[发明专利]铜-二硫化钼自润滑导电涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜-二硫化钼自润滑导电涂层和制备方法，属于电滑动材料防护技术领域。

背景技术

有色金属铜由于优异的导热导电性、韧性、延展性和加工性能而成为电气原件的首选材料。除作为输电线材外，铜还常被用作滑动电接触材料，如电刷、电枢等开关材料，特别是铜基复合材料已被选作高速列车的导电弓材料。由于铜本身强度低、易变形、磨损大，导致其作为滑动材料时虽然表现出很好的导电导热性能，也伴随有较大的磨损现象，尤其在载流条件下使用时，载流的大小会对电滑动材料的寿命产生直接的影响。这就要求载流条件下应用的电滑动材料必须具有较高的导电性和优良减磨润滑性能。因此，开发减少和防止铜基电滑动材料的摩擦磨损、延长其使用寿命的方法和技术具有重大的社会意义和经济效益。

二硫化钼、石墨等固体润滑剂的研究表明它们可明显降低材料的摩擦磨损，延长材料的使用寿命。但二硫化钼和石墨的减磨润滑作用机理不同。石墨由于需要吸附空气中的水分子产生层裂来实现自润滑过程；而二硫化钼只有在真空中才表现出优异的自润滑性能。利用粉末冶金方法合成的块体铜-石墨、铜-二硫化钼复合材料已经作为电滑动材料使用，并已经被证明都具有良好的减磨作用。但铜-石墨、铜-二硫化钼涂层材料作为电滑动材料的研究还未见报道。

目前制备金属-二硫化钼涂层的主要方法是沉积法。沉积法又包括溅射沉积法、电沉积法和热喷涂法等。相比较而言，溅射沉积法一般沉积率较低，设备复杂且价格较高；电沉积法沉积速度较慢、沉积厚度有限。等离子喷涂法同溅射沉积、电沉积法相比具有工艺控制简单、适合大器件、大批量、厚度可控和结构在一定范围内可调的特点，并且可以在多种金属基材表面实施金属或陶瓷涂层的喷涂。热喷涂铜基材料形成的涂层主物相除金属铜外，还会生成已被证明具有一定减磨作用的物相Cu₂O。

鉴于此，本发明期望通过利用等离子喷涂技术，制备一种真空应用的铜基-

二硫化钼自润滑电滑动涂层。

至今，利用等离子喷涂技术制备真空电滑动铜-二硫化钼涂层的方法和技术尚未见报导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜-二硫化钼自润滑导电涂层及其制备方法， 该发明所得铜-二硫化钼复合涂层显著改善了真空下铜的摩擦磨损性能，是一种优良的固体导电自润滑涂层。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述铜-二硫化钼自润滑导电涂层由二硫化钼和金属铜粉经过真空粉末冶金法制备，其涂层组分变化范围为Cu:MoS₂:余量= (75~90):(8~22):( 2~3)。涂层厚度范围150μm~300μm；利用美国Quantum Design公司的PPMS-9综合物理性能测试仪器测定的体积电阻率范围5~13.8×10^-8Ω·m。利用美国CETR公司的 UMT-2摩擦设备测得的真空摩擦系数在0.04~0.09范围。利用HST-100高速载流摩擦机测定的大气环境下载流I≦30A，滑动速度≦10m/s时，摩擦系数小于等于0.3。

本发明制备所述铜-二硫化钼自润滑导电涂层的方法包括下述步骤：

（1）将市售铜包覆二硫化钼粉（Cu-MoS₂）和铜粉根据需要比例在无水乙醇介质中进行球磨混合，磨介为玛瑙球。控制球磨转速为100~150r/min，混合时间为12~24h；所述铜粉粒度范围为15~50μm；所述铜包覆二硫化钼粉的粒度范围为50~150μm；

（2）将上述混合粉末在40~80℃下烘干，烘干后粉末在真空中烧结，烧结温度为800~1000℃，恒温1~2h；

（3）将烧结后块体破碎形成粉体，所选粉体平均粒径75μm；粉体组分含量为：铜:二硫化钼:余量=(75~90):(8~22):( 2~3)；

（4）对金属基材进行表面预处理。所述金属基材表面预处理包括：清洗、除油、喷砂等。

所述基材为：A3低碳钢、不锈钢、硬铝（LY12）铝合金和轴承钢等；