一种高耐磨/减摩锡青铜基复合材料制造技术

本发明专利技术是一种铜基复合材料，该材料含有（按重量）：０．２～４．５％多壁碳纳米管（ＣＮＴｓ）、０．１～１．３％ＴｉＢ＃－［２］、其余为含０．３５～１２．０％Ｓｎ的Ｃｕ－Ｓｎ合金。它具有优良的耐磨性、低的摩擦系数，较高的抗压和抗拉强度、合适的硬度，良好的导电性和导热性。可用于制造传动轴瓦，也可制造电气列车受电滑板和电接触触头。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铜基复合材料。
技术介绍
传统的C/Cu复合材料由于结合了碳纤维高的比强度和比模量，低的轴向热膨胀系数、良好的减摩耐磨和导热性能，已被用作滑动材料和电接触材料。但在真空等环境中，碳纤维的减摩性能急剧恶化。碳纳米管(CNTs)是由稳定的C-C共价键构成的一维纳米材料，具有超强的力学性能。理论研究表明多壁纳米碳管的平均杨氏模量为1.8TPa，平均弯曲强度高达14.2GPa；纳米碳管的拉伸强度是钢的100倍，比重仅钢的1/6，导热性与金刚石相仿而电导率可高于铜，因此被认为是制备超强复合材料的理想的极限增强材料。同时，多壁碳纳米管的结构为同心石墨面围成的中空圆柱体，具有优异的自润滑性能。因而，由多壁碳纳米管作为复合材料的增强体，还可显著地降低材料的摩擦系数，有效地提高其抗磨损性能。在相同的长径比下，由于多壁碳纳米管单体的体积远小于常规碳纤维，不但不会破坏基体的连续性，且可用较小的体积掺入量达到常规碳纤维增强复合材料的所具有的性能。日本东京大学的Kuzumaki等对热压和热挤制备的碳纳米管增强铝基复合材料的研究表明，碳纳米管在制备过程中没有被破坏，即使在983k温度下退火24h，碳纳米管与铝基体界面也没有发生化学反应，与纯铝相比，复合材料的机械性能得到了明显的提高。用化学稳定性良好的碳纳米管取代碳纤维制备复合材料，可以提高材料的环境稳定性。相对于其它陶瓷增强相，添加TiB2除了使Cu基复合材料具有较高的强度和硬度外，还能够保持良好的导电和导热性能，并使碳纳米管与TiB2协同增强的Cu基复合材料具有更优异的摩擦磨损性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有优良耐磨、减摩性能，抗张强度较高、弹性性能较好、热膨胀系数较低，良好的导电和导热性能，且加工方便的高耐磨/减摩锡青铜基复合材料。本专利技术提供的复合材料含有(按重量)0.2～4.5％多壁碳纳米管、0.1～1.3％TiB2、其余为含0.35～12.0％Sn的Cu-Sn合金。本专利技术的高耐磨/减摩锡青铜基复合材料以Cu-Sn合金粉、多壁碳纳米管、TiB2粉末为基本原料。其中多壁碳纳米管是以粒度为3～5nm的硅胶为载体、含Co的纳米催化剂在750℃温度C2H2∶N2＝1∶3流动气氛中采用催化热分解(CCVD)法制备而成，其直径在20～40nm，长径比在100～1000之间。通常，将所制备的多壁碳纳米管进行纯化、球磨和表面化学镀镍处理。按复合材料成分配料将平均粒径为70μm的Cu-Sn合金粉、镀镍碳纳米管和平均粒径为12μm的TiB2粉末超声振荡和机械混合。混合均匀的粉末在600～850MPa压力下压制成型，在750～850℃分解氨气氛中烧结，随炉降温制备成复合材料。本专利技术复合材料通过调整Cu合金基体中多壁碳纳米管、TiB2含量，以获得优良的耐磨和减摩性能。多壁碳纳米管经过球磨后长度变短，分散性提高。经过化学镀镍处理的多壁碳纳米管改善了与基体的润湿性，提高了界面结合强度。由于碳纳米管的良好的化学稳定性，不与Cu合金基体发生作用。分散性较好的高强度多壁碳纳米管分布于材料基体中而使复合材料获得高强度、高硬度和高耐磨性。同时由于多壁碳纳米管的自润滑作用，使复合材料还具有优良的减摩性能。添加TiB2颗粒使复合材料的强度、硬度和耐磨性进一步提高。多壁碳纳米管及TiB2本身具有良好的导电、导热性能，可使复合材料基体保持较高的导电率和热传导率。具体实施例方式2.热膨胀系数低。本专利技术材料的线膨胀系数(20～100℃)为12.7-13.3×10-6/℃，低于粉末冶金Cu-C复合材料的线膨胀系数(α20-100℃13.6×10-6/℃)、Cu-10Sn合金的线膨胀系数(α20-100℃15.9×10-6/℃)。3.抗压强度高。本专利技术材料的抗压强度为540MPa，高于粉末冶金Cu-C复合材料的抗压强度(390MPa)，与硬态Cu-10Sn合金的抗压强度相同。4.加工性能良好。本专利技术材料的过热敏感性低，不需固溶和时效处理，生产工艺易控制，产品性能稳定，成品率高。与Pb-Sn合金钎料钎焊性能良好，电镀(Ni、Sn、Ag)性能和与树脂封装性能良好。本专利技术铜基复合材料可用来制造可用于制造传动轴瓦，也可制造电气列车受电滑板和电接触触头。权利要求1.一种高耐磨/减摩锡青铜基复合材料，其特征是含有(按重量)0.2～4.5％多壁碳纳米管、0.1～1.3％TiB2、其余为含0.35～12.0％Sn的Cu-Sn合金。2.根据权利要求1所述的高耐磨明/减摩铜基复合材料，其特征是含有(按重量)2.1％多壁碳纳米管、0.3％TiB2、其余为含9.5％Sn的Cu-Sn合金。3.按权利要求1、2所述的高耐磨/减摩锡青铜基复合材料，其特征是所说的多壁碳纳米管是镀镍多壁碳纳米管。全文摘要本专利技术是一种铜基复合材料，该材料含有(按重量)0.2～4.5％多壁碳纳米管(CNTs)、0.1～1.3％TiB文档编号C22C9/02GK1425784SQ0311473公开日2003年6月25日 申请日期2003年1月3日 优先权日2003年1月3日专利技术者涂江平, 王浪云, 杨友志, 张孝彬 申请人:浙江大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高耐磨／减摩锡青铜基复合材料，其特征是含有（按重量）０．２～４．５％多壁碳纳米管、０．１～１．３％ＴｉＢ↓［２］、其余为含０．３５～１２．０％Ｓｎ的Ｃｕ－Ｓｎ合金。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：涂江平，王浪云，杨友志，张孝彬，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]