一种碳纤维增强的铜基复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种碳纤维增强的铜基复合材料的制备方法，包括如下的步骤：步骤一、称取配料进行球磨混合，混合时间为3小时；得到混合料；所述碳纤维表面包覆有镍层；所述石墨粉粒径为50um，并且所述的石墨粉经过化学镀技术处理表面镀有铜层；步骤二、将所述步骤一制备的混合料在700Mpa的压力下压制；得到毛坯；步骤三、将所述步骤二制备的毛坯进行二期烧结，得到烧结后的合金块；步骤四、将所述步骤三处理后的合金块进行热处理；得到本发明所述的碳纤维增强的铜基复合材料。本发明制备的铜基复合材料不仅具有优良的自润滑性能，而且耐磨性能和力学性能特别优秀。

主权项

一种碳纤维增强的铜基复合材料的制备方法，其特征在于，依次包括如下的步骤：步骤一、称取以下重量份数的配料：10份的石墨粉，10份的碳纳米管，2.5份的碳纤维，1.2份的镍粉、1.5份的Fe粉和200份的铜粉；所述镍粉粉末粒度为150～200目，所述Fe粉粉末粒度为250～300目，所述铜粉粉末粒度为150～200目；再加入3重量份的润滑剂进行球磨混合，混合时间为3小时；得到混合料；所述碳纤维表面包覆有镍层；所述石墨粉粒径为50um，并且所述的石墨粉经过化学镀技术处理表面镀有铜层；步骤二、将所述步骤一制备的混合料在700MPa的压力下压制；得到毛坯；步骤三、将所述步骤二制备的毛坯进行二期烧结，所述二期烧结包括前期烧结和后期烧结：前期烧结为真空烧结，先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度在0.1Pa以下，然后对炉内进行加热，在温度为900℃下保温0.5小时；后期烧结为氩气气氛烧结，充入氩气，使压强达到20MPa，在温度850℃保温0.5小时；得到烧结后的合金块；步骤四、将所述步骤三处理后的合金块进行热处理；得到本发明所述的碳纤维增强的铜基复合材料；其中，所述热处理工艺依次包括：等温淬火、高频淬火和回火；所述等温淬火工艺为：加热至850～880℃保温10～30min，然后在500～480℃等温处理3～4h，水冷；所述高频淬火工艺为：温度为900～1000℃，加热速度为300～500℃/s；加热时间3～5s，同时加热淬火，急速冷却；所述回火工艺为：在100～180℃，保温60～120min；其中，所述步骤一中，采用化学镀技术使所述碳纤维表面包覆镍层，并且所述碳纤维化学镀的具体步骤为：步骤A预处理：将碳纤维置于马弗炉中进行高温灼烧，在300℃的温度下灼烧30min进行表面去胶，将去胶后的碳纤维置于10％NaOH溶液中，室温搅拌15min进行表面除油，用去离子水反复清洗至中性，在80℃温度下干燥至恒重；进行粗化处理，将除油后的碳纤维置于粗化液中，30℃温度条件下电磁搅拌30min；粗化液组成为：每升粗化液含200g的(NH₄)₂S₂O₈、和密度为1.84g/cm³的H₂SO₄；粗化后用去离子水洗至中性，在100℃温度下干燥至恒重；步骤B化学镀:配置化学镀液：化学镀液由六水合硫酸镍0.2mol/L，柠檬酸钠0.1mol/L，氯化铵0.05mol/L、次亚磷酸钠0.283mol/L以及去离子水组成，用氨水调节化学镀液pH为9；将步骤A预处理后的碳纤维置于化学镀液中，同时加入5g的微米级铁粉，调节温度至60℃，中速搅拌120min；取出反应后的碳纤维置于80℃的真空干燥箱中干燥10h,得到包覆金属镍层的碳纤维；其中预处理后的碳纤维质量与化学镀液的体积之比1g：2000mL。