制备自润滑轴承用多孔金属陶瓷基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种制备自润滑轴承用多孔金属陶瓷基复合材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：S1、将陶瓷基复合粉体与水球磨混合，得到混合浆料；S2、向混合浆料中加入粘结剂、造孔剂，高速机械搅拌后转入模具中成型，将成型坯体加热、真空冷冻干燥，得到烧结前驱体；S3、将烧结前驱体升温至600～800℃；然后升温至1300～1700℃，于水中浸渍干燥，得到多孔陶瓷基体；S4、将多孔陶瓷基体、Cu‑Ag‑Sn润滑合金依次放入模具中，升温至700～800℃；然后交替抽真空‑加压，使Cu‑Ag‑Sn润滑合金熔渗到多孔陶瓷基体的连通孔隙中，得到一种机械强度高、且耐磨性能好的多孔金属陶瓷基复合材料，解决碳化硅难以均匀分散且润湿性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
制备自润滑轴承用多孔金属陶瓷基复合材料及其制备方法
本专利技术属于金属陶瓷复合材料制备
，具体涉及一种制备自润滑轴承用多孔金属陶瓷基复合材料及其制备方法。
技术介绍
在轴承制备工艺中，通常采用机械强度高、摩擦性能好的自润滑金属陶瓷复合材料来制备。自润滑金属陶瓷复合材料中包含有固体润滑相和多孔烧结体，其制备方法有两种：一是将固体润滑相组元添加到多孔烧结体的冶金粉末中进行混合烧结，形成一类复合材料；在烧结过程中，固体润滑相组元容易发生氧化和烧损，导致其润滑性的部分丧失，从而影响其摩擦性能。二是将固体润滑相浸渗到多孔烧结体中，形成另一类复合材料；在浸渗过程中，固体润滑相组元由于与多孔烧结体之间存在润湿性差的问题，导致固体润滑相分布不均匀，且容易导致复合材料烧结形成困难，进而影响复合材料的机械性能和耐磨性能。另外，碳化硅作为高强度的耐磨材料，具有较高的硬度和导热性能，将其应用到陶瓷基复合材料中能够显著提高材料的弯曲强度和使用温度，耐磨性能也将得到很大的改善。但是，碳化硅很难均匀分散到陶瓷基体中，且与金属润滑相组元的润湿性不是很好，这将导致复合材料的机械性能受到很大的影响。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供适合用于制备自润滑轴承的机械强度高、且耐磨性能好的多孔金属陶瓷基复合材料及其制备方法，该方法通过将混合浆料与粘合剂、造孔剂高速混合，并通过加热和真空冷冻的方式提高多孔陶瓷基体的开口气孔率，并通过梯度升温烧结，使多孔陶瓷基体的结构烧结稳定，然后将熔融的固体Cu-Ag-Sn润滑合金液熔渗到多孔的陶瓷预制件中，形成硬质基体与软质润滑相相互贯通的复合材料，解决了现有技术中碳化硅难以均匀分散且与金属润滑相组元润湿性差的问题。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。一种制备自润滑轴承用多孔金属陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将陶瓷基复合粉体与水在室温下球磨混合3～8h，得到混合浆料；S2、向S1的混合浆料中加入一定量的粘结剂、造孔剂，并以一定的转速机械搅拌10～30min，混合均匀后转入模具中成型，将成型坯体于60～80℃下加热1～1.5h，然后于-10～-15℃下真空冷冻干燥6～8h，得到烧结前驱体；S3、将S2的烧结前驱体在保护气氛下以5℃/min升温至600～800℃，保温3～8h；然后以5～10℃/min升温至1300～1700℃，保温1～3h，冷却至室温，再于水中浸渍18～24h，干燥，得到多孔陶瓷基体；S4、将S3的多孔陶瓷基体、Cu-Ag-Sn润滑合金依次放入模具中，并转入真空电阻炉中，在保护气氛下，以10℃/min升温至700～800℃，保温1～3min；然后交替抽真空-加压1～3次，使Cu-Ag-Sn润滑合金熔渗到多孔陶瓷基体的连通孔隙中，得到多孔金属陶瓷基复合材料。进一步，S1中，所述陶瓷基复合粉体以重量百分比计包括以下原料组分：碳化硅粉87％～95％、碳化硼粉0.8％～1.5％、氧化铝粉1.5％～4.5％、二氧化硅粉2.7％～8.0％。进一步，S1中，水的加入量占陶瓷基复合粉体重量的3％～10％。进一步，S2中，混合浆料、粘结剂、造孔剂的质量比为3：3.2～3.5：0.5～0.8。进一步，S2中，所述粘结剂为7.0wt％～8.5wt％的PVA或PVB水溶液。进一步，S2中，所述造孔剂为双氧水、水溶性无机盐或者两者的混合，所述水溶性无机盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、氯化钠、氯化钾、氯化钙中的任意一种。进一步，S2中，机械搅拌的转速为750～850r/min。进一步，S3中，干燥温度为100～120℃，干燥时间为6～12h；S3、S4中，所述保护气氛为氮气或者氩气。进一步，S4中，所述Cu-Ag-Sn润滑合金的元素组成，以质量百分比计，包括：Cu20％～30％、Ag30％～40％、Sn35％～45％。一种制备自润滑轴承用多孔金属陶瓷基复合材料，该多孔金属陶瓷基复合材料在室温时的抗弯强度均高于0.85GPa，其中，多孔陶瓷基体的开口气孔率为72％～78.4％。本专利技术的有益效果：1、本专利技术的方法通过将混合浆料与粘合剂、造孔剂高速搅拌混合，高温烧结后得到多孔的陶瓷预制件，并将熔融的固体Cu-Ag-Sn润滑合金液熔渗到多孔的陶瓷预制件中，形成硬质基体与软质润滑相相互贯通的，适合用于制备轴承的机械强度高、且耐磨性能好的自润滑多孔金属陶瓷复合材料，解决了现有技术中碳化硅难以均匀分散且与金属润滑相组元润湿性差的问题。2、本专利技术的方法将造孔剂与陶瓷基复合粉体一起研磨，并经过成型、煅烧后浸泡于水中，形成三维网格的多孔碳化硅陶瓷基体，气孔率达到72％～78.4％。3、本专利技术得到的多孔金属陶瓷基复合材料具有较强的抗弯强度和抗压强度，且具有良好的摩擦磨损性能；室温时的抗弯强度均高于0.85GPa，抗压强度均高于1.16GPa。附图说明图1为本专利技术的制备工艺流程图。图2为不同浓度的PVA水溶液与实施例1-4及比较例1-5的多孔陶瓷基体的气孔率的影响关系曲线。图3为实施例1-4及比较例1-5的多孔陶瓷基体的气孔率对其抗弯强度的影响关系曲线。图4为实施例1-4及比较例1-5的多孔陶瓷基体的气孔率对多孔金属陶瓷基复合材料的抗弯强度的影响关系曲线。图5为实施例1-4及比较例1-5的多孔陶瓷基体的气孔率对多孔金属陶瓷基复合材料的抗压强度的影响关系曲线。图6为实施例1-4及比较例1-6的多孔陶瓷基体的气孔率对多孔金属陶瓷基复合材料的摩擦系数的影响关系曲线。图7为实施例1-4及比较例1-6的多孔金属陶瓷基复合材料的磨损量的柱形图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下述各实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。实施例1一种制备自润滑轴承用多孔金属陶瓷基复合材料的制备方法，具体制备工艺流程图如图1所示，该方法包括以下步骤：S1、多孔陶瓷基体的制备S1.1、将陶瓷基复合粉体与水在室温下球磨混合6h，得到混合浆料；其中，陶瓷基复合粉体以重量百分比计包括以下原料组分：碳化硅粉90％、碳化硼粉1.0％、氧化铝粉3.6％、二氧化硅粉5.4％。水的加入量占陶瓷基复合粉体重量的4.5％。S1.2、向S1.1的混合浆料中加入一定量的粘结剂、造孔剂，并以800r/min的转速机械搅拌25min，混合均匀后转入模具中成型，将成型坯体于75℃下加热1.2h，然后于-15℃下真空冷冻干燥7h，得到烧结前驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备自润滑轴承用多孔金属陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将陶瓷基复合粉体与水在室温下球磨混合3～8h，得到混合浆料；/nS2、向S1的混合浆料中加入一定量的粘结剂、造孔剂，并以一定的转速机械搅拌10～30min，混合均匀后转入模具中成型，将成型坯体于60～80℃下加热1～1.5h，然后于-10～-15℃下真空冷冻干燥6～8h，得到烧结前驱体；/nS3、将S2的烧结前驱体在保护气氛下以5℃/min升温至600～800℃，保温3～8h；然后以5～10℃/min升温至1300～1700℃，保温1～3h，冷却至室温，再于水中浸渍18～24h，干燥，得到多孔陶瓷基体；/nS4、将S3的多孔陶瓷基体、Cu-Ag-Sn润滑合金依次放入模具中，并转入真空电阻炉中，在保护气氛下，以10℃/min升温至700～800℃，保温1～3min；然后交替抽真空-加压1～3次，使Cu-Ag-Sn润滑合金熔渗到多孔陶瓷基体的连通孔隙中，得到多孔金属陶瓷基复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备自润滑轴承用多孔金属陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将陶瓷基复合粉体与水在室温下球磨混合3～8h，得到混合浆料；
S2、向S1的混合浆料中加入一定量的粘结剂、造孔剂，并以一定的转速机械搅拌10～30min，混合均匀后转入模具中成型，将成型坯体于60～80℃下加热1～1.5h，然后于-10～-15℃下真空冷冻干燥6～8h，得到烧结前驱体；
S3、将S2的烧结前驱体在保护气氛下以5℃/min升温至600～800℃，保温3～8h；然后以5～10℃/min升温至1300～1700℃，保温1～3h，冷却至室温，再于水中浸渍18～24h，干燥，得到多孔陶瓷基体；
S4、将S3的多孔陶瓷基体、Cu-Ag-Sn润滑合金依次放入模具中，并转入真空电阻炉中，在保护气氛下，以10℃/min升温至700～800℃，保温1～3min；然后交替抽真空-加压1～3次，使Cu-Ag-Sn润滑合金熔渗到多孔陶瓷基体的连通孔隙中，得到多孔金属陶瓷基复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备自润滑轴承用多孔金属陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，S1中，所述陶瓷基复合粉体以重量百分比计包括以下原料组分：碳化硅粉87％～95％、碳化硼粉0.8％～1.5％、氧化铝粉1.5％～4.5％、二氧化硅粉2.7％～8.0％。


3.根据权利要求1所述的制备自润滑轴承用多孔金属陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，S1中，水的加入量占陶瓷基复合粉体重量的3％～10％。


4.根据权利要求1所述的制备自润滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：许春霞，胡瑞，杨丽君，熊吉，熊乐，熊震，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：发明
国别省市：江西;36