一种可在室温~500℃使用的铜基自润滑复合材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术具体涉及一种可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料及其制备方法、应用，属于铜基自润滑复合材料制备技术领域。本发明专利技术的铜基自润滑复合材料，由以下重量百分数的组分组成：Ni 4～15％、Sn 4～6％、Si 0.05～0.5％、Al 0.03～0.5％、石墨烯0.5～3％、LaF

A copper based self-lubricating composite that can be used at room temperature ~ 500 \u2103 and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料及其制备方法、应用
本专利技术涉及一种可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料及其制备方法、应用，属于铜基自润滑复合材料制备

技术介绍
金属基自润滑复合材料可以应用于航空发动机活门轴承及高比压轴承、设备的浮动或半浮动轴承、武器调整装置用轴承等领域，但是常规的金属基自润滑复合材料制作的轴承、轴瓦、滑板等零部件会出现易磨损、寿命短和可靠性低、润滑性差等问题。在研制金属基自润滑复合材料的过程中，金属及其合金中加入石墨、二硫属化合物、氧化物、氟化物及盐类等一种或几种复合的固体润滑剂虽然可以改善金属及其合金的摩擦学特性，但会不同程度损伤金属或其合金的强度。石墨烯是一种由碳六元环组成的二维周期蜂窝状晶体结构。近年来研究表明，石墨烯具有超高强度、优异的导电性和导热性、良好的柔韧性和结构稳定性，且化学性质类似于石墨，具有石墨的润滑特性。现有技术中，申请公布号为CN105689722A的中国专利技术专利申请公开了一种铜基含油轴承材料及其制备方法，其主要方法是将以下质量分数的合金粉末：5～12％的石墨烯负载镍粉、6～15％的锡粉、0.1～0.5％的油酸作为分散剂，余量为铜粉，进行球磨；然后在压力为200～300MPa的液压机上进行压制成型；再在氢气气氛下烧结、冷却；最后采用油轴承专用润滑油在真空条件下完全浸润冷却出炉的轴承毛坯，最后经过模具进行整形。该方法得到的铜基含油轴承材料提高了含油轴承的耐磨性及导热性能，但是该方法含有浸油步骤，操作复杂。r>现有技术中，授权公告号为CN105671357B的中国专利技术专利公开了一种铜基受电弓滑板材料及其制备方法，其主要方法是将质量百分数为40～50％的石墨烯负载铜复合粉，5～7％的锡粉，余量为基体纯铜粉，将上述原料混合均匀，混料时间为5～7小时，将混合好的料放入热压机中，在温度为900℃～1000℃，压力为30～80MPa下进行热压，保压时间为30～60min，即得。该方法提高了滑板的润滑性和耐磨性，但是制备方法中有热压操作，步骤也相对繁琐。现有技术中，申请公布号为CN103849794A的中国专利技术专利申请公开了一种环保自润滑耐磨铜合金及其制备方法，该环保自润滑耐磨铜合金的组分及质量百分含量为Sn5～13％、Ni和/或Co2～9％、Bi2～10％、Zr0.05～0.3％、RE0.05～0.5％，余量为铜和不可避免的杂质。该组分制得的铜合金材料具有环保、合金铸态组织细小均匀、密度高硬度大等特点。但是，现有技术中公开的金属基自润滑复合材料并不确定是否适合在高温条件下使用，并且制得的材料强度和润滑性也不足以满足现在的需求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料。该铜基自润滑复合材料在常温到500℃的温度下具有强度大、耐磨损、自润滑性好的特点。本专利技术还提供一种上述可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料的制备方法。通过该方法制得的铜基自润滑复合材料在常温到500℃环境下具有高硬度、高强度、低摩擦、耐磨损及自润滑性好的优势。本专利技术还提供了一种上述可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料在滑动轴承、受电弓或滚动轴承保持架中的应用。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料，由以下重量百分数的组分组成：Ni4～15％、Sn4～6％、Si0.05～0.5％、Al0.03～0.5％、石墨烯0.5～3％、LaF30.05～0.5％，余量为Cu。优选的，上述可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料由以下重量百分数的组分组成：Ni4～15％、Sn4～6％、Si0.05～0.5％、Al0.05～0.3％、石墨烯0.8～1.5％、LaF30.05～0.4％，余量为Cu。该铜基自润滑复合材料中，Cu、Ni以及Sn三种元素形成Cu-Ni-Sn合金基体，同时加入能够提高时效硬化效果或机械性能的微量元素Al、Si和加入石墨烯、LaF3组成的润滑相。Si元素的加入与Ni相结合，形成的Ni2Si、Ni3Si抑制了不连续沉淀相的形成，细化了Cu-Ni-Sn合金基体的晶粒，从而提高了复合材料基体的硬度；Al的加入起到了固溶强化和细化晶粒效应，提高了Cu-Ni-Sn合金的屈服强度；石墨烯和LaF3作为润滑剂，在室温下石墨烯起主要润滑作用；在中温时(100～400℃)，因温度升高，摩擦表面由于摩擦化学反应和或高温氧化形成的金属氧化物和软化的金属及石墨烯的混合物起润滑作用；在高温(500℃左右)时，石墨烯与摩擦表面形成的金属氧化物、软化的金属和LaF3的混合物起润滑作用。本专利技术的铜基自润滑复合材料在常温至500℃的温度下均具有优异高强度、低摩擦、耐磨损及良好的自润滑特性。本专利技术的铜基自润滑复合材料，在合金(Cu-Ni-Sn)中加入一定量的微量元素Al和Si，生成了硬质相和/或细化了晶粒进而提高了复合材料的强度，此外，石墨烯是二维片层状蜂窝晶体结构，类似于纳米级有规则的网状纤维织物，其与Cu-Ni-Sn基体在烧结合金化过程中溶渗、粘结，增强了基体强度。在摩擦过程中，石墨烯的剥层转移性、良好的附着性和柔韧性，在对偶材料表面形成了附着牢固的石墨烯为主的复合润滑膜。加入具有润滑作用的石墨烯、LaF3，在保证了复合材料强度大的同时，提升了高温条件下的耐磨润滑性能，适用于常温到500℃的环境中。本专利技术的铜基自润滑复合材料可应用于滑动轴承、受电弓或滚动轴承保持架中。一种上述可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将Cu、Sn、Ni、Al、Si、石墨烯和LaF3按比例混合、球磨得物料；(2)将球磨后的物料进行冷压成型，得毛坯；(3)将毛坯在还原气氛中于870～950℃下保温60～90分钟，冷却，得制品；(4)将步骤(3)所得制品进行时效处理，所述时效处理是将步骤(3)中所得制品在还原气氛中于350～400℃下保温180～260分钟，冷却，即得。该制备方法简单，制得的铜基自润滑复合材料在常温及高温条件下均具有优异的高强度、低摩擦、耐磨损及良好的自润滑特性。此外，经烧结后的该铜基自润滑复合材料或由其制造的产品毛坯，在一定时间和温度下进行时效处理时，复合材料的组织结构中发生调幅分解而产生了微小交替的调幅组织，进一步提高了复合材料自身的硬度和强度。本专利技术的铜基自润滑复合材料的制备方法中，所用还原气氛能够防止各原料被氧化。优选的，还原气氛为氢气气氛或者含氢气氛。其中含氢气氛由氢气与惰性气体的混合气体组成。优选的，还原气氛为氢气气氛。本专利技术的铜基自润滑复合材料的制备方法中，步骤(4)中的冷却为随炉自然冷却。冷却过程同样在还原气氛下进行。所述Cu、Sn、Ni、Al均为电解粉或还原粉。所述Cu、Sn、Ni、Al、Si、石墨烯和LaF3的纯度均大于99.5％。各组分的纯度大于99.5％可以使制得的铜基自润滑复合材料综合性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料，其特征在于：由以下重量百分数的组分组成：Ni 4～15％、Sn 4～6％、Si 0.05～0.5％、Al 0.03～0.5％、石墨烯0.5～3％、LaF

【技术特征摘要】
1.一种可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料，其特征在于：由以下重量百分数的组分组成：Ni4～15％、Sn4～6％、Si0.05～0.5％、Al0.03～0.5％、石墨烯0.5～3％、LaF30.05～0.5％，余量为Cu。


2.一种如权利要求1所述的可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将Cu、Sn、Ni、Al、Si、石墨烯和LaF3按比例混合、球磨得物料；
(2)将球磨后的物料进行冷压成型，得毛坯；
(3)将毛坯在还原气氛中于870～950℃下保温60～90分钟，冷却，得制品；
(4)将步骤(3)所得制品进行时效处理，所述时效处理是将步骤3)中所得制品在还原气氛中于350～400℃下保温180～260分钟，冷却，即得。


3.根据权利要求2所述的可在室温～500℃使用的铜基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于：所述Cu、Sn、Ni、Al均为电解粉或还原粉。


4.根据权利要求2所述的可在室温～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珍，杜三明，王小超，贺智涛，刘琦，
申请(专利权)人：兰州文理学院，河南科技大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62