一种纳米碳增强的耐磨复合材料制造技术

本发明专利技术属于材料技术领域，具体涉及一种纳米碳增强的耐磨复合材料，其包括如下组分及质量百分比：金属粉55～99％，陶瓷粉0.1～35％，纳米碳0.01～15％。其中，金属粉作为复合材料基体；陶瓷粉作为耐磨填充材料；纳米碳包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管等材料，主要用于提高复合材料的导热性能、强度、韧性及耐磨等性能。本发明专利技术涉及的耐磨复合材料可在重载、高速、长时间制动条件下，保持稳定的摩擦系数和较低的磨损率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料
，尤其是涉及金属基耐磨材料领域，具体涉及一种纳米碳材料增强的耐磨复合材料。
技术介绍
耐磨材料，是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，耐磨材料约占85%。同时，耐磨材料是以车辆为代表的交通工具中最关键的安全零件之一，对制动效果的起决定性作用。现有的常规制动材料，如半金属基合成材料、铜基/铁基耐磨材料等，无论是摩擦系数和运行平稳性，还是导热性、耐磨性等方面均有较大的提升空间。碳纳米管，于1991年被日本科学家发现。管壁上每个碳原子间通过有“最强化学键”之称的sp2杂货轨道相结合。碳纳米管的抗拉强度达到50?200GPa，是钢的100倍，比常规石墨纤维高一个数量级;碳纳米管的比重只有钢的1/6;碳纳米管的导热系数约为6000W/(m.K)，与金刚石相当，是铜的14倍，氧化铝的160倍。现有技术中的耐磨材料通常是掺入石墨，但其材料的实际能达到的电阻率、抗压强度还有提升的空间。
技术实现思路
本专利技术要解决的现有技术是提供一种纳米碳增强的耐磨复合材料，通过在配方中引入纳米碳材料，达到导热性、强度、硬度和耐磨性明显提升的新型耐磨复合材料。为解决上述技术问题，本专利技术第一方面提供一种纳米碳增强的耐磨复合材料，其按质量百分比包括，金属粉55?99%，陶瓷粉0.1?35%，纳米碳0.01?15%。优选地，纳米碳增强的耐磨复合材料，其按质量百分比包括，金属粉60?99%，陶瓷粉0.1?35%，碳纳米管0.01?10%。优选地，纳米碳增强的耐磨复合材料，其按质量百分比包括，金属粉62?95%，陶瓷粉1?35%，碳纳米管0.1?8.0%。优选地，纳米碳增强的耐磨复合材料，其按质量百分比包括，金属粉65?95%，陶瓷粉4?35%，碳纳米管0.5?4.0%。优选地，纳米碳增强的耐磨复合材料，其按质量百分比包括，金属粉65?95%，陶瓷粉4?35%，碳纳米管0.5?3.0%。；更优选地，纳米碳增强的耐磨复合材料，其按质量百分比包括，金属粉63?95%，陶瓷粉4?35%，碳纳米管0.1?2.0%。本专利技术一优选技术方案中，所述的金属粉选自铜粉、铁粉、钛粉、镍粉、锡粉、锌粉、铝粉、锰粉、铬粉中的一种或几种混合;所述的金属粉优选选自铜粉、铁粉、锰粉、铬粉中的一种或其混合;所述的金属粉的粒径为0.1?500微米。本专利技术一优选技术方案中，所述的陶瓷粉选自碳化物、氮化物、硫化物、硼化物、氧化物中一种或两种以上的任意比例混合物，优选选自碳化物、氮化物、硫化物，所述的陶瓷粉的粒径为0.05?300微米。所述碳化物选自碳化硅、碳化硼等碳化物或其混合;所述氮化物选自氮化硅、氮化硼等氮化物或其混合;所述硫化物选自硫化锑、硫化钼等硫化物或其混合;所述硼化物选自硼化锆、硼化铝等硼化物或其混合;所述氧化物选自氧化铝，二氧化硅等氧化物或其混合。本专利技术一优选技术方案中，上述碳纳米管选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或两种的任意比例混合物，以粉末的形式加入，所述碳纳米管的外径为10?120纳米，长度1?10微米。本专利技术的第二方面提供一种纳米碳增强的耐磨复合材料的制备方法，其包括如下步骤:1)取碳纳米管、陶瓷粉，75°C_90°C烘干待用；2)在洁净的混合机中依次投入碳纳米管、金属粉，混合均匀后，再投入陶瓷粉继续混合至均匀；3)从混合均匀的粉料中取适量放入圆片状成型模具中，并通过常温冷压成型方式压制成生坯；4)将冷压成型的生坯放入烧结炉中，在惰性保护气氛下进行烧结，烧结过程中，在垂直方向持续施加压力，并保持到烧结后冷却结束；5)烧结完成后材料在保护气氛和持续压力作用下随炉自然冷却，烧结炉温度降至100°C以下后，开炉，卸压，取料。本专利技术提供的耐磨复合材料，通过以金属粉末为基体;配方中陶瓷粉作为耐磨填充材料，用于提高金属基体的摩擦系数;纳米碳主要用于提高复合材料的导热性能、强度、韧性及耐磨性能。本专利技术在金属与陶瓷复合的基体材料中引入碳纳米管，在基体中形成三维导热网络结构。在复合材料的成型过程中，一方面，碳纳米管可提高复合材料整体温度的均匀性，减少成型过程产生的残余应力，降低残余应力对材料屈服极限、疲劳寿命、抗变形性能等方面的影响，延长使用寿命；另一方面，碳纳米管对于金属的变形可起到钉扎位错的作用，同时碳纳米管表面大量的结构缺陷可作为晶核存在，从而阻止在烧结过程形成大尺寸晶粒，即通过晶粒细化作用，提高基体材料的强度、韧性、耐磨性等性能。在复合材料的使用过程中，碳纳米管可提尚材料导热性能，有效提尚耐磨材料的整体温度均匀性，并降低其表面温度，达到升热、不升温的效果。从而使耐磨材料在各种使用环境，尤其在重载、高速、长时间制动时，仍能输出稳定的摩擦系数，同时降低磨损，延长使用寿命。【附图说明】图1为本专利技术实施例1制备碳纳米管增强铜基耐磨材料所用的多壁碳纳米管图2为本专利技术实施例1制备碳纳米管增强铜基耐磨材料的原料混合效果图3为本专利技术实施例1制备碳纳米管增强铜基耐磨材料的碳纳米管CNT含量与材料摩擦系数、磨损率、硬度的关系。【具体实施方式】以下结合附图描述本专利技术【具体实施方式】。实施例1本实施例中涉及的纳米碳增强的耐磨复合材料，其成分包括:铜基体，粒径为5?10微米；陶瓷粉为碳化娃和二硫化钼，粒径为300纳米为到3微米；纳米碳选择多壁碳纳米管，其外径为50?80纳米，长度为3?5微米。复合材料配方按重量比计，包括铜粉75%、碳化硅10%、二硫化钼12%、碳纳米管3%。为对比CNT应用效果，本实施例用相同重量的1000目片状石墨粉(粒径约13um)，替代碳纳米管，在相同条件下制备对比样品。具体制备方法如下:1)将碳纳米管、碳化硅、二硫化钼等组分的粉料在85°C烘干，待用；[当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米碳增强的耐磨复合材料，其特征在于，其包括如下组分及质量百分比：金属粉55～99％，陶瓷粉0.1～35％，碳纳米管0.01～15％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖伟，李红，董明，
申请(专利权)人：苏州第一元素纳米技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32