涤，再用纯水洗涤至中性，烘干后，进行研磨，得到酚醛树脂微球；

（2）将步骤（1）制得的酚醛树脂微球与铜粉、钴粉、氧化铯、氧化锡、硫化银、石墨烯、铁粉混匀后，放入球磨机进行研磨混合，待混合均匀，投入混炼机中，然后干混1h；

（3）在600MPa的压力下压制成型；

（4）烧结，烧结温度为300℃，烧结压力为2MPa，保温时间为30min；

（5）冷却至15℃。

实施例2

酚醛树脂增强铁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：酚醛树脂8%、铜粉4%、钴粉1%、氧化铯3%、氧化锡2%、硫化银5%、石墨烯7%、其余是铁粉。

制备方法，包括如下步骤：

（1）将酚醛树脂置于管式炉中，在氮气的气氛下，升温炭化，升温速率7℃/min，炭化温度1120℃，炭化时间3.5小时，放冷后，将固体残渣用质量浓度3%的氢氧化钠溶液洗涤，再用纯水洗涤至中性，烘干后，进行研磨，得到酚醛树脂微球；

（3）在600MPa的压力下压制成型；

（4）烧结，烧结温度为330℃，烧结压力为2MPa，保温时间为33min；

（5）冷却至20℃。

实施例3

酚醛树脂增强铁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：酚醛树脂9%、铜粉5%、钴粉1%、氧化铯4%、氧化锡2%、硫化银5%、石墨烯7%、其余是铁粉。

制备方法，包括如下步骤：

（1）将酚醛树脂置于管式炉中，在氮气的气氛下，升温炭化，升温速率8℃/min，炭化温度1150℃，炭化时间4小时，放冷后，将固体残渣用质量浓度5%的氢氧化钠溶液洗涤，再用纯水洗涤至中性，烘干后，进行研磨，得到酚醛树脂微球；

（2）将步骤（1）制得的酚醛树脂微球与铜粉、钴粉、氧化铯、氧化锡、硫化银、石墨烯、铁粉混匀后，放入球磨机进行研磨混合，待混合均匀，投入混炼机中，然后干混1.5h；

（3）在650MPa的压力下压制成型；

（4）烧结，烧结温度为350℃，烧结压力为2.5MPa，保温时间为35min；

（5）冷却至25℃。

实施例4

酚醛树脂增强铁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：酚醛树脂9%、铜粉7%、钴粉1%、氧化铯5%、氧化锡2%、硫化银6%、石墨烯8%、其余是铁粉。

制备方法，包括如下步骤：

（1）将酚醛树脂置于管式炉中，在氩气的气氛下，升温炭化，升温速率9℃/min，炭化温度1180℃，炭化时间4.5小时，放冷后，将固体残渣用质量浓度7%的氢氧化钠溶液洗涤，再用纯水洗涤至中性，烘干后，进行研磨，得到酚醛树脂微球；

（2）将步骤（1）制得的酚醛树脂微球与铜粉、钴粉、氧化铯、氧化锡、硫化银、石墨烯、铁粉混匀后，放入球磨机进行研磨混合，待混合均匀，投入混炼机中，然后干混2h；

（3）在700MPa的压力下压制成型；

（4）烧结，烧结温度为380℃，烧结压力为3MPa，保温时间为38min；

（5）冷却至25℃。

实施例5

酚醛树脂增强铁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：酚醛树脂10%、铜粉8%、钴粉2%、氧化铯8%、氧化锡2%、硫化银7%、石墨烯10%、其余是铁粉。

制备方法，包括如下步骤：

（1）将酚醛树脂置于管式炉中，在氩气的气氛下，升温炭化，升温速率10℃/min，炭化温度1200℃，炭化时间5小时，放冷后，将固体残渣用质量浓度10%的氢氧化钠溶液洗涤，再用纯水洗涤至中性，烘干后，进行研磨，得到酚醛树脂微球；

（3）在700MPa的压力下压制成型；

（4）烧结，烧结温度为400℃，烧结压力为3MPa，保温时间为40min；

（5）冷却至30℃。

性能测试

将实施例1~5制得的复合材料进行密度、拉伸强度、表面硬度的测试，结果见表1。

表1

。

从表1可以看出，本发明提供的复合材料密度达到了7.5g/cm³以上，拉伸强度达到了1.38GPa以上，表面硬度达到了600HV以上，具有良好的耐磨性与硬度，同时具有一定的延展性，可以很好地应用于各个领域。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims

1.酚醛树脂增强铁基复合材料，其特征在于，含有以下质量百分含量的组分：酚醛树脂7~10%、粒度为30~50μm的铜粉3~8%、钴粉1~2%、氧化铯1~8%、氧化锡1~2%、硫化银3~7%、石墨烯6~10%、其余是铁粉。

2.根据权利要求1所述的酚醛树脂增强铁基复合材料，其特征在于，含有以下质量百分含量的组分：酚醛树脂8~9%、铜粉4~7%、钴粉1%、氧化铯3~5%、氧化锡2%、硫化银4~6%、石墨烯7~8%、其余是铁粉。

3.根据权利要求1所述的酚醛树脂增强铁基复合材料，其特征在于，含有以下质量百分含量的组分：酚醛树脂9%、铜粉5%、钴粉1%、氧化铯4%、氧化锡2%、硫化银5%、石墨烯7%、其余是铁粉。

4.根据权利要求1~3任一项所述的酚醛树脂增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（3）在600~700MPa的压力下压制成型；

（5）冷却至15~30℃。

5.根据权利要求4所述的酚醛树脂增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，炭化步骤的参数是：升温速率5~10℃/min，炭化温度1100~1200℃，炭化时间3~5小时。