一种通过石墨片取向调控铜—石墨复合材料摩擦系数的方法技术

一种通过石墨片取向调控铜—石墨复合材料摩擦系数的方法，采用天然石墨片、微量合金元素铬、锡和超细铜粉，通过热压过程使石墨片定向排列，获得具有层状组织的烧结体，该烧结体经过特定角度精细切割加工即可获得石墨片与接触面之间具有特定角度的铜—石墨复合材料，通过改变石墨片与滑动面之间的夹角摩擦接触面上复合材料的力学和物理特性将发生变化，包括摩擦系数、磨损率和电导率，该复合材料具有低的摩擦系数、小的磨损率和良好的导电性，可有效缓解片层石墨润滑和导电性之间的拮抗现象。拮抗现象。

【技术实现步骤摘要】
一种通过石墨片取向调控铜
—
石墨复合材料摩擦系数的方法


[0001]本专利技术涉及摩擦复合材料领域，特别涉及一种通过石墨片取向调控铜—石墨复合材料摩擦系数的方法。

技术介绍

[0002]受电弓滑板作为电力机车的关键部件，要求其与导线在滑动接触中为机车输送稳定电流。因此受电弓滑板材料需要兼具良好的导电性、耐磨性、高的机械强度和低的摩擦系数等。常规受电弓滑板材料主要包括：铜基粉末冶金滑板、纯碳滑板、浸金属碳滑板，其均存在一些不足。铜基粉末冶金滑板硬度高，强度、导电性、耐磨性好，但含有的硬质成分常常对接触网导线产生较为严重的磨耗，铜含量较高时会增加黏着磨损和熔焊发生的倾向；纯碳滑板与接触网导线润滑接触良好，但强度低、易断裂；浸渍金属碳滑板可以改善滑板致密度，减小接触电阻、提高滑板强度，但受前期烧结碳材料中孔洞分布的影响，常导致浸渍金属工艺复杂，难度、成本增加。此外，浸金属碳滑板材料为了促进烧结碳材料堆垛成型和后期的金属浸渍，其碳材料为人造石墨颗粒。一方面，人造石墨颗粒的石墨化程度较低，不利于复合材料导电性能的充分发挥；另一方面，人造石墨颗粒脆性大、孔隙率高、研磨作用强、润滑性低，常常导致高的磨损率和摩擦波动。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种通过石墨片取向调控铜—石墨复合材料摩擦系数的方法，采用天然石墨片、微量合金元素铬、锡和超细铜粉，通过热压过程使石墨片定向排列，获得具有层状组织的烧结体，该烧结体经过特定角度精细切割加工即可获得石墨片与接触面之间具有特定角度的铜—石墨复合材料，该复合材料具有低的摩擦系数、小的磨损率和良好的导电性，可有效缓解片层石墨润滑和导电性之间的拮抗现象。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0005]一种通过石墨片取向调控铜—石墨复合材料摩擦系数的方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：将石墨片置于0.2
–
0.6mol/L的稀盐酸中，并于60
–
80℃恒温水浴中搅拌2
–
40min，离心清洗至中性后，在真空烘箱中干燥20
–
40h；
[0007]步骤2：按体积百分比称取步骤1处理过的石墨片50
‑
70％，铜粉30
‑
50％，1
‑
5％的铬粉，2
‑
10％的锡粉，将混合粉末置于滚筒式混料机内，混合4
‑
6h；
[0008]步骤3：将步骤2中的混合粉末装入石墨模具内，预压成型，压制力为15
‑
30MPa，保压30
‑
60s，随后将生坯置于烧结炉内，以8
‑
10℃/min的速率升温至900
‑
1000℃，在10
‑
15MPa压力下进行热压烧结，保温1
‑
3h后随炉冷却，得到具有取向性石墨的层状烧结体；
[0009]步骤4：对步骤3中具有取向性石墨的层状烧结体进行特定角度下的切割，从而获得石墨片与切割的滑动接触面之间具有特定夹角的铜—石墨复合材料，
[0010]所述石墨片直径300
‑
500μm，厚10
‑
20μm；铬粉粒度<10μm，锡粉粒度≤1μm，铜粉粒
度<5μm。
[0011]本专利技术的优点：
[0012](1)、本专利技术的复合材料中铜为基体，亦是粘结剂，其导电、导热性良好；片状石墨为轻质导电润滑相，具有各向异性；合金元素铬、锡起到增强基体耐磨、耐蚀，改善Cu/石墨界面润湿，促进致密化烧结的作用。通过热压烧结，片状石墨在与热压垂直的方向上将发生定向排列，形成具有取向性的层状组织，特定角度下的精细切割可以改变石墨片与滑动面之间的夹角(即石墨在滑动面上的取向)。实验结果表明：夹角为之间的夹角(即石墨在滑动面上的取向)。实验结果表明：夹角为的该复合材料，具有低的摩擦系数、小的磨损率和良好的导电性。
[0013]制备的片层结构复合材料继承了石墨片本身的各向异性，通过改变石墨片与滑动面之间的夹角摩擦接触面上复合材料的力学和物理特性将发生变化，包括摩擦系数、磨损率和电导率。实验中验证的最佳综合特性在夹角为处。
附图说明
[0014]图1中的(a)是取向性石墨片与滑动接触面之间具有特定角度的铜
–
石墨复合材料制备示意图；图1中的(b)角度为时的接触面摩擦过程示意图。
[0015]图2是本专利技术制备的不同角度对应的摩擦面组织形貌；图2(a)是图2(b)是图2(c)是图2(d)是
[0016]图3是理论计算中片层石墨力学性能在极坐标系中随夹角的变化，图3中的(a)是弹性模量E，图3中的(b)是泊松比ν。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本专利技术做详细叙述。
[0018]一种通过石墨片取向调控铜—石墨复合材料摩擦系数的方法，包括如下步骤：
[0019]步骤1：将石墨片置于0.2
–
0.6mol/L的稀盐酸中，并于60
–
80℃恒温水浴中搅拌2
–
40min，离心清洗至中性后，在真空烘箱中干燥20
–
40h；
[0020]步骤2：按体积百分比称取步骤1处理过的石墨片50
‑
70％，铜粉30
‑
50％，1
‑
5％的铬粉，2
‑
10％的锡粉，将混合粉末置于滚筒式混料机内，混合4
‑
6h；
[0021]步骤3：将步骤2中的混合粉末取适量装入石墨模具内，预压成型，压制力为15
‑
30MPa，保压30
‑
60s，随后将生坯置于烧结炉内，以8
‑
10℃/min的速率升温至900
‑
1000℃，在10
‑
15MPa压力下进行热压烧结，保温1
‑
3h后随炉冷却，得到具有取向性石墨的层状烧结体；
[0022]步骤4：对步骤3中具有取向性石墨的层状烧结体进行特定角度下的精细切割，从而获得石墨片与滑动接触面之间具有特定夹角而获得石墨片与滑动接触面之间具有特定夹角的铜—石墨复合材料。
[0023]所述的石墨片直径300
‑
500μm，厚10
‑
20μm；铬粉粒度<10μm，锡粉粒度≤1μm，铜粉粒度<5μm。
[0024]采用上述步骤制备得到的摩擦材料在CFT
‑
I型多功能材料表面性能综合测试仪上进行，采用球—盘式往复干摩擦体系，磨球材料为H62黄铜，对磨盘为所制备的石墨片取向
不同的铜—石墨复合材料，滑动摩擦速度为0.08m/s，正压力为10N。用ASTM
‑
E10...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过石墨片取向调控铜—石墨复合材料摩擦系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将石墨片置于0.2
–
0.6mol/L的稀盐酸中，并于60
–
80℃恒温水浴中搅拌2
–
40min，离心清洗至中性后，在真空烘箱中干燥20
–
40h；步骤2：按体积百分比称取步骤1处理过的石墨片50
‑
70％，铜粉30
‑
50％，1
‑
5％的铬粉，2
‑
10％的锡粉，将混合粉末置于滚筒式混料机内，混合4
‑
6h；步骤3：将步骤2中的混合粉末装入石墨模具内，预压成型，压制力为15
‑
30MPa，保压3...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建锋，侯宝强，智强，史卓涛，王劲枭，王波，王继平，肖志超，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：