[发明专利]一种铜‑碳化锡钛自润滑导电涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电滑动材料防护技术领域，尤其涉及一种铜-碳化锡钛自润滑导电涂层及其制备方法。

背景技术

铜作为滑动电接触的常用材料，具有较高的导电、导热性及优良的工艺性能。但纯铜的室温强度和高温强度及硬度不足，使其在实际应用中受到限制。目前，滑动电接触材料用铜合金材料主要为铜银合金、铜锡合金、铜锌合金和铜铬锆合金等，由于滑动电接触铜合金自身强化机制的限制，尚难以满足滑动电接触的更高性能要求。如何进一步开发具有较高的导电性和机械性能，而且还应具有优良的耐磨性能和较高的抗软化性能的铜基电滑动材料，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。

Ti₂SnC是Ti-Sn-C系三元化合物，既具有金属的优异性能，如在常温下有很好的导电性能、导热性能，良好的抗热震性、易加工性以及高温塑性。又具有陶瓷的优异性能，如较高的屈服强度、高熔点、高热稳定性、高温强度以及良好的抗氧化性能和耐腐蚀性能。更重要的是它有比石墨更低的摩擦系数和更好的自润滑性能，是轴承、触头、电刷以及高速带电摩擦接触部件的优选材料，也可作为导电复合材料的第二相添加剂。因而成为国内外的研究热点。

目前，传统方法采用粉末冶金方法合成的块体铜-Ti₂SnC复合材料，并被证明具有良好的力学、减磨和电学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种在保持较高的导电性的同时，可显著改善铜基的减磨润滑性能，是一种优良的固体导电自润滑涂层的铜-碳化锡钛自润滑导电涂层及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种铜-碳化锡钛自润滑导电涂层，涂层原料质量比为Cu：Ti₂SnC＝(65～97)：(3～35)；形成的涂层组分质量比为Cu：Ti₂SnC：余量＝(65～97)：(2～30)：(1～5)；余量组成为Cu₂O及Ti₂SnC分解产物TiC、Sn，其中TiC与Sn间质量比为1:(1.5～2)，Cu₂O占形成的涂层的质量的1％-3％。

所述形成的涂层厚度为200～500μm。

所述形成的涂层组织包括Cu基体和Ti₂SnC增强相。

所述Cu₂O占形成的涂层的质量的3％。

一种上述的铜-碳化锡钛自润滑导电涂层的制备方法，包括如下步骤：

1)制粉：

a、将铜粉与铜包覆碳化锡钛粉按所需比例配料，研磨混合；

b、将混合后所得粉末制成符合喷涂要求的粉体；

2)预处理：对金属基材进行表面预处理；

3)喷涂：以步骤1所得粉体为原料，利用超音速火焰喷涂方法喷涂；

4)喷涂结束，取下工件。

在a步中，将铜粉与铜包覆碳化锡钛粉按所需比例配料，并在无水乙醇介质中进行湿磨混合；研磨介质为玛瑙球，球磨转速为100～150r/min，混合时间为12～36h；所述铜粉粒度范围为10～50μm；所述镀铜碳化锡钛粉的粒度范围为20～100μm。

在b步中，将球磨混合后所得粉末利用聚乙烯醇溶液做粘结剂，润湿团聚制成软材后，经筛分、干燥后得到符合喷涂要求的粉体，所选粉体平均粒径范围取50～100μm之间。

在第2步中，金属基材表面预处理包括：清洗、除油、喷砂；所述基材为：低碳钢、不锈钢、轴承钢和硬铝铝合金。

在第3步中，超音速火焰喷涂以丙烷、丙烯、乙炔为燃料气体，高压氧气或压缩空气为助燃气体，氮气为送粉气体进行喷涂。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，

(1)采用超音速火焰喷涂制备的铜-碳化锡钛涂层，具有良好的耐磨、自润滑和电学性能，在提高铜基强度和耐磨性的同时维持高导电性，可替代铜基整体材料应用于真空条件下的电滑动材料。

(2)铜-碳化锡钛制粉工艺采用了聚乙烯醇PVA制粒法，较烧结破碎、雾化工艺等常用方法更为简单，且重要的是，由于碳化锡钛在高温下有分解现象，而采取PVA制粒工艺过程无需高温，可避免碳化锡钛损失。此外，团聚粉末内的聚乙烯醇(PVA)熔点为210～220℃，团聚粉末通过火焰流时，在焰流的高温下粘结剂发生分解，涂层内无任何粘结剂的残留物，粘结剂对涂层成分没有影响。