CN109530655B - 一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件及其制造方法 - Google Patents

一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件制造方法，所述复合件是由铜合金基体和石墨柱组成，其中铜合金由Cu、Sn、Al2O3、Zn组成。制备包含有石墨柱和石墨基体两部分的石墨型芯坯体，对石墨型芯坯体进行二次固化、碳化、多次浸渍硅溶胶和高温烧结后处理，获得石墨型芯预制体，最后将石墨型芯预制体放入人工合成石墨铸型中固定，在真空压力条件下将润滑油浸渍到石墨柱内部微小孔洞中，获得铜基石墨自润滑复合件。本发明的方法在快速实现石墨柱与铜合金局部复合的同时，保证了铜和石墨之间良好的界面结合，所制备的铜基石墨自润滑复合件具有承载能力强、润滑效果好、耐磨等特点，可用于生产船闸底枢球轴承、大型矿山机械球轴承等。

Description

一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件制造方法，属于近净成形制造技术领域，具体涉及高强度铜合金与石墨复合件快速制造方法，作为自润滑件，应用于低速重载工作环境。
技术背景
目前人字门和三角门船闸底枢摩擦副一般为球轴承，采用“软~硬”结合方式，即蘑菇头材质为中高碳钢，蘑菇帽材质为高强度铜合金，因船闸底枢摩擦副长期工作在低速重载条件下，低速最易引起的问题是难以快速形成有效的润滑油膜，而重载对金属基体强度提出了更高的要求。为了储存润滑油和持续补充润滑油，需要在蘑菇帽内表面设计有多个油槽和注油孔。图1为某船闸底枢蘑菇帽内表面油槽分布状况，包含有1条环形油槽、3条交错均布的油槽2和1个注油孔。研究表明，蘑菇帽内表面油槽数量及布置方式对润滑油膜的形成速度和金属基体的强度有较大影响，当油槽数量相对多时，有利于提高润滑油膜的形成速度，改善润滑效果，但会对金属基体的强度产生不利影响，而数量众多、连续性沟槽的存在也会增加了机械切削加工时间和生产成本。总之，对低速重载自润滑件而言，如何在金属基体强度、生产成本与润滑效果之间寻求平衡是关键技术难点。
作为一种高效固体润滑剂，石墨具有优良的耐压、耐热与润滑性能，能快速在金属表面形成一层粘附性很强的润滑膜，已部分替代传统的润滑油，用于生产铜基石墨自润滑件。目前铜合金与石墨复合工艺主要有粉末冶金法、镶嵌法和镶嵌铸造法等，粉末冶金法应用较广泛，但因铜粉与石墨粉密度差异较大，难以混合均匀，也难以精确控制石墨在铜基体中的分布范围，此外，在高温高压条件下将两者“整体复合”在一起，石墨含量及分布对铜合金基体强度影响较大。镶嵌法需要事先在铜合金基体进行开槽或钻孔，与前所述，这不仅会损伤金属基体的强度，而且在自由曲面上开槽或钻孔有较大难度，加工成本也较高；采取挤压方式将人工合成石墨柱或石墨胶泥嵌在槽或孔中，石墨与铜合金基体之间结合较弱。镶嵌铸造法是将用硅酸乙酯预处理的人工合成石墨柱固定在模芯/泡沫模型上，再注入高温铜合金液，使之“复合”成一体，二者界面结合状况有所改善，“局部复合”有利于保证金属基体强度，但石墨柱定位操作难度较大，生产成本也较高。
综上所述，针对类似如船闸底枢用蘑菇帽结构复杂性以及低速重载工作环境的特殊性，目前缺乏有效的工艺方法，实现既保证润滑效果，又保证金属基体强度不受到较大损伤的目的。
发明内容
针对目前铜基石墨自润滑件复合工艺技术的不足，本发明提供一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件制造方法。其基本过程如下：本发明专利提供本发明提供一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件制造方法。首先利用选择性激光烧结成型技术快速制备包含有石墨柱和石墨基体两部分的石墨型芯坯体，然后对石墨型芯坯体进行二次固化、碳化、多次浸渍硅溶胶和高温烧结等后处理，再通过高温盐浴在其表面形成碳化铬层或碳化钛层，获得具有一定强度和孔隙率的石墨型芯预制体，最后将石墨型芯预制体放入人工合成石墨铸型中固定，利用真空吸铸工艺实现两者的局部复合，采取机械切削加工方式清除掉石墨基体部分，在真空压力条件下将润滑油浸渍到石墨柱内部微小孔洞中，获得铜基石墨自润滑复合件。
采取以下技术措施实现发明目的：
（1）所述的石墨型芯由石墨柱和石墨基体两部分组成，因石墨柱形状、尺寸大小以及其在石墨基体上空间分布由选择性激光烧结成型工艺保证，无需人工定位、固定，确保了石墨在铜合金基体的含量及分布范围完全可控；
（2）在真空吸铸之前，通过对石墨型芯进行高温盐浴处理，在石墨柱表面形成碳化铬层或碳化钛层，改善了石墨柱与铜基体界面结合工艺性；
（3）本发明所述的石墨柱与铜合金基体的局部复合，是指石墨柱仅在铜合金基体表层处结合，在铜合金基体内部没有石墨存在，众多的石墨柱均独立地分布于铜合金基体中，一方面覆盖面广，确保快速形成润滑膜，获得良好的润滑效果，另一方面，尽可能减轻对金属基体的割裂作用；
（4）事先将润滑油浸渍到石墨柱内部空隙中，待摩擦发热后，油分子体积膨胀，渗出到摩擦副表面，在瞬间降低铜合金基体温度的同时，与石墨一起形成双重润滑效果。
本发明所提供的方法在快速实现石墨柱与铜合金局部复合的同时，通过设计制备石墨型芯能够控制石墨在铜合金基体中含量和分布范围，与传统的复合工艺相比，其生产工艺相对简单、快速高效、成本低，适合大规模生产。所制备的铜基石墨自润滑复合件具有承载能力强、润滑效果好、耐磨等特点，可用于生产船闸底枢球轴承、大型矿山机械球轴承等。
一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件制造方法包括以下具体步骤：
（1）利用选择性激光烧结成型方法采用石墨、酚醛树脂、硅粉的混合粉末制造石墨型芯素坯，所述的石墨型芯素坯包括半圆弧形的石墨基体结构，石墨基体的法线方向上设置有多个石墨柱，所述的石墨柱沿着摩擦方法等距离交替分布；
（2）将上述制备得到的石墨型芯素坯放入热风干燥箱中进行二次固化，获得石墨型芯坯体；
（3）将石墨型芯坯体放入碳化炉中，在氩气或氮气的保护气氛下进行碳化处理，待冷却后，取出；再在真空压力条件下多次浸渍硅溶胶，烘干；在氩气或氮气的保护气氛下进行高温烧结，获得石墨型芯预制体；
（4）将石墨型芯预制体放入含有过渡金属粉末、氯化物熔盐中，进行高温盐浴处理，保温一段时间，在石墨柱表面生成碳化的过渡金属层；
（5）将步骤（4）中经过高温盐浴处理的石墨型芯预制体安放到石墨铸型中，让石墨柱朝下，预热后，抽真空，将铜合金金属液吸铸到石墨铸型中，与石墨柱局部复合，待冷却凝固后，取出；
（6）采取机械切削方式清除步骤（5）所得产品的石墨基体，在真空压力条件下将润滑油浸渍到石墨柱内部孔隙中，清理，获得铜基石墨自润滑复合件。
所述步骤（1）中的石墨型芯结构包括石墨柱和石墨基体两部分，石墨柱均匀交错分布在石墨基体上，所有石墨柱面积之和占整个摩擦表面积的20~35%，石墨柱直径不超过15mm。
所述步骤（2）中混合粉末包括：天然鳞片石墨粉末为150~500目，含碳量大于98%，质量分数为40~55%；热固性酚醛树脂粉末为200~900目，质量分数为25~35%；高纯硅粉200~300目，化学纯度为99%，质量分数为15~30%。
所述步骤（2）中的二次固化处理工艺为：第一阶段80℃~90℃，保温时间为10~15min；第二阶段120℃~130℃，保温时间为20~30min；第三阶段160℃~180℃，保温时间为10~15min，获得石墨型芯坯体。
所述步骤（3）中碳化工艺为：先将碳化炉抽真空至100Pa以下，以60℃/h~120℃/h从室温至350℃，通入纯度为99%的氩气或氮气；再以30℃/h~60℃/h升温至600℃；最后以180℃/h~240℃/h升温至800℃，保温30~60min，随炉冷却到室温。
所述步骤（3）中浸渍工艺如下：先抽真空度至100Pa以下，然后在0.3~0.5MPa压力作用下将浓度为30%的硅溶胶溶液浸渍到碳化后的石墨型芯坯体中，随后在低于100℃热风干燥箱烘干，重复上述过程不少于1次。
所述步骤（3）中高温烧结工艺参数为：先将碳化炉抽真空度至100Pa以下，以升温速度60℃/h从室温升至100℃，通入纯度大于99%的氩气或氮气，再以180℃/h~240℃/h升温至600℃，最后以240℃/h~480℃/h升温至1500℃，保温2~4h；最后随炉冷却到室温，取出，获得石墨型芯预制体。
所述步骤（4）中过渡金属粉末如铬粉、钛粉，目数为200~300；氯化物为氯化钡与氯化钠的混合物，按质量之比1：0.9-1.1混合；然后将过渡金属粉末和氯化物按照质量比1：3-5混合均匀。
所述步骤（4）中保温温度为800℃~950℃，保温时间为60~120min，获得镀层厚度为50~100um。
所述步骤（5）中预热温度为200℃~300℃，保温时间为90~120min。
所述步骤（6）中浸渍工艺如下：先抽真空度至100Pa以下，然后在0.3~0.5MPa压力作用下将粘度为400~600cps轴承润滑油浸渍到石墨柱中，浸渍时间5~10min，获得铜基石墨自润滑复合件。
采用上述技术方法具有以下优点：
1.采取本发明通过设计、控制石墨在铜合金基体中的含量及分布，可以充分发挥石墨的自润滑效果。采用高温盐浴镀在石墨柱表面镀覆上一层均匀的金属铬层或钛层，且在高温下石墨表面与金属生成相应的碳化物，形成冶金结合而不是单纯的机械咬合，解决了铜合金与石墨之间界面结合不好导致石墨柱脱落的问题，增强了复合材料的综合性能。
2.该方法使用石墨铸型采用真空吸铸进行局部复合，石墨铸型的导热能力强，使铸件晶粒细化，力学性能和金属基体的耐磨性能提高；石墨铸型受热尺寸变化小且不易发生弯曲、变形，故铸件尺寸精度高；熔融金属与铸型接触时一般不发生化学反应，铸件表面质量好。
3.该方法制得的石墨柱是一种多孔材料，在可以使用润滑油的情况下，通过真空浸渍润滑油的方法，形成油、石墨并存润滑的优异条件，既保护摩擦件不磨损，又使固体润滑特性永恒，延长使用寿命；而在无法使用润滑油的环境中，石墨可以充当润滑剂的效果；相比纯油液润滑的条件下，不需安装油泵及其管道系统等装置，减少了建造费用及管理费用，从根本上解决了因为润滑油流出而导致污染的环境问题，该发明方法更加经济环保。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为某船闸底枢蘑菇帽内表面油槽分布状况，1.横向油槽、2.弧形油槽，3.注油孔。
图2为石墨型芯坯体图，其中4.石墨基体，5.石墨柱。
图3为石墨与铜合金真空吸铸示意图，其中6.石墨铸型上型，7.石墨铸型下型。
图4为石墨与铜合金复合，其中5.石墨柱，8.铜合金基体图。
图5为本发明实施例低速重载用铜基石墨自润滑制造的基本工艺流程。
具体实施方式
以下是发明人给出的一个具体实施例
实施例1：
一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件快速制造方法，所述的石墨柱由天然鳞片石墨和SiC组成；铜合金由Cu、Sn、Al2O3、Zn组成，纯度均大于99.5%，其中Sn占铜合金的质量分数为1%，Al2O3占铜合金的质量分数为0.3%，Zn占铜合金的质量分数为1%，其余为Cu。
具体制备步骤如下： （1）石墨型芯设计与制备
根据石墨润滑膜形成、转移机理要求设计石墨型芯结构，石墨柱分布在石墨基体的法线方向，并沿着摩擦方向有一定的交叠，其摩擦面积之和占整个摩擦表面积的20%，石墨柱直径为5mm。采用选择性激光粉末烧结成形技术按照光斑直径≤0.4mm、分层厚度0.1mm、填充速度1500mm/s、填充功率17w将天然鳞片石墨粉末（150~500目，含碳量大于98%）、热固性酚醛树脂粉末（500目）和高纯硅粉（200目，化学纯度为99%）质量比为55：30：15的混合粉末快速烧结制备石墨型芯素坯。然后放入热风干燥箱中，按照90℃保温10min；130℃保温20min；160℃保温15min二次固化处理后获得石墨型芯坯体。
（2）石墨型芯坯体后处理
将石墨型芯坯体放入碳化炉中，先抽真空至100Pa以下，按照升温速率60℃/h升温至350℃；此时通入纯度为99%的氩气，再以升温速率30℃/h升温至600℃；最后以升温速率240℃/h升温至800℃，保温30min，随炉冷却到室温，取出。随后在抽真空度至100Pa以下，在0.3MPa压力作用下将浓度为30%的硅溶胶溶液浸渍到碳化后的石墨型芯坯体中，随后在60℃热风干燥箱烘干，重复上述过程2次。最后将碳化炉抽真空度至100Pa以下，以升温速度60℃/h从室温升至100℃，通入纯度为99%的氩气或氮气，再以240℃/h升温至600℃，最后以480℃/h升温至1500℃，保温4h；随炉冷却到室温，取出，获得石墨型芯预制体。
（3）高温盐浴处理
将石墨型芯坯体进行镀前表面清洗处理，烘干，放入金属铬粉（200目）与氯化物质量之比1：3的混合熔盐粉末中，其中氯化物为氯化钡与氯化钠质量之比1：0.9的混合物。置入高温电阻炉中加热至800℃并保温120min，使石墨型芯中的石墨柱表面镀覆上一层50um铬层；
（4）真空吸铸与浸油处理
将镀覆好铬层的石墨型芯预制体放入到石墨铸型中，固定好其位置，在200℃预热并保温90min；抽真空至100Pa以下，采用局部复合的方式将熔炼好的铜合金金属液吸铸到石墨铸型中，等待冷却凝固。最后在真空压力浸渍机中抽真空度至100Pa以下，然后在0.5MPa压力作用下将粘度为400cps轴承润滑油浸渍到三维多孔石墨柱中，浸渍时间5min，获得铜基石墨自润滑复合件。
经实验测得，制备的低速重载铜基石墨自润滑复合件，密度为8.57g/cm3，电阻率为0.015μΩ·m，摩擦系数为0.33。
实施例2：
一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件快速制造方法，所述的石墨柱由天然鳞片石墨和SiC组成；铜合金由Cu、Sn、Al2O3、Zn组成，纯度均大于99.5%，其中Sn占铜合金的质量分数为1.5%，Al2O3占铜合金的质量分数为0.6%，Zn占铜合金的质量分数为1.3%，其余为Cu。
具体制备步骤如下：
（1）石墨型芯设计与制备
根据石墨润滑膜形成、转移机理要求设计石墨型芯结构，石墨柱分布在石墨基体的法线方向，并沿着摩擦方向有一定的交叠，其摩擦面积之和占整个摩擦表面积的25%，石墨柱直径为7mm。采用选择性激光粉末烧结成形技术按照光斑直径≤0.4mm、分层厚度0.1mm、填充速度1500mm/s、填充功率17w将天然鳞片石墨粉末（150~500目，含碳量大于98%）、热固性酚醛树脂粉末（500目）和高纯硅粉（200目，化学纯度为99%）质量比为55：30：15的混合粉末快速烧结制备石墨型芯素坯。然后放入热风干燥箱中，按照80℃保温15min；130℃保温20min；170℃保温10min二次固化处理后获得石墨型芯坯体。
（2）石墨型芯坯体后处理
将石墨型芯坯体放入碳化炉中，先抽真空至100Pa以下，按照升温速率60℃/h升温至350℃；此时通入纯度为99%的氩气，再以升温速率30℃/h升温至600℃；最后以升温速率180℃/h升温至800℃，保温30min，随炉冷却到室温，取出。随后在抽真空度至100Pa以下，在0.3MPa压力作用下将浓度为30%的硅溶胶溶液浸渍到碳化后的石墨型芯坯体中，随后在70℃热风干燥箱烘干，重复上述过程3次。最后将碳化炉抽真空度至100Pa以下，以升温速度60℃/h从室温升至100℃，通入纯度为99%的氩气或氮气，再以180℃/h升温至600℃，最后以240℃/h升温至1500℃，保温2h；随炉冷却到室温，取出，获得石墨型芯预制体。
（3）高温盐浴处理
将石墨型芯坯体进行镀前表面清洗处理，烘干，放入金属钛粉（200目）与氯化物质量之比1：4的混合熔盐粉末中，其中氯化物为氯化钡与氯化钠质量之比1：1的混合物。置入高温电阻炉中加热至850℃并保温60min，使石墨型芯中的石墨柱表面镀覆上一层70um铬层。
（4）真空吸铸与浸油处理
将镀覆好铬层的石墨型芯预制体放入到石墨铸型中，固定好其位置，在200℃预热并保温120min；抽真空至100Pa以下，采用局部复合的方式将熔炼好的铜合金金属液吸铸到石墨铸型中，等待冷却凝固。最后在真空压力浸渍机中抽真空度至100Pa以下，然后在0.3MPa压力作用下将粘度为500cps轴承润滑油浸渍到三维多孔石墨柱中，浸渍时间10min，获得铜基石墨自润滑复合件。
经实验测得，制备的低速重载铜基石墨自润滑复合件，密度为8.51g/cm3，电阻率为0.024μΩ·m，摩擦系数为0.28。
实施例3：
一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件快速制造方法，所述的石墨柱由天然鳞片石墨和SiC组成；铜合金由Cu、Sn、Al2O3、Zn组成，纯度均大于99.5%，其中Sn占铜合金的质量分数为2%，Al2O3占铜合金的质量分数为0.8%，Zn占铜合金的质量分数为1.7%，其余为Cu。
具体制备步骤如下：
（1）石墨型芯设计与制备
根据石墨润滑膜形成、转移机理要求设计石墨型芯结构，石墨柱分布在石墨基体的法线方向，并沿着摩擦方向有一定的交叠，其摩擦面积之和占整个摩擦表面积的30%，石墨柱直径为10mm。采用选择性激光粉末烧结成形技术按照光斑直径≤0.4mm、分层厚度0.1mm、填充速度1500mm/s、填充功率20w将天然鳞片石墨粉末（150~500目，含碳量大于98%）、热固性酚醛树脂粉末（500目）和高纯硅粉（200目，化学纯度为99%）质量比为46：30：24的混合粉末快速烧结制备石墨型芯素坯。然后放入热风干燥箱中，按照80℃保温15min；120℃保温30min；180℃保温10min二次固化处理后获得石墨型芯坯体。
（2）石墨型芯坯体后处理
将石墨型芯坯体放入碳化炉中，先抽真空至100Pa以下，按照升温速率90℃/h升温至350℃；此时通入纯度为99%的氩气，再以升温速率30℃/h升温至600℃；最后以升温速率200℃/h升温至800℃，保温30min，随炉冷却到室温，取出。随后在抽真空度至100Pa以下，在0.5MPa压力作用下将浓度为30%的硅溶胶溶液浸渍到碳化后的石墨型芯坯体中，随后在90℃热风干燥箱烘干，重复上述过程3次。最后将碳化炉抽真空度至100Pa以下，以升温速度60℃/h从室温升至100℃，通入纯度为99%的氩气或氮气，再以200℃/h升温至600℃，最后以360℃/h升温至1500℃，保温3h；随炉冷却到室温，取出，获得石墨型芯预制体。
（3）高温盐浴处理
将石墨型芯坯体进行镀前表面清洗处理，烘干，放入金属铬粉（200目）与氯化物质量之比1：5的混合熔盐粉末中，其中氯化物为氯化钡与氯化钠质量之比1：1的混合物。置入高温电阻炉中加热至850℃并保温90min，使石墨型芯中的石墨柱表面镀覆上一层80um铬层。
（4）真空吸铸与浸油处理
将镀覆好铬层的石墨型芯预制体放入到石墨铸型中，固定好其位置，在250℃预热并保温100min；抽真空至100Pa以下，采用局部复合的方式将熔炼好的铜合金金属液吸铸到石墨铸型中，等待冷却凝固。最后在真空压力浸渍机中抽真空度至100Pa以下，然后在0.5MPa压力作用下将粘度为500cps轴承润滑油浸渍到三维多孔石墨柱中，浸渍时间7min，获得铜基石墨自润滑复合件。
经实验测得，制备的低速重载铜基石墨自润滑复合件，密度为8.39g/cm3，电阻率为0.031μΩ·m，摩擦系数为0.22。
实施例4：
一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件快速制造方法，所述的石墨柱由天然鳞片石墨和SiC组成；铜合金由Cu、Sn、Al2O3、Zn组成，纯度均大于99.5%，其中Sn占铜合金的质量分数为3%，Al2O3占铜合金的质量分数为1%，Zn占铜合金的质量分数为2%，其余为Cu。
具体制备步骤如下：
（1）石墨型芯设计与制备
根据石墨润滑膜形成、转移机理要求设计石墨型芯结构，石墨柱分布在石墨基体的法线方向，并沿着摩擦方向有一定的交叠，其摩擦面积之和占整个摩擦表面积的35%，石墨柱直径为13mm。采用选择性激光粉末烧结成形技术按照光斑直径≤0.4mm、分层厚度0.1mm、填充速度1500mm/s、填充功率20w将天然鳞片石墨粉末（150~500目，含碳量大于98%）、热固性酚醛树脂粉末（500目）和高纯硅粉（200目，化学纯度为99%）质量比为46：30：24的混合粉末快速烧结制备石墨型芯素坯。然后放入热风干燥箱中，按照90℃保温15min；120℃保温20min；160℃保温15min二次固化处理后获得石墨型芯坯体。
（2）石墨型芯坯体后处理
将石墨型芯坯体放入碳化炉中，先抽真空至100Pa以下，按照升温速率120℃/h升温至350℃；此时通入纯度为99%的氩气，再以升温速率60℃/h升温至600℃；最后以升温速率180℃/h升温至800℃，保温60min，随炉冷却到室温，取出。随后在抽真空度至100Pa以下，在0.5MPa压力作用下将浓度为30%的硅溶胶溶液浸渍到碳化后的石墨型芯坯体中，随后在90℃热风干燥箱烘干，重复上述过程2次。最后将碳化炉抽真空度至100Pa以下，以升温速度60℃/h从室温升至100℃，通入纯度为99%的氩气或氮气，再以240℃/h升温至600℃，最后以480℃/h升温至1500℃，保温4h；随炉冷却到室温，取出，获得石墨型芯预制体。
（3）高温盐浴处理
将石墨型芯坯体进行镀前表面清洗处理，烘干，放入金属钛粉（200目）与氯化物质量之比1：5的混合熔盐粉末中，其中氯化物为氯化钡与氯化钠质量之比1：1的混合物。置入高温电阻炉中加热至900℃并保温60min，使石墨型芯中的石墨柱表面镀覆上一层90um铬层。
（4）真空吸铸与浸油处理
将镀覆好铬层的石墨型芯预制体放入到石墨铸型中，固定好其位置，在300℃预热并保温90min；抽真空至100Pa以下，采用局部复合的方式将熔炼好的铜合金金属液吸铸到石墨铸型中，等待冷却凝固。最后在真空压力浸渍机中抽真空度至100Pa以下，然后在0.5MPa压力作用下将粘度为1000cps轴承润滑油浸渍到三维多孔石墨柱中，浸渍时间10min，获得铜基石墨自润滑复合件。
经实验测得，制备的低速重载铜基石墨自润滑复合件，密度为8.26g/cm3，电阻率为0.035μΩ·m，摩擦系数为0.15。

Claims (9)

1.一种低速重载用铜基石墨自润滑复合件的制造方法，其特征在于，所述的铜基石墨自润滑复合件由多个石墨柱和铜合金组成，所述的多个石墨柱组成半圆弧形嵌入铜合金内；所述的石墨柱由天然鳞片石墨和SiC组成；所述的铜合金由Cu、Sn、Al2O3、Zn组成，纯度均大于99.5%，其中Sn占铜合金的质量分数为1~3%，Al2O3占铜合金的质量分数为0.3~1%，Zn占铜合金的质量分数为1~2%，其余为Cu，低速重载用铜基石墨自润滑复合件的制造方法，包括如下步骤：
（1）利用选择性激光烧结成型方法采用石墨、酚醛树脂、硅粉的混合粉末制造石墨型芯素坯，所述的石墨型芯素坯包括半圆弧形的石墨基体结构，石墨基体的法线方向上设置有多个石墨柱，所述的石墨柱沿着摩擦方向等距离交替分布；
（2）将上述制备得到的石墨型芯素坯放入热风干燥箱中进行二次固化，获得石墨型芯坯体；
（3）将石墨型芯坯体放入碳化炉中，在氩气或氮气的保护气氛下进行碳化处理，待冷却后，取出；再在真空压力条件下多次浸渍硅溶胶，烘干；在氩气或氮气的保护气氛下进行高温烧结，获得石墨型芯预制体；
（4）将石墨型芯预制体放入含有过渡金属粉末、氯化物熔盐中，进行高温盐浴处理，保温一段时间，在石墨柱表面生成碳化的过渡金属层；
（5）将步骤（4）中经过高温盐浴处理的石墨型芯预制体安放到石墨铸型中，让石墨柱朝下，预热后，抽真空，将铜合金金属液吸铸到石墨铸型中，与石墨柱局部复合，待冷却凝固后，取出；
（6）采取机械切削方式清除步骤（5）所得产品的石墨型芯基体，在真空压力条件下将润滑油浸渍到石墨柱内部孔隙中，清理，获得铜基石墨自润滑复合件。
2.根据权利要求1所述的低速重载用铜基石墨自润滑复合件的制造方法，其特征在于，所述步骤（1）中所有的石墨柱面积之和占整个摩擦表面积的20~35%，石墨柱直径不超过15mm；所述步骤（1）混合粉末中天然鳞片石墨粉末为150~500目，含碳量大于98%，质量分数为40~55%；热固性酚醛树脂粉末为200~900目，质量分数为25~35%；高纯硅粉200~300目，化学纯度为99%，质量分数为15~30%。
3.根据权利要求1所述的低速重载用铜基石墨自润滑复合件的制造方法，其特征在于，所述步骤（2）中的二次固化处理工艺为：第一阶段80℃~90℃，保温时间为10~15min；第二阶段120℃~130℃，保温时间为20~30min；第三阶段160℃~180℃，保温时间为10~15min，获得石墨型芯坯体。
4.根据权利要求1所述的低速重载用铜基石墨自润滑复合件的制造方法，其特征在于，所述步骤（3）中碳化工艺为：将石墨型芯坯体在碳化炉内抽真空至100Pa以下，以60℃/h~120℃/h从室温升至350℃，通入纯度为99%的氩气或氮气；再以30℃/h~60℃/h升温至600℃；最后以180℃/h~240℃/h升温至800℃，保温30~60min，随炉冷却到室温。
5.根据权利要求1所述的低速重载用铜基石墨自润滑复合件的制造方法，其特征在于，所述步骤（3）中浸渍工艺如下：将石墨型芯坯体放入碳化炉中，抽真空度至100Pa以下，然后在氩气或氮气的保护气氛下、0.3~0.5MPa压力下将质量浓度为25-30%的硅溶胶溶液多次浸渍到碳化后的石墨型芯坯体中，随后在低于100℃热风干燥箱烘干，重复上述过程不少于1次。
6.根据权利要求1所述的低速重载用铜基石墨自润滑复合件的制造方法，其特征在于，所述步骤（3）中高温烧结工艺参数为：浸渍硅溶胶后的石墨型芯坯体在碳化炉抽真空度至100Pa以下，以升温速度50-60℃/h从室温升至100℃，通入纯度大于99%的氩气或氮气，再以180℃/h~240℃/h升温至600℃，最后以240℃/h~480℃/h升温至1500℃，保温2~4h；最后随炉冷却到室温，取出，获得石墨型芯预制体。
7.根据权利要求1所述的低速重载用铜基石墨自润滑复合件的制造方法，其特征在于，所述步骤（4）中过渡金属粉末包括铬粉、钛粉，目数为200~300；所述的氯化物为氯化钡与氯化钠按质量之比1：0.9-1.1的混合物；所述的过渡金属粉末和氯化物按照质量比1：3-5混合均匀；该步骤中保温温度为800℃~950℃，保温时间为60~120min，获得镀层厚度为50~100um。
8.根据权利要求1所述的低速重载用铜基石墨自润滑复合件的制造方法，其特征在于，所述步骤（5）中预热温度为200℃~300℃，保温时间为90~120min。
9.根据权利要求1所述的低速重载用铜基石墨自润滑复合件的制造方法，其特征在于，所述步骤（6）中浸渍工艺如下：采取机械切削方式清除步骤（5）所得产品的石墨型芯基体，抽真空度至100Pa以下后再在0.3~0.5MPa压力作用下将粘度为400~600cps轴承润滑油浸渍到石墨柱中，浸渍时间5~10min，获得铜基石墨自润滑复合件。
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