CN110079793A - 一种Fe-B改性增强Cu/C复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种Fe‑B改性增强Cu/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：对碳材料依次进行除油、粗化、敏化、活化；将活化后的碳材料加入Fe‑B镀液中，用碱液调节pH值，然后缓慢加入还原剂A，搅拌待澄清后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Fe‑B包覆碳材料，将其加入铜镀液中，用碱液调节pH值，然后缓慢加入还原剂B，搅拌待澄清后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到前驱体材料；将前驱体材料进行烧结，得到Fe‑B改性增强Cu/C复合材料。本发明还提供了一种由该方法制得的Fe‑B改性增强Cu/C复合材料，该复合材料具有连续、互通的网络结构，且碳材料分布均匀，具有较高的致密度和优异的导电性能、力学性能。

Description

一种Fe-B改性增强Cu/C复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种Fe-B改性增强Cu/C复合材料及其制备方法。
背景技术
Cu/C复合材料不仅具有铜基体优良的导热性、导电性和力学强度，还具备碳颗粒良好的自润滑、耐腐蚀性能。因此，Cu/C复合材料可以用作密封环材料以及电车受电弓用滑板、电机电刷和电子元件中的电极材料等。然而，由于铜与碳的润湿性很差，界面结合力弱，制约了铜基碳材料自润滑复合材料力学性能的提高，导致复合材料的工作寿命不长。另外，在制备Cu/C复合材料的过程中，碳材料容易出现团聚现象，也在一定程度上影响了复合材料的力学性能和摩擦性能。
中国专利申请CN103981393A公开了一种碳纳米管-金属复合增强铜基复合材料的制备方法，该方法先制备碳纳米管-金属溶胶，再通过喷雾造粒、煅烧等技术得到碳纳米管-金属元素和铜的复合粉末，最后压制烧结制备得碳纳米管-金属复合增强铜基复合材料的工艺。但是该方法工艺复杂繁琐、周期长；并且通过溶胶凝胶法在碳纳米管上引入金属镀层，该金属镀层与碳纳米管结合性差，不能保证基体与增强体有很好的界面结合。中国专利申请CN106424713A公开了一种铜碳复合材料的制备方法，该方法在碳材料表面先后化学镀Ni和Cu，然后通过真空半固态低压力烧结制备得到铜碳复合材料；所制备的铜碳复合材料均匀性好，但是Cu-Ni体系为无限固溶体系，Ni镀层的引入极大的降低了铜碳复合材料的导电性能，会极大地影响铜/石墨复合材料在电刷、受电弓滑板等领域的应用。
而采用传统的液相浸渍法和粉末冶金法难以制备石墨分布均匀的高性能铜碳复合材料，因此亟需研究开发一种可以提高铜/碳复合材料的综合性能的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种Fe-B改性增强Cu/C复合材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种Fe-B改性增强Cu/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)对碳材料依次进行除油、粗化、敏化、活化；
(2)将步骤(1)活化后的碳材料加入Fe-B镀液中，用碱液调节pH值，然后缓慢加入还原剂A，搅拌直至溶液澄清，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Fe-B包覆碳材料；
(3)将步骤(2)后的Fe-B包覆碳材料加入铜镀液中，用碱液调节pH值，然后缓慢加入还原剂B，搅拌直至溶液澄清，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Fe-B改性增强Cu/C复合材料前驱体；
(4)将步骤(3)后的Fe-B改性增强Cu/C复合材料前驱体进行烧结，得到Fe-B改性增强Cu/C复合材料。
本发明的制备方法，通过在碳材料的表面镀覆Fe/B复合镀层，利用Fe-C体系润湿性好，引入的Fe/B镀层可以很好的优化Cu-C界面，大大提高界面强度；利用Fe-Cu体系固溶度极低(850℃仅有1.2wt％)，引入Fe对Cu-C复合材料的导电性能影响极小，且B不易扩散至Cu基体，因此引入B也不会对Cu基体的导电性能产生影响；在后续烧结过程中，引入的Fe/B复合镀层和碳元素相互间反应，能够形成一定量的Fe3C、Fe3B、Fe2B，可以较大程度地提升复合材料的力学性能。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，Fe-B镀液中含有主盐、络合剂、缓冲剂和稳定剂，主盐为FeSO4·7H2O，用于生成金属相镀层；络合剂为C4H4Na2O6·2H2O和(NH4)2SO4的混合物，缓冲剂为氨水，稳定剂为H3BO3；以Fe-B镀液的体积计，主盐的浓度为5-10g/L，缓冲剂的浓度为30-50ml/L，稳定剂的浓度为10-50g/L，络合剂的浓度为50-230g/L，C4H4Na2O6·2H2O和(NH4)2SO4的质量比为6:5-8:5。
采用本发明的Fe-B镀液配方，可以保证镀覆得到均匀、致密的复合金属层，无需通过镍、铁共沉积的方式实现铁的镀覆，从而可以避免加入镍对铜碳复合材料导电性能的影响，同时镀覆过程稳定进行，镀覆效率高。主盐的浓度如果超出本发明的范围，将很难起镀，如果低于本发明的范围，将导致镀覆效率低；络合剂的浓度如果超出本发明的范围，将导致反应较慢，如果低于本发明的范围，则络合剂难以和主盐络合生成沉淀。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，铜镀液中含有主盐、络合剂和稳定剂，主盐为CuSO4·5H2O，是镀层的铜离子源；络合剂为KNaC4H4O6·4H2O和EDTA的混合物；稳定剂为K4Fe(CN)6·3H2O，可以改善镀层形貌，降低沉积速度；以铜镀液的体积计，主盐的浓度为15-25g/L，稳定剂的浓度为1-5g/L，络合剂的浓度为30-50g/L，KNaC4H4O6·4H2O和EDTA的质量比为1:1-4:5。
采用本发明的铜镀液配方，可以保证镀覆得到均匀、致密的金属铜层，同时镀覆过程稳定进行，镀覆效率高。主盐的浓度如果超出本发明的范围，将很难起镀，如果低于本发明的范围，将导致镀覆效率低；络合剂的浓度如果超出本发明的范围，将导致反应较慢，如果低于本发明的范围，则络合剂难以和主盐络合生成沉淀。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，为了避免引入P等杂质对铜基体的导电性能造成影响，得到纯净的金属镀层，同时提升镀覆效率，还原剂A为NaBH4；为了避免生成铁粉同时保证镀覆效率，以Fe-B镀液的体积计，还原剂A的加入量为1-5g/L。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，还原剂B为C2H2O3、甲醛、硼氢化钠中的至少一种；为了避免生成铜粉同时保证镀覆效率，以铜镀液的体积计，还原剂B的加入量为10-50ml/L。更优选的，所述还原剂B为C2H2O3和/或硼氢化钠，这两种物质的还原性较强，反应效率较高，同时对环境友好。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，将Fe-B镀液的温度维持在55-60℃；所述步骤(3)中，将铜镀液的温度维持在45-50℃。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，碳材料为石墨和/或碳纳米管。我们发现，选用金刚石和碳纤维作为增强相制备铜碳复合材料，所得的复合材料难以满足滑动导电材料的性能要求，而选用石墨和碳纳米管作为碳材料则可以满足。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)和步骤(3)中，碱液为NaOH溶液，将pH值调至12-13。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(4)中，进行放电等离子体烧结，控制真空度≤10-3Pa，升温速率为90-110℃/min，烧结温度为850℃-900℃，烧结压力为30-35Mpa，保温时间为10-20min，烧结完后以90-100℃/min的冷却速度进行冷却。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，除油是将碳材料加入碱液中搅拌处理，碱液为NaOH溶液，碱液的浓度为100-150g/L，搅拌时间为30-60min，搅拌温度为90℃以上；
粗化是将除油后的碳材料加入酸液中搅拌处理，使碳材料表面粗糙化，增加了碳材料表面与金属镀层的结合力；酸液为HNO3溶液，酸液的浓度为10-50vol.％，搅拌时间为30-60min，搅拌温度为90℃以上；
敏化是将粗化后的碳材料加入敏化液中搅拌处理，在碳材料表面形成一层具有还原性的液体薄膜；敏化液为SnCl2溶液，敏化液的浓度为5-20g/L，pH值为1-1.5，搅拌时间为20-30min，搅拌温度为室温；
活化是将敏化后的碳材料加入活化液中搅拌处理，二价锡离子将钯离子还原成金属钯(Sn2++Pd2+→Sn4++Pd)，这些单质钯分布在碳材料表面，成为碳材料表面催化活性中心；活化液为PdCl2溶液，活化液的浓度为0.05-1g/L，活化的温度为50℃-60℃，搅拌时间为10-30min。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种根据上述的制备方法制备得到的Fe-B改性增强Cu/C复合材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明通过在碳材料表面预先化学镀Fe-B合金镀层，再化学镀Cu，制备了复合镀层包覆碳材料的复合粉末，且复合镀层具有厚度可控、均匀、致密以及与碳材料结合性好的特点，然后在合金熔点以下采用SPS的方法进行烧结，使金属相均匀紧密的包覆住碳材料，得到了具有连续、互通网络结构的Cu/C复合材料，且碳材料分布均匀，提高了复合材料的致密度、导电性能及力学性能。
(2)本发明通过引入Fe-B镀层，Fe-Cu体系在低温下固溶度极小，并且B也不易扩散进Cu基体里边；因此Fe-B镀层的引入在提高界面结合强度的同时，又不会影响其导电性能。
(3)本发明烧结所得复合材料的金属镀层中含有Fe3C、Fe2B、与Fe3B强化相，增强了材料的力学性能。
(4)在未包覆铁镀层的铜碳复合材料中，铜与碳材料的界面结合不牢固，在摩擦过程中碳颗粒较容易被挤出，而且铜基体为纯铜，其抗塑性变形能力弱。本发明在碳材料表面镀覆一层含Fe镀层，增强了复合材料的强度和韧性，提高了铜基体的抗塑性变形能力，降低了铜基体产生微裂纹的可能性，而且使得铜基体和碳材料的界面结合紧密，有助于碳材料在摩擦表面生成一层连续的固体润滑层，大大提升了摩擦性能。
(5)可根据实际应用需求在同等工艺下调整金属镀覆量与碳材料的比例，以适应不同需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中Fe-B改性增强Cu/C复合材料粉末的SEM照片；
图2是本发明实施例1中Fe-B改性增强Cu/C复合材料的SEM照片；
图3是本发明实施例2中Fe-B改性增强Cu/C复合材料的SEM照片；
图4是未采用Fe-B改性的Cu/C复合材料、本发明实施例3中Fe-B改性增强Cu/C复合材料在不同载荷下的平均摩擦系数；
图5未采用Fe-B改性的Cu/C复合材料、本发明实施例3中Fe-B改性增强Cu/C复合材料在不同载荷下的平均磨损率。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明的Fe-B改性增强Cu/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粒径为17μm的石墨粉加入浓度为100g/L的NaOH溶液中，在93℃下搅拌处理60min，除油完成后用去离子水清洗至中性；
(2)将步骤(1)除油后的石墨粉加入浓度为10vol.％的HNO3溶液中，在95℃下搅拌处理30min，粗化完成后用去离子水清洗至中性；
(3)将步骤(2)粗化后的石墨粉加入浓度为5g/L、pH值为1的SnCl2溶液中，在室温下搅拌处理20min，敏化完成后用去离子水清洗至中性；
(4)将步骤(3)敏化后的石墨粉加入浓度为0.05g/L的PdCl2溶液中，在50℃下搅拌处理15min，活化完成后用去离子水清洗至中性；
(5)在55℃下，将步骤(4)活化后的石墨粉加入配制的Fe-B镀液中，以Fe-B镀液的体积计，石墨粉的加入量为5g/L，用NaOH溶液调节pH值至12，然后缓慢加入还原剂NaBH4，以Fe-B镀液的体积计，还原剂NaBH4的加入量为1g/L搅拌直至溶液澄清，搅拌过程中用NaOH溶液对溶液pH值进行调节使pH值保持在12，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Fe-B包覆石墨粉；以Fe-B镀液的体积计，Fe-B镀液中包含以下浓度的成分：FeSO4·7H2O 5g/L、C4H4Na2O6·2H2O 30g/L、(NH4)2SO4 25g/L、氨水30ml/L、H3BO3 15g/L；
(6)在50℃下，将步骤(5)后的Fe-B包覆石墨粉加入铜镀液中，以铜镀液的体积计，Fe-B包覆石墨粉的加入量为5g/L，用NaOH碱液调节pH值至12，然后缓慢加入乙醛酸，以铜镀液的体积计，还原剂乙醛酸的加入量为10ml/L，搅拌直至溶液澄清，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Fe-B改性增强Cu/C复合材料前驱体；以铜镀液的体积计，铜镀液中包含以下浓度的成分：EDTA 20g/L、KNaC4H4O6·H2O 16g/L、CuSO4·5H2O 15g/L、K4Fe(CN)6·3H2O1g/L；该Fe-B改性增强Cu/C复合材料粉末的SEM照片如图1所示，由图可知，镀层呈层状生长，连续均匀的包覆住石墨颗粒；
(7)将步骤(6)后的Fe-B改性增强Cu/C复合材料前驱体装入石墨模具中进行放电等离子体烧结，控制真空度≤10-3Pa，升温速率为100℃/min，烧结温度为850℃，烧结压力为35Mpa，保温时间为10min，烧结完后以100℃/min的冷却速度进行冷却，得到Fe-B改性增强Cu/C复合材料。
本实施例制得的Fe-B改性增强Cu/C复合材料的SEM照片如图2所示，由图可知，金属相形成相互连通的金属网络，且石墨颗粒在其中分布均匀。
实施例2：
一种本发明的Fe-B改性增强Cu/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粒径为17μm的石墨粉加入浓度为120g/L的NaOH溶液中，在93℃下搅拌处理60min，除油完成后用去离子水清洗至中性；
(2)将步骤(1)除油后的石墨粉加入浓度为30vol.％的HNO3溶液中，在95℃下搅拌处理30min，粗化完成后用去离子水清洗至中性；
(3)将步骤(2)粗化后的石墨粉加入浓度为15g/L、pH为1的SnCl2溶液中，在室温下搅拌处理25min，敏化完成后用去离子水清洗至中性；
(4)将步骤(3)敏化后的石墨粉加入浓度为0.5g/L的PdCl2溶液中，在50℃下搅拌处理15min，活化完成后用去离子水清洗至中性；
(5)在55℃下，将步骤(4)活化后的石墨粉加入配制的Fe-B镀液中，以Fe-B镀液的体积计，石墨粉的加入量为5g/L，用NaOH溶液调节pH值至13，然后缓慢加入还原剂NaBH4，以Fe-B镀液的体积计，还原剂NaBH4的加入量为3g/L，搅拌直至溶液澄清，搅拌过程中用NaOH溶液对溶液pH值进行调节使pH值保持在12，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Fe-B包覆石墨粉；以Fe-B镀液的体积计，Fe-B镀液中包含以下浓度的成分：FeSO4·7H2O 7g/L、C4H4Na2O6·2H2O 65g/L、(NH4)2SO4 45g/L、氨水40ml/L、H3BO3 20g/L；
(6)在50℃下，将步骤(5)后的Fe-B包覆石墨粉加入铜镀液中，以铜镀液的体积计，Fe-B包覆石墨粉的加入量为5g/L，用NaOH碱液调节pH值至13，然后缓慢加入浓度为13ml/L的乙醛酸，以铜镀液的体积计，还原剂乙醛酸的加入量为30ml/L，直至溶液澄清，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Fe-B改性增强Cu/C复合材料前驱体；以铜镀液的体积计，铜镀液中包含以下浓度的成分：EDTA 15g/L、KNaC4H4O6·H2O 15g/L、CuSO4·5H2O 18g/L、K4Fe(CN)6·3H2O 3g/L；
(7)将步骤(6)后的Fe-B改性增强Cu/C复合材料前驱体装入石墨模具中进行放电等离子体烧结，控制真空度≤10-3Pa，升温速率为100℃/min，烧结温度为900℃，烧结压力为30Mpa，保温时间为20min，烧结完后以95℃/min的冷却速度进行冷却，得到Fe-B改性增强Cu/C复合材料。
本实施例制得的Fe-B改性增强Cu/C复合材料的SEM照片如图3所示，由图可知，金属相形成相互连通的金属网络，且石墨颗粒其中分布均匀。
实施例3：
一种本发明的Fe-B改性增强Cu/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳纳米管加入浓度为150g/L的NaOH溶液中，在93℃下搅拌处理60min，除油完成后用去离子水清洗至中性；
(2)将步骤(1)除油后的碳纳米管加入浓度为50vol.％的HNO3溶液中，在95℃下搅拌处理30min，粗化完成后用去离子水清洗至中性；
(3)将步骤(2)粗化后的碳纳米管加入浓度为20g/L、pH值为1.5的SnCl2溶液中，在室温下搅拌处理30min，敏化完成后用去离子水清洗至中性；
(4)将步骤(3)敏化后的碳纳米管加入浓度为1g/L的PdCl2溶液中，在50℃下搅拌处理30min，活化完成后用去离子水清洗至中性；
(5)在55℃下，将步骤(4)活化后的碳纳米管加入配制的Fe-B镀液中，以Fe-B镀液的体积计，碳纳米管的加入量为5g/L，用NaOH溶液调节pH值至12，然后缓慢加入浓度为4g/L的还原剂NaBH4，以Fe-B镀液的体积计，还原剂NaBH4的加入量为4g/L，搅拌直至溶液澄清，搅拌过程中用NaOH溶液对溶液pH值进行调节使pH值保持在12，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Fe-B包覆碳纳米管；以Fe-B镀液的体积计，Fe-B镀液中包含以下浓度的成分：FeSO4·7H2O 8g/L、C4H4Na2O6·2H2O 120g/L、(NH4)2SO485g/L、氨水40ml/L、H3BO3 30g/L；
(6)在50℃下，将步骤(5)后的Fe-B包覆碳纳米管加入铜镀液中，以铜镀液的体积计，Fe-B包覆石墨粉的加入量为5g/L，用NaOH碱液调节pH值至13，然后缓慢加入浓度为10ml/L的乙醛酸，以铜镀液的体积计，还原剂乙醛酸的加入量为40ml/L，搅拌直至溶液澄清，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Fe-B改性增强Cu/C复合材料前驱体；以铜镀液的体积计，铜镀液中包含以下浓度的成分：EDTA 27g/L、KNaC4H4O6·H2O 23g/L、CuSO4·5H2O 17g/L、K4Fe(CN)6·3H2O 5g/L；
(7)将步骤(6)后的Fe-B改性增强Cu/C复合材料前驱体装入石墨模具中进行放电等离子体烧结，控制真空度≤10-3Pa，升温速率为100℃/min，烧结温度为870℃，烧结压力为35Mpa，保温时间为20min，烧结完后以100℃/min的冷却速度进行冷却，得到Fe-B改性增强Cu/C复合材料。
未采用Fe-B改性的铜/石墨复合材料、本发明实施例3中Fe-B改性增强Cu/C复合材料在不同载荷下的平均摩擦系数如图4所示，在不同载荷下的平均磨损率如图5所示。由图4和图5可知，本实施例的铜/碳纳米管复合材料的摩擦系数和磨损率均比未采用Fe-B改性的铜/石墨复合材料低，另外，随着载荷增加，两种Cu/C复合材料磨损率都逐渐增加，但未采用Fe-B改性的复合材料磨损率的增幅更大，说明在碳纳米管表面包覆本发明的复合镀层有利于改善复合材料的摩擦磨损性能。
对比例1：
一种Cu/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粒径为17μm的石墨粉加入浓度为100g/L的NaOH溶液中，在93℃下搅拌处理60min，除油完成后用去离子水清洗至中性；
(2)将步骤(1)除油后的石墨粉加入浓度为10vol.％的HNO3溶液中，在95℃下搅拌处理30min，粗化完成后用去离子水清洗至中性；
(3)将步骤(2)粗化后的石墨粉加入浓度为5g/L、pH值为1的SnCl2溶液中，在室温下搅拌处理20min，敏化完成后用去离子水清洗至中性；
(4)将步骤(3)敏化后的石墨粉加入浓度为0.05g/L的PdCl2溶液中，在50℃下搅拌处理15min，活化完成后用去离子水清洗至中性；
(5)在55℃下，将步骤(4)活化后的石墨粉加入配制的Ni-Fe镀液中，以Ni-Fe镀液的体积计，石墨粉的加入量为5g/L，用NaOH溶液调节pH值至12，然后缓慢加入还原剂NaBH4，以Ni-Fe镀液的体积计，还原剂NaBH4的加入量为1g/L搅拌直至溶液澄清，搅拌过程中用NaOH溶液对溶液pH值进行调节使pH值保持在12，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Ni-Fe-B包覆石墨粉；以Ni-Fe镀液的体积计，Ni-Fe镀液中包含以下浓度的成分：NiSO4·6H2O 20g/L、(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 10g/L、Na3C6H5O7·2H2O 15g/L；
(6)在50℃下，将步骤(5)后的Ni-Fe-B包覆石墨粉加入铜镀液中，以铜镀液的体积计，Ni-Fe-B包覆石墨粉的加入量为5g/L，用NaOH碱液调节pH值至12，然后缓慢加入乙醛酸，以铜镀液的体积计，还原剂B的加入量为10ml/L，搅拌直至溶液澄清，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Ni-Fe-B改性增强Cu/C复合材料前驱体；以铜镀液的体积计，铜镀液中包含以下浓度的成分：EDTA 20g/L、KNaC4H4O6·H2O 16g/L、CuSO4·5H2O 15g/L、K4Fe(CN)6·3H2O 1.5g/L；
(7)将步骤(6)后的Ni-Fe-B改性增强Cu/C复合材料前驱体装入石墨模具中进行放电等离子体烧结，控制真空度≤10-3Pa，升温速率为100℃/min，烧结温度为850℃，烧结压力为35Mpa，保温时间为10min，烧结完后以100℃/min的冷却速度进行冷却，得到Ni-Fe-B改性增强Cu/C复合材料。
测试本发明上述实施例1-3以及对比例1中制得的Cu/C复合材料的性能，检测结果如表1所示。
表1实施例1-3中Cu/C复合材料的性能
由表1可知，采用本发明的制备方法制得的Fe-B改性增强Cu/C复合材料致密度高，力学性能、摩擦性能和导电性能优异。

Claims (10)

1.一种Fe-B改性增强Cu/C复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对碳材料依次进行除油、粗化、敏化、活化；
(2)将步骤(1)活化后的碳材料加入Fe-B镀液中，用碱液调节pH值，然后缓慢加入还原剂A，搅拌直至溶液澄清，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Fe-B包覆碳材料；
(3)将步骤(2)后的Fe-B包覆碳材料加入铜镀液中，用碱液调节pH值，然后缓慢加入还原剂B，搅拌直至溶液澄清，之后用去离子水清洗至中性，经干燥后得到Fe-B改性增强Cu/C复合材料前驱体；
(4)将步骤(3)后的Fe-B改性增强Cu/C复合前驱体进行烧结，得到Fe-B改性增强Cu/C复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，Fe-B镀液中含有主盐、络合剂、缓冲剂和稳定剂，主盐为FeSO4·7H2O，络合剂为C4H4Na2O6·2H2O和(NH4)2SO4的混合物，缓冲剂为氨水，稳定剂为H3BO3；以Fe-B镀液的体积计，主盐的浓度为5-10g/L，缓冲剂的浓度为30-50ml/L，稳定剂的浓度为10-50g/L，络合剂的浓度为55-230g/L，C4H4Na2O6·2H2O和(NH4)2SO4的质量比为6:5-8:5。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，铜镀液中含有主盐、络合剂和稳定剂，主盐为CuSO4·5H2O，络合剂为KNaC4H4O6·4H2O和EDTA的混合物，稳定剂为K4Fe(CN)6·3H2O；以铜镀液的体积计，主盐的浓度为15-25g/L，稳定剂的浓度为1-5g/L，络合剂的浓度为30-50g/L，KNaC4H4O6·4H2O和EDTA的质量比为1:1-4:5。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，还原剂A为NaBH4，以Fe-B镀液的体积计，还原剂A的加入量为1-5g/L；所述步骤(3)中，还原剂B为C2H2O3、甲醛、硼氢化钠中的至少一种，以铜镀液的体积计，还原剂B的加入量为10-50ml/L。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将Fe-B镀液的温度维持在55-60℃；所述步骤(3)中，将铜镀液的温度维持在45-50℃。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，碳材料为石墨和/或碳纳米管。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(3)中，碱液为NaOH溶液，将pH值调至12-13。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，进行放电等离子体烧结，控制真空度≤10-3Pa，升温速率为90-110℃/min，烧结温度为850℃-900℃，烧结压力为30-35Mpa，保温时间为10min-20min，烧结完后以90-100℃/min的冷却速度进行冷却。
9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，除油是将碳材料加入碱液中搅拌处理，碱液为NaOH溶液，碱液的浓度为100-150g/L，搅拌时间为30-60min，搅拌温度为90℃以上；
粗化是将除油后的碳材料加入酸液中搅拌处理，酸液为HNO3溶液，酸液的浓度为10-50vol.％，搅拌时间为30-60min，搅拌温度为90℃以上；
敏化是将粗化后的碳材料加入敏化液中搅拌处理，敏化液为SnCl2溶液，敏化液的浓度为5-20g/L，pH值为1-1.5，搅拌时间为20-30min，搅拌温度为室温；
活化是将敏化后的碳材料加入活化液中搅拌处理，活化液为PdCl2溶液，活化液的浓度为0.05-1g/L，活化的温度为50℃-60℃，搅拌时间为10-30min。
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备得到的Fe-B改性增强Cu/C复合材料。
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