本发明专利技术公开了一种自润滑铜-Ti3SiC2-NbSe2复合材料及其合成方法。采用粉末冶金法将制备的片层状的纳米Ti3SiC2、NbSe2材料与铜粉按照一定的质量百分比混合后经冷压、烧结、复压、复烧制得。本发明专利技术方法工艺简单、成本低廉、安全环保，特别适合于大规模的工业生产。用本发明专利技术方法制备得到的自润滑铜-Ti3SiC2-NbSe2复合材料具有导电性好、硬度高、抗弯强度好、电阻率低、摩擦系数小等众多优异性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及润滑材料领域，尤其涉及一种新的自润滑铜-Ti3SiC2-NbSe2复合材料及其制备方法。
技术介绍
液态、半固态润滑是传统的润滑方式，也是应用最为广泛的一种润滑方式，但适用的温度范围较窄，在高温下承载能力下降、润滑性能衰减，还会造成环境污染等问题。因此， 工况恶劣的场合下，传统的润滑方法已难以满足要求。对于那些长期处于高温、高速、重载、 干摩擦或边界润滑状态下的零部件，减小与控制摩擦与磨损显得尤为必要。固体自润滑在性能上极大地突破了传统材料的使用极限，广泛地被应用于电子、生物、航天航空等高科技领域，是润滑领域最具有发展前景的一个方向。而铜基自润滑材料作为固体自润滑材料的一个重要的组成部分成为研究的热点之一。由于单一材料本身的限制，要满足多种苛刻条件，必须通过材料的复合才能满足多元的需求，因此，材料的复合在固体润滑材料的研究中是十分重要的手段。如在铜基体中添加石墨、铅、二硫化钥、氧化铅、银等固体润滑剂制成的铜基固体自润滑材料在航空、汽车、电工电子等工业获得广泛的应用。铜-石墨-MoS2是典型的滑动电接触材料，广泛用于电机的固定部件和旋转部件(换向器或集电环)之间传导电流。但铜-石墨-MoS2存在 MoS2的电阻率高、导电性能差，石墨、MoS2较软，存在电接触材料的承载能力和耐磨性差等问题。滑动电接触材料在大电流、高速情况下使用时，会产生电火花，使温度升高，吸附在表面的水分挥发，破坏了表面膜的完整性，造成磨粒磨损。NbSe2具有和MoS2类似的晶体结构和摩擦特性，而电阻率仅为I X 10_4 Ω · cm,比 MoS2低6个数量级，比石墨低I个数量级。用片状NbSe2-Ag制备的复合材料已成功应用在航天飞机的导电滑环上，而NbSe2纳米纤维既有减摩耐磨的作用，又可以提高复合材料的力学性能。目前国内外研究人员也在进行有关利用纳米级NbSe2增强Cu基复合材料的研究。CN 101800089A公开了一种纳米NbSe2铜基固体自润滑复合材料及其制备方法，主要是以廉价易得的Nb粉和Se粉为原料，将二者混合均匀后装入石英玻璃管中，在惰性气体的保护下加热、保温、冷却先得到纳米NbSe2材料，再将后者按照一定的质量百分比与铜粉混合后经冷压、烧结、再冷压而得。本专利技术方法工艺简单、成本低廉、安全环保，特别适合于大规模的工业生产。用本专利技术方法制备得到的纳米NbSe2铜基固体自润滑复合材料具有允许线速度大、接触电压低、摩擦系数小、磨损率低、载流能力大等众多优异性能。可见，通过在铜基中添加具有特定功能的物质，可获得具有不同性能的固体自润滑材料，以满足日益复杂的工业需要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种具有硬度高、抗弯强度好、电阻率低、摩擦系数小、磨损率低等众多优异性能的新的自润滑铜-Ti3SiC2-NbSe2复合材料及其制备方法。本专利技术所提供的自润滑铜-Ti3SiC2-NbSe2复合材料的制备方法，包括以下步骤(I)按照I : 2 I : 3的摩尔比称取Nb粉和Se粉；(2)将Nb粉和Se粉用混合均匀后装入一端封闭的石英玻璃管中，利用乙炔焰加热石英玻璃管至熔融状态，将管逐渐拉长拉细使开口端越来越小，直至开口端呈一小孔，将此小孔与真空泵相连,将石英玻璃管内抽成真空,充入惰性气体作为保护气体,反复3次以上，再用乙炔焰加热石英玻璃管的小孔端至熔融状态以将石英玻璃管彻底封闭；(3)将上述封好的石英玻璃管置于一个温度梯度为1°C /cm的管式炉中，以10°C / min的升温速率将炉内温度升至800°C，保持Ih 2h，然后使石英玻璃管内温度自然冷却到室温，得到片层状的纳米NbSe2材料；(4)按摩尔比为 Ti Si C Al NaCl=3 I 2 O. I O. I 来称取 Ti 粉、Si粉、石墨粉、Al粉和NaCl粉；(5)将步骤(4)中称得的样品加入无水乙醇，边加热边搅拌使样品混合均匀；(6)将步骤(5)所得混合均匀后的样品倒入坩埚，接着将其放入刚玉管中，然后通入氩气，在管式炉中烧结，在氩气气氛下以10°c /min的速度加热到1360°C 1480°C，保温 Ih 3h，然后随炉冷却室温，得到纳米陶瓷Ti3SiC2粉体；(7)将步骤(3)、(6)制备得到的片层状的纳米NbSe2、纳米陶瓷Ti3SiC2粉体与铜粉按(I 9) (I 9) : 90的质量比配制成混合样品，混合样品经混料一压制一烧结一研碎一混料一复压一复烧制成铜-Ti3SiC2-NbSe2复合材料样品。作为优选技术方案，步骤(2)中所述的石英玻璃管直径为8mm，真空为lOOPa，惰性气体为IS气。作为优选技术方案，步骤(5)中所述的无水乙醇的量没过样品3 5_深，加热温度为40°C 60°C，加热时间O. 5h lh。作为优选技术方案，步骤(7)中所述的NbSe2、Ti3SiC2与铜粉质量比为(4 9) (I 6) 90，优选(6 9) (I 4) 90。作为优选技术方案，步骤(7)中所述的压制压力为IOOMPa 150MPa，复压压力比压制压力高80MPa以上，保压时间均为IOmin 30min，一次烧结和复烧温度均为600°C 700。。。本专利技术的目的之一还在于提供一种自润滑铜-Ti3SiC2-NbSe2复合材料，是按照权利要求I 4任一项所述的方法制备得到。Ti3SiC2具有良好的电导率，较低的密度，它们既有与金属相似的良好的导热、导电性，并且相对柔软，可塑性好，具有优越的可加工性，又具有与陶瓷材料相近的物理化学性能，低密度、高熔点、抗氧化、高热稳定及耐磨性能。更有意义的是它有比传统的固体润滑剂石墨、二硫化钥更低的摩擦系数和良好的自润滑性能。所以，Ti3SiC2的优良性能使其成为最佳的颗粒增强相，尤其是运用在电接触材料上。研究Ti3SiC2弥散增强Cu基材料时表明， CuAi3SiC2复合材料强度大幅度提高，且具有更低的摩擦系数，是一种潜在的电接触滑板材料。但这种材料由于制造工艺及硬度的影响，限制了其进一步的市场开发。与此同时，在材料中引入高强的陶瓷二次相增强金属基复合材料的强度是一种常用的方法。NbSe2具有和MoS2类似的晶体结构和摩擦特性，而电阻率仅为IX 10_4Ω .Cm0NbSe2 纳米纤维既有减摩耐磨的作用，又可以提高复合材料的力学性能。因此，将NbSe2与Ti3SiC2引入Cu基复合材料中，使制得的复合材料电阻率低、导电性好，同时还具有硬度高、抗弯强度好、摩擦系数小、磨损率低等优异性能。本专利技术所提供的制备方法的原料易得，价格低廉，制备工艺简单，材料成分配比均匀、纯度高，生产过程安全环保，特别适合于大规模的工业生产。用本专利技术方法制备得到的自润滑铜-Ti3SiC2-NbSe2复合材料具有导电性好、硬度高、抗弯强度好、电阻率低、摩擦系数小、磨损率低等性能，是一种十分具有应用前景的自润滑材料。附图说明图I为实施例I的片层状的纳米NbSe2的SEM图。图2为实施例2的纳米陶瓷Ti3SiC2粉体的SEM图。 图3为实施例3的自润滑铜-Ti3SiC2-NbSe2复合材料的电阻率变化曲线。图4为实施例3的自润滑铜-Ti3SiC2-NbSe2复合材料的硬度变化曲线。图5为实施例3的自润滑铜-Ti本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自润滑铜-Ti3SiC2-NbSe2复合材料的制备方法，包括以下步骤 (1)按照I: 2 I : 3的摩尔比称取Nb粉和Se粉； (2)将Nb粉和Se粉用混合均匀后装入一端封闭的石英玻璃管中，利用乙炔焰加热石英玻璃管至熔融状态，将管逐渐拉长拉细使开口端越来越小，直至开口端呈一小孔，将此小孔与真空泵相连，将石英玻璃管内抽成真空，充入惰性气体作为保护气体，反复3次以上，再用乙炔焰加热石英玻璃管的小孔端至熔融状态以将石英玻璃管彻底封闭； (3)将上述混合好的Nb粉和Se粉取出后，放入反应釜中，置于管式炉中，以10°C/min的升温速率将炉内温度升至800°C，保持Ih 2h，然后随炉冷却至室温，得到片层状的纳米NbSe2材料； (4)按摩尔比为Ti Si C Al NaCl=3 I 2 0. I 0. I 来称取 Ti 粉、Si粉、石墨粉、Al粉和NaCl粉； (5)将步骤(4)中称得的样品加入无水乙醇，边加热边搅拌使样品混合均匀； (6)将步骤(5)所得混合均匀后的样品倒入坩埚，接着将其放入刚玉管中，然后通入氩气，在管式炉中烧结，在氩气气氛下以10°C /min的速度加热到1360°C 1480°C，保温Ih 3h，然后随...
【专利技术属性】
技术研发人员：李长生，唐华，孙建荣，杨峰，范有志，钱周，
申请(专利权)人：无锡润鹏复合新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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