石墨烯铜基复合材料及其制备方法和刹车片技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯铜基复合材料及其制备方法和刹车片。石墨烯铜基复合材料的制备方法包括以下步骤：混合石墨烯浆体和铜基粉末，得粉体；将所述粉体压制成型，得生坯体；将所述生坯体进行真空烧结，得熟坯体；将所述熟坯体进行固溶热处理和时效热处理，得所述石墨烯铜基复合材料。该制备方法能够制得高强度、高硬度、低磨损量和高热导率的石墨烯铜基复合材料。材料。材料。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯铜基复合材料及其制备方法和刹车片


[0001]本专利技术涉及摩擦材料的
，特别是涉及一种石墨烯铜基复合材料及其制备方法和刹车片。

技术介绍

[0002]随着高速铁路的快速发展，用于确保高速下行驶安全的列车制动系统备受关注。刹车片作为列车制动系统中的核心部件，其性能的优劣直接影响着列车制动的安全性和稳定性。随着列车速度的不断提升，列车的刹车片需要更高的摩擦力、优良的耐磨性能、稳定的摩擦系数、良好的耐高温性能和足够的抗冲击强度，同时不受气候影响，经济性较高，便于成型和实现轻量化。
[0003]列车的刹车片材料包括石棉摩擦材料、铸铁摩擦材料和粉末冶金摩擦材料等。近年来，铜基粉末冶金摩擦材料以其良好的耐磨性能和导热性能，成为研制高性能刹车片的热门材料。此外，石墨烯是一种由碳原子构成的蜂窝晶格结构二维碳纳米材料，具备着优异的力学性能和热传导性能。将石墨烯与铜基粉末结合形成新型复合材料，有利于优化铜基摩擦材料的性能。然而，由于石墨烯和铜基粉末的密度差异较大，不同组分之间难以混合均匀，烧结后铜基粉末合金均匀化程度不高，颗粒之间接触不佳，导致复合材料的强度、硬度、耐磨性能和导热性能均不理想。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种高强度、高硬度、低磨损量和高热导率的石墨烯铜基复合材料及其制备方法和刹车片。
[0005]本专利技术的上述目的是通过如下技术方案进行实现的：
[0006]本专利技术第一方面，提供一种石墨烯铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]混合石墨烯浆体和铜基粉末，得粉体；
[0008]将所述粉体压制成型，得生坯体；
[0009]将所述生坯体进行真空烧结，得熟坯体；
[0010]将所述熟坯体进行固溶热处理和时效热处理，得所述石墨烯铜基复合材料。
[0011]在其中一个实施例中，所述固溶热处理包括以下步骤：在≤0.01Pa的真空度下，将所述熟坯料于600℃～800℃加热0.5～4h后，冷却至室温。
[0012]在其中一个实施例中，所述时效热处理包括以下步骤：所述时效热处理包括以下步骤：在≤0.01Pa的真空度下，将固溶热处理后的所述熟坯料于200℃～500℃加热0.5～4h后，冷却至室温。
[0013]在其中一个实施例中，所述真空烧结满足以下条件中的一个或多个：
[0014]1)烧结温度为800℃～1000℃；
[0015]2)烧结时间为0.5～4h；
[0016]3)真空度≤0.01Pa。
[0017]在其中一个实施例中，所述压制成型的方法为冷等静压、液压成型和模压成型中的一种。
[0018]在其中一个实施例中，所述冷等静压满足以下条件中的一个或多个：
[0019]1)成型最大压力为100MPa～200MPa；
[0020]2)保压时间为10min～120min。
[0021]在其中一个实施例中，所述石墨烯浆体包括溶剂、石墨烯粉和分散剂。
[0022]在其中一个实施例中，所述石墨烯浆体满足以下条件中的一个或多个：
[0023]1)所述石墨烯粉的片径为0.1～5μm；
[0024]2)所述溶剂为水和/或乙醇；
[0025]3)所述分散剂为聚乙二醇、聚乙烯醇和聚丙烯酸铵中的一种或多种；
[0026]4)所述溶剂、所述石墨烯粉和所述分散剂的质量比为(75～95)：(3～25)：(0.5～5)；
[0027]5)所述石墨烯粉在所述石墨烯铜基复合材料中的含量为0.05wt.％～2wt.％。
[0028]在其中一个实施例中，所述铜基粉末满足以下条件中的一个或多个：
[0029]1)所述铜基粉末的化学成分包括铜，以及锡、锌、铁、镍、铬、铅、磷、铋和硅元素中的一种或多种；
[0030]2)所述铜基粉末含有75wt.％～92wt.％的铜元素；
[0031]3)所述铜基粉末中含有5wt.％～8wt.％的锡元素；
[0032]4)所述铜基粉末中含有2wt.％～8wt.％的锌元素；
[0033]5)所述铜基粉末的粒径为0.1μm～100μm。
[0034]本专利技术第二方面，提供一种石墨烯铜基复合材料，其采用上述所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法制得。
[0035]本专利技术第三方面，提供一种刹车片，将上述所述的石墨烯铜基复合材料进行表面处理后制得。
[0036]本专利技术采用了固溶热处理和时效热处理，与混粉、压制成型和真空烧结相结合，使复合材料各组分之间混合均匀、接触良好，合金均匀化程度和致密性更高，并实现了石墨烯在铜基粉末中的弥散分布，从而获得高强度、高硬度、低磨损量和高热导率的石墨烯铜基复合材料，有效延长其使用寿命。
附图说明
[0037]图1为实施例2制备的石墨烯铜基刹车片的SEM图。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0039]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0040]术语及定义：
[0041]摩擦材料：依靠摩擦作用来执行制动和传动功能的部件材料，具有良好的摩擦系数和耐磨性能，同时具有一定的耐热性和机械强度，可用于制备刹车片。
[0042]抗拉强度：参照《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》(GB/T228.1
‑
2021)进行测试；拉伸试样为直径5mm，标距25mm的圆棒试样，每组实验对3个试样进行拉伸性能的检测，取平均值记录数据，单位为MPa；数值越大，说明刹车片的强度越高。
[0043]硬度：参照《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》(GB/T4340.1
‑
2009)进行测试；采用维氏硬度试验机进行实验，实验载荷0.1kg，加载时间10s，每组实验测试5个点，取平均值记录数据，单位为HV；数值越大，说明刹车片的硬度越高。
[0044]磨损量：采用往复摩擦实验进行测试，对磨件为Φ5mm的GCr15钢球，试验力为50N，频率为5Hz，实验尺寸为5mm，实验时间为1h，每组实验对3个试样进行磨损量的检测，取平均值记录数据，单位为g；数值越小，说明刹车片的耐磨性能越好，使用寿命越长。
[0045]热导率：参照《材料热导率和热扩散系数的瞬态测量—脉冲法》(DB51/T2434
‑
2017)进行测试，单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：混合石墨烯浆体和铜基粉末，得粉体；将所述粉体压制成型，得生坯体；将所述生坯体进行真空烧结，得熟坯体；将所述熟坯体进行固溶热处理和时效热处理，得所述石墨烯铜基复合材料。2.如权利要求1所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述固溶热处理包括以下步骤：在≤0.01Pa的真空度下，将所述熟坯料于600℃～800℃加热0.5～4h后，冷却至室温。3.如权利要求1所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述时效热处理包括以下步骤：在≤0.01Pa的真空度下，将固溶热处理后的所述熟坯料于200℃～500℃加热0.5～4h后，冷却至室温。4.如权利要求1～3任一项所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述真空烧结满足以下条件中的一个或多个：1)烧结温度为800℃～1000℃；2)烧结时间为0.5～4h；3)真空度≤0.01Pa。5.如权利要求4所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述压制成型的方法为冷等静压、液压成型和模压成型中的一种。6.如权利要求5所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述冷等静压满足以下条件中的一个或多个：1)成型最大压力为100MPa～200MPa；2)保压时间为10min～120min。7.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李季，曹振，肖治同，李佳惠，李炯利，王旭东，
申请(专利权)人：北京石墨烯技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：