一种铜合金基自润滑复合材料及其制备方法

摘要

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种铜合金基自润滑复合材料及其制备方法。该复合材料化学成分按质量百分比为：Ni9~10%、Sm₂O₃0.5~1%、MoS₂0.5~1%、Ag0~1%、CaF₂0~2%、Al₂O₃1~2%、W0~3%、镀镍石墨1~3%、镀铜碳纤维1.1~3.0%、造孔剂NH₄HCO₃0~2.8%、余量为ZQSn663锡青铜粉末。制备方法为：按上述成分混料，样品压制，烧结，热浸复合PTFE，烘干制备得复合材料。本发明方法能够环保、低成本利用粉末冶金烧结和复合热浸封孔技术相结合的方法制备具有高强度、高耐磨和自润滑性能的新型铜合金基复合自润滑材料。通过成分和技术调控，制备的复合自润滑材料的密度为4.71~6.54g/cm³，硬度为30~58HV，压溃强度99~222MPa，摩擦系数为0.15~0.06的铜合金基复合自润滑材料，从而满足不同工况条件下对摩擦轴套自润滑材料的需求。

主权项

一种铜合金基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）混料：用料筒在混料机上进行料粉的混合，混料机转速为300~400r/min，料筒中加入钢球和弹簧组成磨料，使磨料与冶金用复合粉末的体积比为7：1；其中冶金用复合粉末混料按以下步骤进行：（a）分别称取Ni、Sm₂O₃、MoS₂、Ag、CaF₂、Al₂O₃、W、镀镍石墨、镀铜碳纤维、造孔剂NH₄HCO₃和ZQSn663锡青铜粉末待用，称取量按质量百分比计为Ni 9~10%、Sm₂O₃0.5~1%、MoS₂0.5~1%、Ag 0~1%、CaF₂0~2%、Al₂O₃1~2%、W 0~3%、镀镍石墨1~3%、镀铜碳纤维1.1~3.0%、造孔剂NH₄HCO₃0~2.8%、ZQSn663锡青铜粉末73.7~81.5%；（b）将称取好的纳米Al₂O₃粉和ZQSn663锡青铜粉按质量比1:1湿混5~8h，形成中间合金粉末；（c）将称取好的W粉和ZQSn663锡青铜粉按质量比为1：1干混5~8h，形成中间合金粉末；（d）取步骤（b）的纳米Al₂O₃中间合金粉末和步骤（c）的W粉中间合金粉末，再加入称取好的Ni、Sm₂O₃、MoS₂、Ag、CaF₂、镀镍石墨和剩余的ZQSn663锡青铜粉末干混6~8h，待混合均匀成为压制样品用粉末；（e）取称取好的镀铜碳纤维，将其切割成长度为1~2mm的短碳纤维，用体积比为1：1的甘油和酒精配成溶液，用磁力搅拌器将碳纤维泡在溶液中搅拌5~8h，使碳纤维相互分散开来，然后用蒸馏水洗净；（f）将步骤（e）处理好的镀铜碳纤维与步骤（d）混合均匀的粉末放在容器中形成复合合金粉末，再加入质量为复合合金粉末质量0.5~1%的粘结剂硬脂酸锌，加入蒸馏水将其浸没，在电动搅拌器下搅拌8h，将搅拌好的粉末和镀铜碳纤维放在烘箱里，80℃烘干，然后将烘干后的复合粉末再放入球磨机中干混4~8h；（g）将称取好的造孔剂NH₄HCO₃加入步骤（f）制备的粉末中干混5~6h，成为冶金用复合粉末；（2）样品压制：根据粉末的松装密度和设定的烧结密度称料，样品在液压机上进行双向压制，压制过程中保证均匀、缓慢的进行加压和释压过程，然后达到预定压制压力563MPa后保压1min，以便气体能够顺利排出，同时保证粉末在型腔中充分填实；（3）样品的烧结：压制好的样品在管式炉氢气保护气氛下烧结，烧结氢气压力为0.7~0.8MPa，以3℃/min的升温速度加热到600℃后保温1h，然后以3℃/min的升温速度加热到940℃进行保温烧结4h，然后断电，在不断保护气氛的条件下，随炉水冷却到样品区温度低于200℃后样品出炉；（4）对烧结完成后的样品进行热浸复合PTFE：将水浴锅加热到50℃~70℃，再将烧结好的样品放在装有PTFE液体的烧杯中，将烧杯放入水浴锅中热浸1.5h，将热浸好的样品取出，放在烘干箱中120℃烘干制备得复合材料；若造孔剂添加量为0，则不需进行此步骤；所述的铜合金基自润滑复合材料的化学成分按质量百分比为：Ni 9~10%、Sm₂O₃0.5~1%、MoS₂0.5~1%、Ag 0~1%、CaF₂0~2%、Al₂O₃1~2%、W 0~3%、镀镍石墨1~3%、镀铜碳纤维1.1~3.0%、造孔剂NH₄HCO₃0~2.8%、ZQSn663锡青铜粉末73.7~81.5%，其密度为4.71~6.54g/cm³，硬度为30~58HV，压溃强度99~222MPa，摩擦系数为0.15~0.06；所述的镀铜碳纤维直径为1~2μm，长度为1~2mm；所述的ZQSn663锡青铜粉末的化学成分按质量百分比为Zn5~7%，Sn5~7%，Pb2~4%，余量为铜。