[发明专利]一种铝基合金自润滑材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料制备技术，尤其是关于加入镀铜石墨碳纤维以及镀镍碳纤维使铝基合金自润滑的性能增强及其制备技术。

背景技术

目前增强铝基自润滑材料的制备方法有以下几种：

真空压力浸渗法真空压力浸渗法又叫真空浸渗法。该方法首先把增强相制成预制体，然后放入承压铸型内，加热，抽真空，通过真空产生的负压，使液态基体金属熔体克服毛细作用摩擦阻力并促使熔液对陶瓷增强体的润湿而渗入预制件的孔隙凝固成形，制成复合制件，从而获得金属基复合材料。该方法存在工艺复杂、制件小等缺陷，特别是由于反应时间较长，熔化的基体有时会与增强相发生较强的界面反应，甚至会损伤增强相，降低增强相的增强效果，工业化大规模生产大型复合材料制品不容易实现。

粉末冶金法粉末冶金法是用于制备与成形颗粒、短纤维增强金属基自润滑材料的主要方法之一。它是利用粉末冶金原理，将基体金属粉末和增强材料(晶须、短纤维、颗粒等)按设计要求的比例在适当的条件下混匀，然后再压坯、烧结、成形或直接用混合料进行热压、热轧、热挤成形，也可将混合料压坯后加热到基体金属的固-液相温度区内进行半固态成形，从而获得复合材料或其制件。采用粉末法制备与成形金属基复合材料，其优点在于：增强材料的加入量易于任意调整，增强相的体积分数与基体成分均可准确控制，制件尺寸精度好，易于实现一次成型，且成形制品的范围较广。但是，采用此法制备成形的材料或制件，其致密性较差，在基体中以及基体与增强材料的界面处往往存在显微孔洞，基体与增强材料界面结合欠佳。而且，增强材料(主要是纤维和颗粒)在压坯成形过程中易受损伤。此外，高纯金属粉末制取困难，价格昂贵，工艺过程复杂也是该法的缺点之一。

搅拌铸造法搅拌铸造法即本发明中所陈述的公知的传统搅拌铸造法，搅拌法制备和成形金属基自润滑材料及制件的过程是：先将基体金属在炉子中熔化，在液态或半固态状态下进行搅拌，并且边搅拌边加入增强材料(短纤维、晶须或颗粒等)，使增强材料均匀分布于基体金属中，从而制备出复合材料浆料。然后，根据后继成形过程的需要，将基体处于液态或半固态状态的复合材料浆料进行铸造、液态模锻、轧制或挤压成形，从而获得金属基复合材料或制件。与前三种制备方法相比，搅拌法操作简单、生产效率高、制造成本低廉；所制成的复合材料铸锭便于精密铸造、砂型铸造成各种复杂形状的零件，也可挤压成各种型材、管材、棒以及轧制成板材。但是传统搅拌铸造法制备复合材料过程中，复合材料中会形成大量的气孔，严重影响复合材料的性能。

发明内容

本发明针对上述不足之处，提供一种加入镀铜石墨或镀铜镀镍碳纤维增强铝基合金自润滑的材料及其制备方法，该方法制备的铝基自润滑材料，具有高比强度、高比模量、耐摩擦性能好、低膨胀率等优点，并可以进行二次塑性加工，气孔小，力学性能好，且方法简单，易操作，产品合格率高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括基体合金选择、熔化、保温步骤，制备润滑剂步骤，向熔化或半熔化的铝基合金中加入经过干燥处理后的润滑剂步骤，并同时搅拌混合步骤，接此置于真空炉中除气步骤和浇铸制作自润滑材料步骤。所述润滑剂可是预先经过处理的镀铜石墨或镀铜碳纤维与镀铜石墨混合物或镀镍碳纤维与镀铜石墨混合物之一种。

润滑剂性质与使用方法是：

1、当向熔化或半熔化的铝基合金中加入镀铜石墨时，铝基合金中加入的镀铜石墨是铝基合金总质量的7～12％；该石墨为鳞片石墨、其颗粒粒度为50～100μm，镀铜石墨铜含量不超过自身质量的33％；

2、当向熔化或半熔化的铝基合金中加入镀铜石墨和镀铜碳纤维混合物时，其中镀铜石墨是方法1中的所述石墨，镀铜碳纤维之碳纤维性能特征是：

镀铜碳纤维铜含量不超过自身质量的40％，铝基合金中加入的混合物是铝基合金总质量的10～18％，混合物中之镀铜石墨与镀铜碳纤维之混合量是镀铜石墨占铝合金总质量的7～12％，镀铜碳纤维占铝合金总质量的3～6％；

3、当向熔化或半熔化的铝基合金中加入镀铜石墨和镀镍碳纤维混合物时，其中镀铜石墨是方法1所述的镀铜石墨，镀镍碳纤维之碳纤维是方法2中所述的碳纤维，镀镍碳纤维镍含量不超过自身质量的33％，铝基合金中加入的混合物是铝基合金总质量的10～17％，混合物中之镀铜石墨与镀镍碳纤维混合量是镀铜石墨占铝合金总质量的7～12％，镀镍碳纤维占铝合金总质量的3～5％。

加入铝基合金熔体前润滑剂的制备的方法是：