CN106939381A - 一种铜银基自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种铜银基自润滑复合材料及其制备方法 Download PDF

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李云
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李剑锋
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    • B22F3/12Both compacting and sintering
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides whether added as such or formed in situ
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Abstract

本发明属于金属基自润滑摩擦材料的技术领域,涉及一种铜银基自润滑复合材料及其制备方法。其原料为铜粉、银粉、钛硅碳粉。其中,自润滑复合材料是以铜为基体,银粉,钛硅碳为固体润滑添加剂。其质量百分比,由铜粉为75%~85%、银粉为2%~10%、钛硅碳为9%~20%组成。采用粉末冶金放电等离子烧结成型,氩气保护,获得铜银基自润滑复合材料。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银基自润滑材料的需求。

Description

一种铜银基自润滑复合材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及粉末冶金技术领域,尤其涉及一种铜银基自润滑复合材料及其制备方 法。
背景技术
[0002] 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,这种铜铬基自润滑复合材料广泛用于电机 或发电机中集电环和电刷等。
[0003] 含有固体润滑剂(钛硅碳)的铜银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。钛硅碳属于密排六方结构,具有与石墨类似的层状结构, 层间非金属原子通过较弱的范德华力结合,层内的金属原子与非金属原子通过共价键结 合,层间具有较低的剪切强度,这样造成层间易于滑移,使其能作为良好的固体润滑剂,耐 高温,强度大,稳定性好,能在大负荷、真空等苛刻工况条件下使用。基于上述特点,本发明 提供的铜银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
[0004] 本发明旨在提供一种铜银基自润滑复合材料及其制备方法,以提尚复合材料的机 械性能,耐磨损性能及环境适应性。
[0005] 本发明采用如下技术方案:
[0006] 本发明的铜银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75 % 〜85 %、银粉为2 %〜10 %、钛硅碳为9 %〜20 %。
[0007] 优选:铜粉为80 %、银粉为3 %、钛硅碳为17 %。
[0008] 优选:铜粉为80 %、银粉为5 %、钛硅碳为15 %。
[0009] 铜粉、银粉、钛硅碳其纯度大于99%,粒度小于0.076mm。
[0010] 制备本发明的铜银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:
[0011] (1)配料:按重量百分比配比称取铜粉、银粉、钛硅碳粉;
[0012] (2)混料:将步骤⑴配好的料在球磨机中混合均匀;
[0013] (3)放电等离子烧结:将球磨好的料放入模具中,压制成型,通氩气,然后程序升温 至烧结温度,保温一段时间。
[0014] 步骤⑶中,所述压制成型时的压力为:35MPa〜50Mpa,程序升温速率为70〜90°C/ min,烧结温度750°C〜900°C,保温时间8〜20min;
[0015] 步骤(3)中,所述压制成型时的压力优选:40Mpa,升温速率为85°C/min,烧结温度 优选850°C,保温保压优选15min。
[0016] 本发明的有益效果为:
[0017] 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 的铜银基自润滑材料具有优异的物理和机械性能,其具有强度高,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
[0018] 图1为实施例3制备的铜银基自润滑复合材料放大500倍的金相照片;
[0019] 图2为实施例1、2、3、4所制备材料的室温摩擦系数图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并 不限于此。
[0021] 实施例1:
[0022] 制备一种铜银基自润滑复合材料,按化学成分按质量百分比为Cu:80%、Ag:3%、 Ti3SiC2:17%,其制作步骤如下:
[0023] ⑴称料:按化学成分按质量百分比为Cu: 80 %、Ag: 3 %、Ti3SiC2:17 %进行称料。
[0024] (2)混料:将配好的原料组分一起加入球磨机中进行混料,球磨机转速250r/min, 混合时间12h。
[0025] (3)放电等离子烧结:将步骤⑴混均匀的原料加入到模具中,压力:40MPa,烧结温 度850 °C,通氩气,升温速率为85 °C /min,保温保压15min,即可得到成品。
[0026] 实施例2:
[0027]制备一种铜银基自润滑复合材料,按化学成分按质量百分比为Cu:80%、Ag:5%、 Ti3SiC2:15 %。其制备步骤同实施例1。
[0028] 实施例3:
[0029] 制备一种铜银基自润滑复合材料,按化学成分按质量百分比为Cu:80%、Ag:7%、 Ti3SiC2:13 %。其制备步骤同实施例1。
[0030] 实施例4:
[0031] 制备一种铜银基自润滑复合材料,按化学成分按质量百分比为Cu:80%、Ag:9%、 Ti3SiC2:11 %。其制备步骤同实施例1。
[0032] 本实施例的自润滑符合材料的密度为7.3321g/cm3,维氏硬度为120HV
[0033] 上述实施例1、2、3、4所制备的自润滑复合材料进行力学性能测试,其结果如表1所 示:
[0034] 表1实施例1、2、3、4所制备的自润滑复合材料的性能参数
Figure CN106939381AD00051
[0036] 摩擦学性能是在CETR RMT-2 Multi-Specimen Test System摩擦试验机上进行 的,实验参数为载荷200g,转速200r/min,时间30min,温度为室温。
[0037] 实施例5:
[0038] 制备一种铜银基自润滑复合材料,按化学成分按质量百分比为Cu:80%、Ag:3%、 Ti3SiC2:17%,其制作步骤如下:
[0039] ⑴称料:按化学成分按质量百分比为Cu: 80 %、Ag: 3 %、Ti3SiC2:17 %进行称料。
[0040] (2)混料:将配好的原料组分一起加入球磨机中进行混料,球磨机转速250r/min, 混合时间12h。
[0041] (3)放电等离子烧结:将步骤(1)混均匀的原料加入到模具中,压力:40MPa,烧结温 度750°C,通氩气,升温速率为70°C/min,保温保压20min,即可得到成品。
[0042] 实施例6:
[0043] 制备一种铜银基自润滑复合材料,按化学成分按质量百分比为Cu:80%、Ag:3%、 Ti3SiC2:17%,其制作步骤如下:
[0044] (1)称料:按化学成分按质量百分比为Cu: 80 %、Ag: 3 %、Ti3SiC2:17 %进行称料。
[0045] (2)混料:将配好的原料组分一起加入球磨机中进行混料,球磨机转速250r/min, 混合时间12h。
[0046] (3)放电等离子烧结:将步骤(1)混均匀的原料加入到模具中,压力:40MPa,烧结温 度900 °C,通氩气,升温速率为90 °C/min,保温保压8min,即可得到成品。
[0047] 本发明所述的添加Ti3SiC2铜银基自润滑复合材料在常温下具有优异的力学性能, 摩擦系数较小,磨损率较小,在常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,尤其是例3 摩擦系数最低。
[0048] 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 (7)

1. 一种铜银基自润滑复合材料,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75 %〜85 %、银粉为2 %〜10 %、钛硅碳为9 %〜20 %。
2. 如权利要求1所述的铜银基自润滑复合材料,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80%、银粉为3%、钛硅碳为17%。
3. 如权利要求1所述的铜银基自润滑复合材料,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80%、银粉为5%、钛硅碳为15%。
4. 如权利要求1-3任一项所述的铜银基自润滑复合材料,其特征在于:铜粉、银粉、钛硅碳其纯度大于99%,粒度小于0.076mm。
5. —种制备如权利要求1-4任一项所述的铜银基自润滑复合材料的方法,该方法采用粉末冶金放电等离子烧结工艺,其特征在于: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、银粉、钛硅碳粉; ⑵混料:将步骤⑴配好的料在行星式球磨机中混合均匀; (3)放电等离子烧结:将球磨好的料放入模具中摇匀,压制成型,通氩气,然后程序升温至烧结温度,保温一段时间。
6. 如权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤(3)中,所述压制成型时的压力为:35MPa〜50Mpa,升温速率为70〜90°C/min,烧结温度750°C〜900°C,保温时间8〜20min。
7. 如权利要求6所述的制备方法,其特征在于:步骤(3)中,所述压制成型时的压力为:40Mpa,升温速率为85 °C/min,烧结温度850 °C,保温15min。
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