CN110846531A - 一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料，其原料按重量份包括以下组分：硼粉15‑30质量份、铍粉10‑25质量份、钛粉10‑25质量份、锡粉5‑15质量份、铜基粉末60‑70质量份、铬粉4‑9质量份、铁粉10‑15质量份、镁粉3‑8质量份、氮化硼20‑30质量份、强化相15‑25质量份和氧化石墨烯水溶液100‑300质量份，本高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料及其制备方法，制备方法简单，提高复合材料的耐磨性，不会影响其导电性能。

Description

一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体为一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料及其制备方法。
背景技术
铜和铜合金是传统的高导电、导热材料，在机械、电工电子和航空航天等众多行业有着极为广泛的用途，比如电车及电力火车架空导线、大容量触头开关、电阻焊电极、电触头、电刷、集成电路引线框架等。但随着机械、电子、航空航天等工业的迅速发展，迫切需要开发价格低廉的具有优良导电性、导热性，且又具有高强度的耐磨稳定的铜基合金材料。
石墨烯由于其优异的机械性能、电学性能和热学性能，一经发现就成为了各个领域研究的热门材料，在众多领域内有着巨大的应用潜力。由于石墨烯的优良性能，科研人员考虑到把石墨烯作为增强体加入到铜及铜合金基体中，改善其材料性能。
但是现有的一些石墨烯铜基复合材料制备方法较为复杂，并且耐磨性不好，容易影响其导电性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料及其制备方法，制备方法简单，提高复合材料的耐磨性，不会影响其导电性能，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料，其原料按重量份包括以下组分：硼粉15-30质量份、铍粉10-25质量份、钛粉10-25质量份、锡粉5-15质量份、铜基粉末60-70质量份、铬粉4-9质量份、铁粉10-15质量份、镁粉3-8质量份、氮化硼20-30质量份、强化相15-25质量份和氧化石墨烯水溶液100-300质量份。
作为本发明的一种优选技术方案，所述铜基粉末为锡青铜粉末。
作为本发明的一种优选技术方案，所述在缓慢电动搅拌情况下，将浓硫酸加入膨胀石墨中，加快电动搅拌速度，逐渐加入高锰酸钾，水浴升温至65℃并保温4h后至混合物变为墨绿色，停止电动搅拌，将墨绿色混合物倒入冰水混合物中冷却至室温，加入双氧水至金黄色，静至24h，加入盐酸和蒸馏水，以9500r/min的转速离心分离，多次加入蒸馏水并离心至离心上清液pH值为6，所获得离心下浊液即为氧化石墨烯水溶液。
一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将铬粉、铁粉、氮化硼和强化相粉末球磨混匀，加水混合，练泥，得到泥料；
2)将氮化硼和强化相粉末所混合的泥料干燥，在800～1100℃保温焙烧完全，得到焙烧料；
3)将焙烧料球磨粉碎，与铜基粉末混合，并且在混合后的粉末中加入硼粉、铍粉、钛粉、锡粉和镁粉，使其充分混合；
4)在混合好的料粉中放入氧化石墨烯水溶液，进行搅拌混合；
5)将混合后的粉料置于模具中，冷压成型，得到压坯；
6)将压坯升温至500～600℃预烧，之后升温至800～950℃焙烧，冷却后得到初烧结体；
7)将初烧结体复压，800～950℃下复烧完全，得到型材。
作为本发明的一种优选技术方案，所述焙烧、预烧和复烧均在还原性气体保护下进行，还原性气体为H2。
作为本发明的一种优选技术方案，所述冷压的压力不低于1T/cm2；复压的压力不低于1T/cm2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料及其制备方法，制备方法简单，提高复合材料的耐磨性，不会影响其导电性能。
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，以下结合具体实施例，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。
实施例一
一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料，其原料按重量份包括以下组分：硼粉30质量份、铍粉25质量份、钛粉25质量份、锡粉15质量份、铜基粉末70质量份、铬粉9质量份、铁粉15质量份、镁粉8质量份、氮化硼30质量份、强化相25质量份和氧化石墨烯水溶液300质量份。
铜基粉末为锡青铜粉末。
在缓慢电动搅拌情况下，将浓硫酸加入膨胀石墨中，加快电动搅拌速度，逐渐加入高锰酸钾，水浴升温至65℃并保温4h后至混合物变为墨绿色，停止电动搅拌，将墨绿色混合物倒入冰水混合物中冷却至室温，加入双氧水至金黄色，静至24h，加入盐酸和蒸馏水，以9500r/min的转速离心分离，多次加入蒸馏水并离心至离心上清液pH值为6，所获得离心下浊液即为氧化石墨烯水溶液。
一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将铬粉、铁粉、氮化硼和强化相粉末球磨混匀，加水混合，练泥，得到泥料；
2)将氮化硼和强化相粉末所混合的泥料干燥，在1100℃保温焙烧完全，得到焙烧料；
3)将焙烧料球磨粉碎，与铜基粉末混合，并且在混合后的粉末中加入硼粉、铍粉、钛粉、锡粉和镁粉，使其充分混合；
4)在混合好的料粉中放入氧化石墨烯水溶液，进行搅拌混合；
5)将混合后的粉料置于模具中，冷压成型，得到压坯；
6)将压坯升温至600℃预烧，之后升温至950℃焙烧，冷却后得到初烧结体；
7)将初烧结体复压，950℃下复烧完全，得到型材。
焙烧、预烧和复烧均在还原性气体保护下进行，还原性气体为H2。
冷压的压力不低于1T/cm2；复压的压力不低于1T/cm2。
本实施例中所生产出的石墨烯铜基复合材料耐磨性最好；
实施例二
一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料，其原料按重量份包括以下组分：硼粉15质量份、铍粉10质量份、钛粉10质量份、锡粉5质量份、铜基粉末60质量份、铬粉4质量份、铁粉10质量份、镁粉3质量份、氮化硼20质量份、强化相15质量份和氧化石墨烯水溶液100质量份。
铜基粉末为锡青铜粉末。
在缓慢电动搅拌情况下，将浓硫酸加入膨胀石墨中，加快电动搅拌速度，逐渐加入高锰酸钾，水浴升温至65℃并保温4h后至混合物变为墨绿色，停止电动搅拌，将墨绿色混合物倒入冰水混合物中冷却至室温，加入双氧水至金黄色，静至24h，加入盐酸和蒸馏水，以9500r/min的转速离心分离，多次加入蒸馏水并离心至离心上清液pH值为6，所获得离心下浊液即为氧化石墨烯水溶液。
一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将铬粉、铁粉、氮化硼和强化相粉末球磨混匀，加水混合，练泥，得到泥料；
2)将氮化硼和强化相粉末所混合的泥料干燥，在800℃保温焙烧完全，得到焙烧料；
3)将焙烧料球磨粉碎，与铜基粉末混合，并且在混合后的粉末中加入硼粉、铍粉、钛粉、锡粉和镁粉，使其充分混合；
4)在混合好的料粉中放入氧化石墨烯水溶液，进行搅拌混合；
5)将混合后的粉料置于模具中，冷压成型，得到压坯；
6)将压坯升温至500℃预烧，之后升温至800℃焙烧，冷却后得到初烧结体；
7)将初烧结体复压，800℃下复烧完全，得到型材。
焙烧、预烧和复烧均在还原性气体保护下进行，还原性气体为H2。
冷压的压力不低于1T/cm2；复压的压力不低于1T/cm2。
本实施例中所生产出的石墨烯铜基复合材料耐磨性最差。
实施例三
一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料，其原料按重量份包括以下组分：硼粉23质量份、铍粉16质量份、钛粉18质量份、锡粉7质量份、铜基粉末65质量份、铬粉7质量份、铁粉13质量份、镁粉5质量份、氮化硼25质量份、强化相20质量份和氧化石墨烯水溶液150质量份。
铜基粉末为锡青铜粉末。
在缓慢电动搅拌情况下，将浓硫酸加入膨胀石墨中，加快电动搅拌速度，逐渐加入高锰酸钾，水浴升温至65℃并保温4h后至混合物变为墨绿色，停止电动搅拌，将墨绿色混合物倒入冰水混合物中冷却至室温，加入双氧水至金黄色，静至24h，加入盐酸和蒸馏水，以9500r/min的转速离心分离，多次加入蒸馏水并离心至离心上清液pH值为6，所获得离心下浊液即为氧化石墨烯水溶液。
一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将铬粉、铁粉、氮化硼和强化相粉末球磨混匀，加水混合，练泥，得到泥料；
2)将氮化硼和强化相粉末所混合的泥料干燥，在950℃保温焙烧完全，得到焙烧料；
3)将焙烧料球磨粉碎，与铜基粉末混合，并且在混合后的粉末中加入硼粉、铍粉、钛粉、锡粉和镁粉，使其充分混合；
4)在混合好的料粉中放入氧化石墨烯水溶液，进行搅拌混合；
5)将混合后的粉料置于模具中，冷压成型，得到压坯；
6)将压坯升温至550℃预烧，之后升温至850℃焙烧，冷却后得到初烧结体；
7)将初烧结体复压，860℃下复烧完全，得到型材。
焙烧、预烧和复烧均在还原性气体保护下进行，还原性气体为H2。
冷压的压力不低于1T/cm2；复压的压力不低于1T/cm2。
本实施例中所生产出的石墨烯铜基复合材料耐磨性一般。
本发明制备方法简单，提高复合材料的耐磨性，不会影响其导电性能。
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 (6)

1.一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料，其特征在于：其原料按重量份包括以下组分：硼粉15-30质量份、铍粉10-25质量份、钛粉10-25质量份、锡粉5-15质量份、铜基粉末60-70质量份、铬粉4-9质量份、铁粉10-15质量份、镁粉3-8质量份、氮化硼20-30质量份、强化相15-25质量份和氧化石墨烯水溶液100-300质量份。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料，其特征在于：所述铜基粉末为锡青铜粉末。
3.根据权利要求1所述的一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料，其特征在于：所述在缓慢电动搅拌情况下，将浓硫酸加入膨胀石墨中，加快电动搅拌速度，逐渐加入高锰酸钾，水浴升温至65℃并保温4h后至混合物变为墨绿色，停止电动搅拌，将墨绿色混合物倒入冰水混合物中冷却至室温，加入双氧水至金黄色，静至24h，加入盐酸和蒸馏水，以9500r/min的转速离心分离，多次加入蒸馏水并离心至离心上清液pH值为6，所获得离心下浊液即为氧化石墨烯水溶液。
4.一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将铬粉、铁粉、氮化硼和强化相粉末球磨混匀，加水混合，练泥，得到泥料；
2)将氮化硼和强化相粉末所混合的泥料干燥，在800～1100℃保温焙烧完全，得到焙烧料；
3)将焙烧料球磨粉碎，与铜基粉末混合，并且在混合后的粉末中加入硼粉、铍粉、钛粉、锡粉和镁粉，使其充分混合；
4)在混合好的料粉中放入氧化石墨烯水溶液，进行搅拌混合；
5)将混合后的粉料置于模具中，冷压成型，得到压坯；
6)将压坯升温至500～600℃预烧，之后升温至800～950℃焙烧，冷却后得到初烧结体；
7)将初烧结体复压，800～950℃下复烧完全，得到型材。
5.根据权利要求4所述的一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述焙烧、预烧和复烧均在还原性气体保护下进行，还原性气体为H2。
6.根据权利要求4所述的一种高耐磨铜基石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述冷压的压力不低于1T/cm2；复压的压力不低于1T/cm2。
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