CN108149041A - 一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属新复合材料技术领域，特别涉及一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料，还特别涉及一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法；本发明具有较高的纯度、良好的致密性和良好的摩擦学性能，能有效避免材料在滑动过程中因摩擦系数过大及磨损率大而产生的问题；本发明中以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法，制备方法简便，易实行，适合大规模应用，无污染，响应了我国节能减排、降低污染的要求。

Description

一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属新复合材料技术领域，特别涉及一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料，还特别涉及一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法。
背景技术
现今的工业技术尤其是航空、航天技术的迅速发展以及一些极端工况条件如高温、高载、强辐射等环境下的运动部件对于润滑材料的耐高温、耐磨损等性能有了越来越高的要求，所以发展固体润滑技术，研发新型的自润滑减摩耐磨材料，以有效地解决传统润滑材料在苛刻工况下的润滑失效问题是势在必行的。
发明内容
为了克服上述所述的不足，本发明的目的是提供一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料，具有较高的纯度、良好的致密性和良好的摩擦学性能，能有效避免材料在滑动过程中因摩擦系数过大及磨损率大而产生的问题；还提供一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法，制备方法简便，易实行，适合大规模应用，无污染，响应了我国节能减排、降低污染的要求。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料，其中，包括组分1和组分2，组分1与组分2的重量比为1/20:1/5；所述组分1为银铜合金；所述组分2包括按重量比的82％～85％钛、2％～5％铝、4％～6％钼、4％～5％钒、1％～3％铬、0.5％～2％铌和0.5％～2％硼。
作为本发明的一种改进，所述组分2包括按重量比的83.5％钛、3％铝、5％钼、4.5％钒、2％铬、1％铌和1％硼。
作为本发明的进一步改进，所述组分2包括按重量比的83％钛、3％铝、4％钼、5％钒、2％铬、2％铌和1％硼。
作为本发明的更进一步改进，所述组分2包括按重量比的85％钛、4％铝、4％钼、4％钒、1％铬、1％铌和1％硼。
作为本发明的更进一步改进，所述组分2包括按重量比的84％钛、3％铝、5％钼、5％钒、2％铬、0.5％铌和0.5％硼。
作为本发明的更进一步改进，所述组分1包括按重量比的28.1％铜和71.9％银。
一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法，其中，包括如下步骤：
步骤S1：按重量比的82％～85％钛、2％～5％铝、4％～6％钼、4％～5％钒、1％～3％铬、0.5％～2％铌和0.5％～2％硼，充分混合形成组分2；
步骤S2：称取为组分2重量的5％～20％的组分1；
步骤S3：使组分1和组分2充分混合，形成混合料；
步骤S4：将混合料进行烧结，形成自润滑复合材料。
作为本发明的一种改进，在步骤S2内包括制备组分1的方法；
该制备组分1的方法包括：
步骤S21：称取71.9％银粉和28.1％铜粉，放入容器内，加入水溶液，均匀搅拌形成混合溶液；
步骤S22：将混合溶液进行烘干，得到烘干粉末；
步骤S23：将烘干粉末加入氧-乙炔喷焊炬装置中熔融，将熔融后的反应物喷射到蒸馏水中，反应物遇冷急剧收缩成球状颗粒；
步骤S24：将球状颗粒进行烘干和筛选，得到均匀的银铜合金颗粒。
作为本发明的进一步改进，在步骤S3内，将组分1和组分2放入振动混料机内，在振动频率为30HZ～70HZ、振动力为8000N～15000N的条件下，振荡20分钟～80分钟，得到混合料。
作为本发明的更进一步改进，在步骤S4内，将混合料采用放电等离子烧结，在烧结压力为30MPa～45MPa、烧结温度为800℃～1200℃的条件下，烧结5分钟～35分钟，得到自润滑复合材料。
本发明具有较高的纯度、良好的致密性和良好的摩擦学性能，能有效避免材料在滑动过程中因摩擦系数过大及磨损率大而产生的问题；本发明中以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法，制备方法简便，易实行，适合大规模应用，无污染，响应了我国节能减排、降低污染的要求。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1为本发明的制备工艺流程图；
图2为本发明实施例一所制备的银铜合金球形粉末的电镜图放大500倍后的视图；
图3为本发明实施例一所制备的银铜合金球形粉末的电镜图放大5000倍后的视图；
图4为本发明实施例二所制备的以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料在摩擦磨损试验后得到的磨痕的电子探针图；
图5为本发明在室温条件下，测试本发明实施例一、二和三所制得的以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的摩擦系数曲线对比图；
图6为本发明在室温条件下，测试本发明实施例一、二和三所制得的以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的磨损率曲线对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明的一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料，包括组分1和组分2，组分1与组分2的重量比为1/20:1/5。
在本发明中，组分1为银铜合金。
在本发明中，组分2包括按重量比的82％～85％钛、2％～5％铝、4％～6％钼、4％～5％钒、1％～3％铬、0.5％～2％铌和0.5％～2％硼。
本发明具有较高的纯度、良好的致密性和良好的摩擦学性能，能有效避免材料在滑动过程中因摩擦系数过大及磨损率大而产生的问题。
本发明提供组分2的一种实施方式，组分2包括按重量比的83.5％钛、3％铝、5％钼、4.5％钒、2％铬、1％铌和1％硼；该组分2与银铜合金混合制成的自润滑复合材料，因含5％钼而使自润滑复合材料更具有耐高温、防腐和耐磨性能，自润滑复合材料耐高温不变形，可以使之2000℃的高温下不变形，还能保持硬度且韧度还有所增加，还使之具有防腐和耐磨。
本发明提供组分2的另一种实施方式，组分2包括按重量比的83％钛、3％铝、4％钼、5％钒、2％铬、2％铌和1％硼；因含5％钒而使自修复复合材料更具有耐腐蚀、抗磨损、抗爆裂和抗寒的性能，且与蛇纹石的特性配合，可以克服蛇纹石易氧化的特性，使自修复复合材料不易氧化。
本发明提供组分2的再一种实施方式，组分2包括按重量比的85％钛、4％铝、4％钼、4％钒、1％铬、1％铌和1％硼；因85％钛而使自修复复合材料更具有质量轻且强度高的特性。
本发明提供组分2的再另一种实施方式，组分2包括按重量比的84％钛、3％铝、5％钼、5％钒、2％铬、0.5％铌和0.5％硼。
在本发明中，组分1包括按重量比的28.1％铜和71.9％银，使组分1更容易与组分2熔融，且提高本明的以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的延展性。
本发明提供一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：按重量比的82％～85％钛、2％～5％铝、4％～6％钼、4％～5％钒、1％～3％铬、0.5％～2％铌和0.5％～2％硼，充分混合形成组分2；
步骤S2：称取为组分2重量的5％～20％的组分1；
步骤S3：使组分1和组分2充分混合，形成混合料；
步骤S4：将混合料进行烧结，形成自润滑复合材料。
本发明的自润滑复合材料的制备方法简便，易实行，适合大规模应用，无污染，响应了我国节能减排、降低污染的要求。
在本发明中，利用放电等离子烧结的方法制备自润滑材料，合成效率大大提高，节约能源，避免产生因加入银铜合金球形粉末而可能导致的杂相。
在本发明中，在步骤S2内包括制备组分1的方法；
该制备组分1的方法包括：
步骤S21：称取71.9％银粉和28.1％铜粉，放入容器内，加入水溶液，均匀搅拌形成混合溶液；
步骤S22：将混合溶液进行烘干，得到烘干粉末；
步骤S23：将烘干粉末加入氧-乙炔喷焊炬装置中熔融，将熔融后的反应物喷射到蒸馏水中，反应物遇冷急剧收缩成球状颗粒；
步骤S24：将球状颗粒进行烘干和筛选，得到均匀的银铜合金颗粒。
具体地讲，选取固体润滑相银与铜加入含辅助试剂的水溶液中，进行慢速搅拌去形成混合均匀含Ag与Cu粉末的溶液，将混合溶液进行气体干燥，得到均匀分布的AgCu粉末，其质量比约为28.1Cu：71.9Ag(wt.％)。然后，将AgCu干燥粉末输送到氧-乙炔喷焊成球装置中(氩气体的输送速度约为0.5-3m/s，氧-乙炔喷焊成球装置提供的温度约为800℃-1200℃)，在物料输送气体推力作用下，将熔融的AgCu液滴状反应物喷射到蒸馏水中，AgCu液滴遇冷急剧收缩成球与蒸馏水中，最后，在≤70℃的环境下对AgCu球形颗粒进行收集与筛分(通过200-600目筛网)，得到尺寸分布均匀，纯度较高的AgCu球形颗粒。
在本发明中，在步骤S3内，将组分1和组分2放入振动混料机内，在振动频率为30HZ～70HZ、振动力为8000N～15000N的条件下，振荡20分钟～80分钟，得到混合料。
在本发明中，在步骤S4内，将混合料采用放电等离子烧结，在烧结压力为30MPa～45MPa、烧结温度为800℃～1200℃的条件下，烧结5分钟～35分钟，得到自润滑复合材料。
本发明提供一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法的实施例一：
如图1所示，其制备工艺见图1，包括如下几个步骤：
1)选取固体润滑相银与铜加入含辅助试剂的水溶液中，进行慢速搅拌去形成混合均匀含Ag与Cu粉末的溶液。将混合溶液进行气体干燥，得到均匀分布的AgCu粉末。然后，将AgCu干燥粉末输送到氧-乙炔喷焊成球装置中，在物料输送气体推力作用下，将熔融的AgCu液滴状反应物喷射到蒸馏水中，AgCu液滴遇冷急剧收缩成球与蒸馏水中；最后，在≤70℃的环境下对AgCu球形颗粒进行收集与筛分，得到尺寸分布均匀，纯度较高的AgCu球形颗粒。
2)配料：以83.5：3.0：5.0：4.5：2.0：1.0：1.0的质量比选取钛粉、铝粉、钼粉、钒粉、铬粉、铌粉与硼粉组成组分2，选取组分2的质量的5wt.％AgCu球形粉末作为的固体润滑相；
3)混料：将上述配料置于振动混料机内混合干混，振动混料利用的外罐为钢罐，内罐为置聚四氟乙烯罐，振动频率为30Hz，振动力为8000N，振荡时间为20分钟得到烧结配料；
4)放电等离子烧结，放电等离子烧结工艺为：烧结温度为800℃、升温速率为80℃/min、烧结压力为30MPa、真空度为0.7×10-2Pa、烧结时间为5min，得到以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料。
图2和图3显示的AgCu球形粉末单颗粒的直径为2-27μm；AgCu球形粉末的整体结构为银白色单颗粒的球状。
经过测试表明，实施例一所制备的以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的摩擦系数较小，且波动范围小，磨损率较低(见图5和图6)，体现出优良的摩擦学性能。
本发明提供一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法的实施例二：包括如下步骤：
1)选取固体润滑相银与铜加入含辅助试剂的水溶液中，进行慢速搅拌去形成混合均匀含Ag与Cu粉末的溶液。将混合溶液进行气体干燥，得到均匀分布的AgCu粉末。然后，将AgCu干燥粉末输送到氧-乙炔喷焊成球装置中，在物料输送气体推力作用下，将熔融的AgCu液滴状反应物喷射到蒸馏水中，AgCu液滴遇冷急剧收缩成球与蒸馏水中，最后，在≤70℃的环境下对AgCu球形颗粒进行收集与筛分，得到尺寸分布均匀，纯度较高的AgCu球形颗粒。
2)配料：以83.5：3.0：5.0：4.5：2.0：1.0：1.0的质量比选取钛粉、铝粉、钼粉、钒粉、铬粉、铌粉与硼粉配成组分2，选取为组分2的质量的10wt.％AgCu球形粉末作为固体润滑相；
3)混料：将上述配料置于振动混料机内混合干混，振动混料利用的外罐为钢罐，内罐为置聚四氟乙烯罐，振动频率为50Hz，振动力为10000N，振荡时间为20-80分钟得到烧结配料；
4)放电等离子烧结，放电等离子烧结工艺为：烧结温度为1000℃、升温速率为100℃/min、烧结压力为35MPa、真空度为0.5×10-1Pa、烧结时间为20min。，得到以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料。
图4是本发明实施例二制得的一种以AgCu球形粉末润滑相的以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料在摩擦磨损试验后得到的磨痕的电子探针形貌；光滑的磨痕表面形貌表明，以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的摩擦系数小，波动幅度小，且磨损率低，体现出优良的摩擦学性能(见图5和图6)。
本发明提供一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法的实施例三：包括如下步骤：
1)选取固体润滑相银与铜加入含辅助试剂的水溶液中，进行慢速搅拌去形成混合均匀含Ag与Cu粉末的溶液。将混合溶液进行气体干燥，得到均匀分布的AgCu粉末。然后，将AgCu干燥粉末输送到氧-乙炔喷焊成球装置中，在物料输送气体推力作用下，将熔融的AgCu液滴状反应物喷射到蒸馏水中，AgCu液滴遇冷急剧收缩成球与蒸馏水中，最后，在≤70℃的环境下对AgCu球形颗粒进行收集与筛分，得到尺寸分布均匀，纯度较高的AgCu球形颗粒；
2)配料：以83.5：3.0：5.0：4.5：2.0：1.0：1.0的质量比选取钛粉、铝粉、钼粉、钒粉、铬粉、铌粉与硼粉配成组分2，选取为组分2质量的20wt.％AgCu球形粉末作为固体润滑相；
3)混料：将上述配料置于振动混料机内混合干混，振动混料利用的外罐为钢罐，内罐为置聚四氟乙烯罐，振动频率为70Hz，振动力为15000N，振荡时间为80分钟得到烧结配料；
4)放电等离子烧结，放电等离子烧结工艺为：烧结温度为1200℃、升温速率为130℃/min、烧结压力为40MPa、真空度为0.9×10-1Pa、烧结时间为35min，得到以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料。
经过测试，实施例三所制备的一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的磨损率低，摩擦系数小，且波动幅度小(见图5和图6)，体现出优良的摩擦学性能,具有很好的发展性和可利用性，适合大规模发展与应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料，其特征在于，包括组分1和组分2，组分1与组分2的重量比为1/20:1/5；
所述组分1为银铜合金；
所述组分2包括按重量比的82％～85％钛、2％～5％铝、4％～6％钼、4％～5％钒、1％～3％铬、0.5％～2％铌和0.5％～2％硼。
2.根据权利要求1所述的一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料，其特征在于，所述组分2包括按重量比的83.5％钛、3％铝、5％钼、4.5％钒、2％铬、1％铌和1％硼。
3.根据权利要求1所述的一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料，其特征在于，所述组分2包括按重量比的83％钛、3％铝、4％钼、5％钒、2％铬、2％铌和1％硼。
4.根据权利要求1所述的一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料，其特征在于，所述组分2包括按重量比的85％钛、4％铝、4％钼、4％钒、1％铬、1％铌和1％硼。
5.根据权利要求1所述的一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料，其特征在于，所述组分2包括按重量比的84％钛、3％铝、5％钼、5％钒、2％铬、0.5％铌和0.5％硼。
6.根据权利要求1所述的一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料，其特征在于，所述组分1包括按重量比的28.1％铜和71.9％银。
7.一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：按重量比的82％～85％钛、2％～5％铝、4％～6％钼、4％～5％钒、1％～3％铬、0.5％～2％铌和0.5％～2％硼，充分混合形成组分2；
步骤S2：称取为组分2重量的5％～20％的组分1；
步骤S3：使组分1和组分2充分混合，形成混合料；
步骤S4：将混合料进行烧结，形成自润滑复合材料。
8.根据权利要求7所述的一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S2内包括制备组分1的方法；
该制备组分1的方法包括：
步骤S21：称取71.9％银粉和28.1％铜粉，放入容器内，加入水溶液，均匀搅拌形成混合溶液；
步骤S22：将混合溶液进行烘干，得到烘干粉末；
步骤S23：将烘干粉末加入氧-乙炔喷焊炬装置中熔融，将熔融后的反应物喷射到蒸馏水中，反应物遇冷急剧收缩成球状颗粒；
步骤S24：将球状颗粒进行烘干和筛选，得到均匀的银铜合金颗粒。
9.根据权利要求8所述的一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S3内，将组分1和组分2放入振动混料机内，在振动频率为30HZ～70HZ、振动力为8000N～15000N的条件下，振荡20分钟～80分钟，得到混合料。
10.根据权利要求9所述的一种以银铜合金为润滑相的自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S4内，将混合料采用放电等离子烧结，在烧结压力为30MPa～45MPa、烧结温度为800℃～1200℃的条件下，烧结5分钟～35分钟，得到自润滑复合材料。
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