CN112011748A - 铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，包括：S1、以聚丙烯腈和木质素为碳源，与溶剂复合并静电纺丝处理，收集纺丝纤维并预氧化处理，收集预氧化纤维并炭化处理，得复合碳纤维；S2、以泡沫铜为基体，三氧化钼与硫粉为改性材料进改性处理，并收集改性泡沫铜材料；S3、将复合碳纤维与改性泡沫铜材料混合处理并收集复合基体颗粒；S4、取复合基体颗粒、羰基铁粉、氧化硅、铬粉、氧化铝和石墨颗粒，粉末冶金并烧制成型，即可制备得所述铜基粉末冶金摩擦材料。该方法制备的粉末冶金摩擦材料结合性能优异且力学性能优良，能有效满足现有粉末冶金摩擦材料的长效使用要求。

Description

铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，更具体地，涉及一种铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法。
背景技术
粉末冶金摩擦材料的基体可以是单一金属，也可以是多元素形成的合金。刹车片摩擦材料在摩擦时，基体组元容易发生变形及磨损，所以金属基体需要良好的导热性，将摩擦所产生的高温传导出去，并且还要牢牢保持住与基体润湿性不是很好的摩擦剂和润滑剂非金属颗粒，以防止金属基体在摩擦过程中磨损量过大。粉末冶金摩擦材料的基体主要为铜基、铁基、铝基等，基体组元中的金属在高温烧结后会作为一种载体，将摩擦组元和润滑组元粘结在一起形成具有一定物理力学性能、使用性能的“假合金”。
由于单一金属基体的强度不高，为了提高基体的耐磨性、耐热性、导热性，摩擦性能的稳定性，还必须考虑添加其他能使基体合金化的金属。大多数粉末冶金摩擦材料在基体金属中含有合金元素，对基体形成固溶强化作用。在粉末冶金摩擦材料中利用铁和铜作为基体材料较广泛。其中个，铜具有良好的导热性、良好的塑性、与空气中的氧亲和力低和在空气中的氧化速度较慢的特点。所以铜和铜合金也是最常选用的基体材料，甚至在铁基中摩擦材料中也会添加一定量的铜和铜合金。
但是现有的铜基粉末冶金摩擦材料在制备过程中，烧结步骤是由于粉末冶金摩擦材料在烧结过程中，混合粉料中的组元可能全部或部分溶解形成新化合物，或者彼此不相反应，仍然以惰性夹杂物存在，导致整体材料的结合性能不佳，材料摩擦性能较差，无法满足其长期使用时效的需求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
有鉴于此，本发明提供一种铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，该方法制备的粉末冶金摩擦材料结合性能优异且摩擦性能优良，能有效满足现有粉末冶金摩擦材料的长效使用要求。
根据本发明实施例的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：S1、以聚丙烯腈和木质素为碳源，与溶剂复合并静电纺丝处理，收集纺丝纤维并预氧化处理，收集预氧化纤维并炭化处理，得复合碳纤维；S2、以泡沫铜为基体，三氧化钼与硫粉为改性材料进改性处理，并收集改性泡沫铜材料；S3、将复合碳纤维与改性泡沫铜材料混合处理并收集复合基体颗粒；S4、取复合基体颗粒、羰基铁粉、氧化硅、铬粉、氧化铝和石墨颗粒，粉末冶金并烧制成型，即可制备得所述铜基粉末冶金摩擦材料。
根据本发明实施例的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，以聚丙烯腈和木质素为碳源，与溶剂复合并静电纺丝处理，再经预氧化和炭化处理，制备碳纳米纤维材料为改性纤维，通过将该改性纤维与沉积了二硫化钼的泡沫炭材料复合，使碳纳米纤维有效贯穿并嵌合至泡沫铜孔隙内部，通过碳纳米纤维对泡沫铜材质形成有效的填充，再在最后的烧结过程中，由于嵌合的碳纳米纤维最先分解，坯料中的其他材料熔融并在加压环境下逐渐渗透至复合坯料的内部孔隙中，通过在该孔隙内形成的穿插结构，使粉末冶金制备的摩擦材料内部，通过熔融形成的纤维形成良好的穿插和结合，进一步改善材料与材料之间的结合强度，通过纤维性的三维缠结构型，形成锚固缠结并提高粉末冶金摩擦材料的内应力，从而有效改善复合材料的摩擦强度和长效使用性能。
根据本发明实施例的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法还可以具有以下附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，步骤S2所述改性泡沫铜材料制备步骤为：S21、分别称取泡沫铜、三氧化钼和硫粉置于管式气氛炉中，通氩气排除空气并加压处理；S22、在氩气气氛下升温加热并保温沉积处理，静置冷却至室温，得改性泡沫铜颗粒。
根据本发明的一个实施例，所述氩气通入速率为25-30mL/min。
根据本发明的一个实施例，所述加压处理的压强为0.5-0.8MPa。
根据本发明的一个实施例，步骤S1所述的静电纺丝处理包括：S11、分别取N,N-二甲基甲酰胺、木质素和聚丙烯腈置于搅拌机中，搅拌混合并收集混合液；S12、收集混合液并控制电场电压为15kV，接收距离为15-20cm，滚筒转速为2000-3000r/min，推速为1.2-2.0mL/h，进行静电纺丝处理并收集纺丝纤维。
根据本发明的一个实施例，步骤S1所述的预氧化纤维制备步骤为：S13、收集纺丝纤维并置于管式炉中，三段程序升温处理后，自然冷却至室温，收集预氧化纤维。
根据本发明的一个实施例，所述三段程序升温处理为：第一段：控制第一段程序升温为按3℃/min升温至200℃，保温处理30min；第二段：按2℃/min升温至250℃，继续保温处理30min；第三段：按1℃/min升温至280℃，保温处理30min。
根据本发明的一个实施例，步骤S1所述炭化处理温度为850-900℃。
根据本发明的一个实施例，步骤S3所述混合处理为：取改性泡沫铜材料并破碎、过筛得过筛颗粒，将碳纳米纤维与过筛颗粒搅拌混合并置于1250-3000r/min下振动混合2-3h，随后研磨过筛，得复合基体颗粒。
根据本发明的一个实施例，步骤S4所述粉末冶金并烧制成型步骤为：取复合基体颗粒、羰基铁粉、氧化硅、铬粉、氧化铝和石墨颗粒搅拌混合并研磨过筛，收集过筛混合颗粒并压坯成型，收集坯料并置于6～8MPa、950～1000℃下烧结1～2h。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图具体描述根据本发明实施例的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法。
如图1所示，根据本发明实施例的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法包括：
S1、以聚丙烯腈和木质素为碳源，与溶剂复合并静电纺丝处理，收集纺丝纤维并预氧化处理，收集预氧化纤维并炭化处理，得复合碳纤维；
S2、以泡沫铜为基体，三氧化钼与硫粉为改性材料进改性处理，并收集改性泡沫铜材料；
S3、将复合碳纤维与改性泡沫铜材料混合处理并收集复合基体颗粒；
S4、取复合基体颗粒、羰基铁粉、氧化硅、铬粉、氧化铝和石墨颗粒，粉末冶金并烧制成型，即可制备得对照例铜基粉末冶金摩擦材料。
由此，根据本发明实施例的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，以聚丙烯腈和木质素为碳源，与溶剂复合并静电纺丝处理，再经预氧化和炭化处理，制备碳纳米纤维材料为改性纤维，通过将该改性纤维与沉积了二硫化钼的泡沫炭材料复合，使碳纳米纤维有效贯穿并嵌合至泡沫铜孔隙内部，通过碳纳米纤维对泡沫铜材质形成有效的填充，再在最后的烧结过程中，由于嵌合的碳纳米纤维最先分解，坯料中的其他材料熔融并在加压环境下逐渐渗透至复合坯料的内部孔隙中，通过在该孔隙内形成的穿插结构，使粉末冶金制备的摩擦材料内部，通过熔融形成的纤维形成良好的穿插和结合，进一步改善材料与材料之间的结合强度，通过纤维性的三维缠结构型，形成锚固缠结并提高粉末冶金摩擦材料的内应力，从而有效改善复合材料的摩擦强度和长效使用性能。
根据本发明的一个实施例，步骤S2对照例改性泡沫铜材料制备步骤为：
S21、分别称取泡沫铜、三氧化钼和硫粉置于管式气氛炉中，通氩气排除空气并加压处理；
S22、在氩气气氛下升温加热并保温沉积处理，静置冷却至室温，得改性泡沫铜颗粒。
通过选取泡沫铜、三氧化钼和硫粉为主要材料进行制备，由于在高温环境下，三氧化钼与硫粉混合反应并对泡沫铜材料表面以及其孔隙结构进行有效的渗透和沉积，使泡沫铜材料的孔隙内部也包覆有一层二硫化钼，由于二硫化钼材料和石墨属于非金属润滑剂，其在高温下的熔点非常高，具有良好的高温稳定性，将其有效包覆在孔隙内壁后，能防止在后续烧结过程中，孔隙坍塌造成材料结合性能不佳的问题。
在本发明的一些具体实施方式中，对照例氩气通入速率为25-30mL/min。选取合适的氩气通入速率，使其保证气相沉积二硫化钼的过程中，能保证对泡沫铜孔隙内部形成有效的负载和填充，同时也不会使二硫化钼在同一位置形成堆积和堵塞。
进一步地，对照例加压处理的压强为0.5-0.8MPa。加压处理，能是气相沉积的二硫化钼更加深入的渗透至泡沫铜结构中的孔隙内部，从而提高其渗透效率。
可选地，步骤S1对照例的静电纺丝处理包括：
S11、分别取N,N-二甲基甲酰胺、木质素和聚丙烯腈置于搅拌机中，搅拌混合并收集混合液；
S12、收集混合液并控制电场电压为15kV，接收距离为15-20cm，滚筒转速为2000-3000r/min，推速为1.2-2.0mL/h，进行静电纺丝处理并收集纺丝纤维。
通过木质素与聚丙烯腈混合纺丝，使最终形成的碳纤维材料结构均一稳定，同时整体纤维的取向性能优异，在后续的制备过程中，能提高复合材料的整体模量和性能，从而有效改善复合材料的机械强度和结合性能。
在本发明的一些具体实施方式中，步骤S1对照例的预氧化纤维制备步骤为：
S13、收集纺丝纤维并置于管式炉中，三段程序升温处理后，自然冷却至室温，收集预氧化纤维。
通过预氧化制备预氧化纤维材料，将纺丝纤维在以一定的升温速率进行加热处理，使纤维形成梯形结构，以便纤维在碳化阶段不会被熔融，从而使其整体结构的性能不是受影响。
根据本发明的一个实施例，对照例三段程序升温处理为：
第一段：控制第一段程序升温为按3℃/min升温至200℃，保温处理30min；
第二段：按2℃/min升温至250℃，继续保温处理30min；
第三段：按1℃/min升温至280℃，保温处理30min。
第一段的升温处理在于去除纤维中游离水；第二段升温处理在于使纤维质量基本保持稳定，稳定其原有结构；第三段升温处理在于通过分子间交联反应、脱氢反应、脱氮反应等，非碳元素等逐步脱除，碳原子得到富集，进一步保留其原有结构。
可选地，步骤S1对照例炭化处理温度为850-900℃。
选取合适的炭化温度，使制备的炭化材料完整的分解和炭化，从而在不改善材料结构的同时，对纤维材料形成完美的炭化处理。
进一步地，步骤S3对照例混合处理为：取改性泡沫铜材料并破碎、过筛得过筛颗粒，将碳纳米纤维与过筛颗粒搅拌混合并置于1250-3000r/min下振动混合2-3h，随后研磨过筛，得复合基体颗粒。
通过振动混合的方式，使本申请制备的炭化材料能与泡沫铜材料形成良好的结合和嵌合处理，由于材料和材料之间在振动混合过程中，纤维材料有效填充并进一步与其他纤维之间形成缠结结构，来负载至泡沫铜孔隙的内部，从而改善泡沫铜材料与纤维材料之间的结合性能。
在本发明的一些具体实施方式中，步骤S4对照例粉末冶金并烧制成型步骤为：
取复合基体颗粒、羰基铁粉、氧化硅、铬粉、氧化铝和石墨颗粒搅拌混合并研磨过筛，收集过筛混合颗粒并压坯成型，收集坯料并置于6～8MPa、950～1000℃下烧结1～2h。
通过筛选合适的压强和烧结温度，使最终制备过程中，在高温高压环境下，坯料中的其他材料熔融并在加压环境下逐渐渗透至复合坯料的内部孔隙中，通过在该孔隙内形成的穿插结构，使粉末冶金制备的摩擦材料内部，通过熔融形成的纤维形成良好的穿插和结合，进一步改善材料与材料之间的结合强度，通过纤维性的三维缠结构型，形成锚固缠结并提高粉末冶金摩擦材料的内应力，从而有效改善复合材料的摩擦强度和长效使用性能。
总而言之，本发明实施例以聚丙烯腈和木质素为碳源，与溶剂复合并静电纺丝处理，再经预氧化和炭化处理，制备碳纳米纤维材料为改性纤维，通过将该改性纤维与沉积了二硫化钼的泡沫炭材料复合，使碳纳米纤维有效贯穿并嵌合至泡沫铜孔隙内部，通过碳纳米纤维对泡沫铜材质形成有效的填充，再在最后的烧结过程中，由于嵌合的碳纳米纤维最先分解，坯料中的其他材料熔融并在加压环境下逐渐渗透至复合坯料的内部孔隙中，通过在该孔隙内形成的穿插结构，使粉末冶金制备的摩擦材料内部，通过熔融形成的纤维形成良好的穿插和结合，进一步改善材料与材料之间的结合强度，通过纤维性的三维缠结构型，形成锚固缠结并提高粉末冶金摩擦材料的内应力，从而有效改善复合材料的摩擦强度和长效使用性能。
其次，本发明技术方案通过选取泡沫铜、三氧化钼和硫粉为主要材料进行制备，由于在高温环境下，三氧化钼与硫粉混合反应并对泡沫铜材料表面以及其孔隙结构进行有效的渗透和沉积，使泡沫铜材料的孔隙内部也包覆有一层二硫化钼，由于二硫化钼材料和石墨属于非金属润滑剂，其在高温下的熔点非常高，具有良好的高温稳定性，将其有效包覆在孔隙内壁后，能防止在后续烧结过程中，孔隙坍塌造成材料，结合性能不佳，导致整体材料摩擦性能较差的问题。
下面结合具体实施例对本发明的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法进行详细说明。
实施例1
按重量份数计，分别称量45份N,N-二甲基甲酰胺、3份木质素和15份聚丙烯腈置于搅拌机中，搅拌混合并置于55℃下保温反应10min，收集混合液并静电纺丝，控制电场电压为15kV，接收距离为15cm，滚筒转速为2000r/min，推速为1.2mL/h，收集纺丝纤维并置于管式炉中，控制第一段程序升温为按3℃/min升温至200℃，保温处理30min后，进行第二段程序升温处理，按2℃/min升温至250℃，继续保温处理30min，随后第三段程序升温处理，按1℃/min升温至280℃，保温处理30min后，自然冷却至室温，收集预氧化纤维并将其置于管式气氛炉中，对其通氮气排除空气，再在氮气气氛、温度为900℃环境下炭化处理120℃，静置冷却至室温，得碳纳米纤维。
按重量份数计，分别称量45份泡沫铜、10份三氧化钼和3份硫粉置于管式气氛炉中，通氩气排除空气并加压至0.5MPa，再在氩气气氛下升温至800℃，保温煅烧处理25-30min，静置冷却至室温，得改性泡沫铜颗粒。
取改性泡沫铜颗粒并将其破碎，过200目筛得过筛颗粒，按质量比1:10，将碳纳米纤维与过筛颗粒搅拌混合并研磨过500目筛，得复合基体颗粒；
按重量份数计，分别称量45份复合基体颗粒、10份2000目羰基铁粉、2份氧化硅、2份铬粉、2份氧化铝和1份石墨颗粒搅拌混合并研磨过500目筛，收集过筛混合颗粒并压坯成型，收集坯料并置于6MPa、950℃下烧结1～2h，静置冷却至室温，即可制备得对照例铜基粉末冶金摩擦材料。
实施例2
按重量份数计，分别称量47份N,N-二甲基甲酰胺、4份木质素和17份聚丙烯腈置于搅拌机中，搅拌混合并置于57℃下保温反应12min，收集混合液并静电纺丝，控制电场电压为15kV，接收距离为17cm，滚筒转速为2500r/min，推速为1.8mL/h，收集纺丝纤维并置于管式炉中，控制第一段程序升温为按3℃/min升温至200℃，保温处理30min后，进行第二段程序升温处理，按2℃/min升温至250℃，继续保温处理30min，随后第三段程序升温处理，按1℃/min升温至280℃，保温处理30min后，自然冷却至室温，收集预氧化纤维并将其置于管式气氛炉中，对其通氮气排除空气，再在氮气气氛、温度为900℃环境下炭化处理135℃，静置冷却至室温，得碳纳米纤维。
按重量份数计，分别称量47份泡沫铜、12份三氧化钼和4份硫粉置于管式气氛炉中，通氩气排除空气并加压至0.7MPa，再在氩气气氛下升温至825℃，保温煅烧处理27min，静置冷却至室温，得改性泡沫铜颗粒。
取改性泡沫铜颗粒并将其破碎，过200目筛得过筛颗粒，按质量比1:10，将碳纳米纤维与过筛颗粒搅拌混合并研磨过500目筛，得复合基体颗粒；
按重量份数计，分别称量47份复合基体颗粒、12份2000目羰基铁粉、2份氧化硅、2份铬粉、2份氧化铝和1份石墨颗粒搅拌混合并研磨过500目筛，收集过筛混合颗粒并压坯成型，收集坯料并置于7MPa、975℃下烧结1h，静置冷却至室温，即可制备得对照例铜基粉末冶金摩擦材料。
实施例3
按重量份数计，分别称量50份N,N-二甲基甲酰胺、5份木质素和20份聚丙烯腈置于搅拌机中，搅拌混合并置于65℃下保温反应15min，收集混合液并静电纺丝，控制电场电压为15kV，接收距离为20cm，滚筒转速为3000r/min，推速为2.0mL/h，收集纺丝纤维并置于管式炉中，控制第一段程序升温为按3℃/min升温至200℃，保温处理30min后，进行第二段程序升温处理，按2℃/min升温至250℃，继续保温处理30min，随后第三段程序升温处理，按1℃/min升温至280℃，保温处理30min后，自然冷却至室温，收集预氧化纤维并将其置于管式气氛炉中，对其通氮气排除空气，再在氮气气氛、温度为900℃环境下炭化处理150℃，静置冷却至室温，得碳纳米纤维。
按重量份数计，分别称量50份泡沫铜、15份三氧化钼和5份硫粉置于管式气氛炉中，通氩气排除空气并加压至0.8MPa，再在氩气气氛下升温至850℃，保温煅烧处理30min，静置冷却至室温，得改性泡沫铜颗粒。
取改性泡沫铜颗粒并将其破碎，过200目筛得过筛颗粒，按质量比1:10，将碳纳米纤维与过筛颗粒搅拌混合并研磨过500目筛，得复合基体颗粒；
按重量份数计，分别称量50份复合基体颗粒、15份2000目羰基铁粉、3份氧化硅、3份铬粉、3份氧化铝和2份石墨颗粒搅拌混合并研磨过500目筛，收集过筛混合颗粒并压坯成型，收集坯料并置于8MPa、1000℃下烧结2h，静置冷却至室温，即可制备得对照例铜基粉末冶金摩擦材料。
实施例4
按重量份数计，分别称量50份N,N-二甲基甲酰胺、5份木质素和20份聚丙烯腈置于搅拌机中，搅拌混合并置于65℃下保温反应15min，收集混合液并静电纺丝，控制电场电压为15kV，接收距离为20cm，滚筒转速为3000r/min，推速为2.0mL/h，收集纺丝纤维并置于管式炉中，控制第一段程序升温为按3℃/min升温至200℃，保温处理30min后，进行第二段程序升温处理，按2℃/min升温至250℃，继续保温处理30min，随后第三段程序升温处理，按1℃/min升温至280℃，保温处理30min后，自然冷却至室温，收集预氧化纤维并将其置于管式气氛炉中，对其通氮气排除空气，再在氮气气氛、温度为900℃环境下炭化处理150℃，静置冷却至室温，得碳纳米纤维。
按重量份数计，分别称量50份铜粉、15份三氧化钼和5份硫粉置于管式气氛炉中，通氩气排除空气并加压至0.8MPa，再在氩气气氛下升温至850℃，保温煅烧处理30min，静置冷却至室温，得改性铜粉颗粒。
取改性铜粉颗粒并将其破碎，过200目筛得过筛颗粒，按质量比1:10，将碳纳米纤维与过筛颗粒搅拌混合并研磨过500目筛，得复合基体颗粒；
按重量份数计，分别称量50份复合基体颗粒、15份2000目羰基铁粉、3份氧化硅、3份铬粉、3份氧化铝和2份石墨颗粒搅拌混合并研磨过500目筛，收集过筛混合颗粒并压坯成型，收集坯料并置于8MPa、1000℃下烧结2h，静置冷却至室温，即可制备得对照例铜基粉末冶金摩擦材料。
实施例5
按重量份数计，分别称量50份N,N-二甲基甲酰胺、5份木质素和20份聚丙烯腈置于搅拌机中，搅拌混合并置于65℃下保温反应15min，收集混合液并静电纺丝，控制电场电压为15kV，接收距离为20cm，滚筒转速为3000r/min，推速为2.0mL/h，收集纺丝纤维并置于管式气氛炉中，对其通氮气排除空气，再在氮气气氛、温度为900℃环境下炭化处理150℃，静置冷却至室温，得碳纳米纤维。
按重量份数计，分别称量50份泡沫铜、15份三氧化钼和5份硫粉置于管式气氛炉中，通氩气排除空气并加压至0.8MPa，再在氩气气氛下升温至850℃，保温煅烧处理30min，静置冷却至室温，得改性泡沫铜颗粒。
取改性泡沫铜颗粒并将其破碎，过200目筛得过筛颗粒，按质量比1:10，将碳纳米纤维与过筛颗粒搅拌混合并研磨过500目筛，得复合基体颗粒；
按重量份数计，分别称量50份复合基体颗粒、15份2000目羰基铁粉、3份氧化硅、3份铬粉、3份氧化铝和2份石墨颗粒搅拌混合并研磨过500目筛，收集过筛混合颗粒并压坯成型，收集坯料并置于8MPa、1000℃下烧结2h，静置冷却至室温，即可制备得对照例铜基粉末冶金摩擦材料。
实施例6
与实施例1相比，实施例4未添加木质素，其他制备步骤和材料组分均与实施例1相同。
性能检测试验
分别对实施例1-6进行性能测试，具体测试铜基粉末冶金摩擦材料的密度、硬度、耐磨性能。
检测方法/试验方法
密度：用阿基米德排水法原理测试密度。
硬度:用维氏硬度计测量试样的硬度，载荷为100gf，加载时间为10s。
耐磨性能:使用MMX-3G型多功能摩擦磨损试验机测量材料的耐磨性能,用电子分析天平(型号为MettlerAG204)称量试样磨损前后的质量，计算试样的磨损量。
具体测试结果如下表表1所示：
表1性能对照表
Figure BDA0002630210000000101
对照例1-5
与实施例1相比，对照例1-5中将改性泡沫铜颗粒替换为比改性泡沫铜颗粒分量逐渐递增10％的的泡沫铜材料，其他制备步骤和材料组分均与实施例1相同。
对照例6-10
与实施例1相比，对照例6-10中将碳纳米纤维替换为比碳纳米纤维分量逐渐递增10％的玄武岩纤维，其他制备步骤和材料组分均与实施例1相同。
性能检测试验
分别对对比例1-10进行性能测试，具体测试铜基粉末冶金摩擦材料的密度、硬度、耐磨性能。
检测方法/试验方法
密度：用阿基米德排水法原理测试密度。
硬度:用维氏硬度计测量试样的硬度，载荷为100gf，加载时间为10s。
耐磨性能:使用MMX-3G型多功能摩擦磨损试验机测量材料的耐磨性能,用电子分析天平(型号为MettlerAG204)称量试样磨损前后的质量，计算试样的磨损量。
具体测试结果如下表表2所示：
表2性能对照表
Figure BDA0002630210000000111
由表1、表2技术性能指标可以看出，将实施例1与实施例4对比，由于实施例4采用的是铜粉代替泡沫铜材料，其摩擦性能显著下降，同时再将实施例与对比例1-5进行对比，泡沫铜材料再不改性的条件下，其性能大大降低，说明了选取泡沫铜、三氧化钼和硫粉为主要材料进行制备，由于在高温环境下，三氧化钼与硫粉混合反应并对泡沫铜材料表面以及其孔隙结构进行有效的渗透和沉积，使泡沫铜材料的孔隙内部也包覆有一层二硫化钼，由于二硫化钼材料和石墨属于非金属润滑剂，其在高温下的熔点非常高，具有良好的高温稳定性，将其有效包覆在孔隙内壁后，能防止在后续烧结过程中，孔隙坍塌造成材料结合性能不佳的问题的是可以实施例的。
由表1、表2性能指标对比中，将实施例1与实施例5进行对比，未通过三段预氧化改性的材料性能较差，说明了预氧化处理能有效改善材料的结合强度和性能。
将实施例1和实施例6进行对比，说明了通过木质素与聚丙烯腈混合纺丝，使最终形成的碳纤维材料结构均一稳定，同时整体纤维的取向性能优异，在后续的制备过程中，能提高复合材料的整体模量和性能，从而有效改善复合材料的机械强度和结合性能。
最后，通过将实施例1-3与对照例6-10进行对比，其性能显著下降，说明了本发明实施例通过碳纳米纤维有效贯穿并嵌合至泡沫铜孔隙内部，在最后的烧结过程中，在该孔隙内形成的穿插结构，使粉末冶金制备的摩擦材料内部，通过熔融形成的纤维形成良好的穿插和结合，进一步改善材料与材料之间的结合强度，通过纤维性的三维缠结构型，形成锚固缠结并提高粉末冶金摩擦材料的内应力，从而有效改善复合材料的摩擦强度和长效使用性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、以聚丙烯腈和木质素为碳源，与溶剂复合并静电纺丝处理，收集纺丝纤维并预氧化处理，收集预氧化纤维并炭化处理，得复合碳纤维；
S2、以泡沫铜为基体，三氧化钼与硫粉为改性材料进改性处理，并收集改性泡沫铜材料；
S3、将复合碳纤维与改性泡沫铜材料混合处理并收集复合基体颗粒；
S4、取复合基体颗粒、羰基铁粉、氧化硅、铬粉、氧化铝和石墨颗粒，粉末冶金并烧制成型，即可制备得所述铜基粉末冶金摩擦材料。
2.根据权利要求1所述的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述改性泡沫铜材料制备步骤为：
S21、分别称取泡沫铜、三氧化钼和硫粉置于管式气氛炉中，通氩气排除空气并加压处理；
S22、在氩气气氛下升温加热并保温沉积处理，静置冷却至室温，得改性泡沫铜颗粒。
3.根据权利要求2所述的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述氩气通入速率为25-30mL/min。
4.根据权利要求2所述的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述加压处理的压强为0.5-0.8MPa。
5.根据权利要求1所述的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述的静电纺丝处理包括：
S11、分别取N,N-二甲基甲酰胺、木质素和聚丙烯腈置于搅拌机中，搅拌混合并收集混合液；
S12、收集混合液并控制电场电压为15kV，接收距离为15-20cm，滚筒转速为2000-3000r/min，推速为1.2-2.0mL/h，进行静电纺丝处理并收集纺丝纤维。
6.根据权利要求1所述的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述的预氧化纤维制备步骤为：
S13、收集纺丝纤维并置于管式炉中，三段程序升温处理后，自然冷却至室温，收集预氧化纤维。
7.根据权利要求6所述的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述三段程序升温处理为：
第一段：控制第一段程序升温为按3℃/min升温至200℃，保温处理30min；
第二段：按2℃/min升温至250℃，继续保温处理30min；
第三段：按1℃/min升温至280℃，保温处理30min。
8.根据权利要求1所述的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述炭化处理温度为850-900℃。
9.根据权利要求1所述的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述混合处理为：取改性泡沫铜材料并破碎、过筛得过筛颗粒，将碳纳米纤维与过筛颗粒搅拌混合并置于1250-3000r/min下振动混合2-3h，随后研磨过筛，得复合基体颗粒。
10.根据权利要求1所述的铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述粉末冶金并烧制成型步骤为：
取复合基体颗粒、羰基铁粉、氧化硅、铬粉、氧化铝和石墨颗粒搅拌混合并研磨过筛，收集过筛混合颗粒并压坯成型，收集坯料并置于6～8MPa、950～1000℃下烧结1～2h。
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