[发明专利]一种颗粒混杂铝基自润滑复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自润滑复合材料及其制备方法，具体涉及一种采用碳硅化钛颗粒、石墨粉颗粒混合的铝基自润滑复合材料及其制备方法。

背景技术

自润滑材料分为高分子基、陶瓷基和金属基三大类，金属基自润滑复合材料兼有金属基体的特性和固体润滑剂的摩擦学特性，适应在大气环境、化学环境、电气环境和高温、高真空等多种条件下使用成为材料科学领域研究和开发的热点。

20世纪70年代，人们在钨、钼、铬、铌等难熔金属中添加固体润滑剂制备难熔金属基自润滑复合材料，在高温高速及摩擦发热量大的环境中应用广泛，但是价格昂贵，成型复杂，烧结困难，逐步被铁基和铜基等材料替代；铁基自润滑复合材料基体硬度高，但是耐腐蚀性能差，易产生弥散硬质点、易对轴等对偶件产生较大的损伤；铜基自润滑复合材料的综合性能较高，但是顺应性、嵌藏性比较差，成本相对较高；银基自润滑复合材料在电子领域中具有较大的优势，镍基高温自润滑复合材料主要应用在高温领域，但是成本均较高。

铝具有较小的密度、较高的强度和硬度、较好的抗腐蚀性能以及低廉的价格，在相同的条件下，铝基比青铜基自润滑材料具有更高的寿命和许用pv值，因此非常适合作为金属基自润滑复合材料室温至中高温度段中的基体材质使用。

石墨是铝基自润滑复合材料最常用的外加固体润滑剂，但是类似的非金属物质与铝的润湿性普遍较差，造成了研制高性能铝基自润滑复合材料的困难。例如石墨颗粒与铝熔体间接触角常温下为157°，800℃时仍大于90°，虽然石墨表面镀层和添加活性元素可改善润湿性，但造成了工艺复杂和成本上升等问题。石墨颗粒的密度为2.18×10³kg/m³，小于纯铝熔体在700℃时的密度2.37×10³kg/m³，因此石墨颗粒很容易在铝熔体中上浮和团聚造成宏观组织偏析。石墨与金属熔体间的润湿性较差，被铝熔体吞并或捕获的冷却速度难以达到，导致大量团聚在晶界造成微观组织偏析。

发明内容

针对上述现有问题，本发明的目的在于提供一种碳硅化钛+石墨混杂铝基自润滑复合材料，同时提供一种碳硅化钛+石墨混杂铝基自润滑复合材料的制备方法。通过真空液态熔体浸渗法制备高体积分数碳硅化钛/铝预制块，将预制块和镀铜石墨粉加入到铝硅合金的半固态浆料中，经过除气、精炼、扒渣后保温搅拌浇注得到铸坯，将铸坯进行切割，然后通过重熔后定向凝固的方法制备碳硅化钛+石墨混杂铝基自润滑复合材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种颗粒混杂铝基自润滑复合材料，所述自润滑复合材料含有体积比为1-9vol.％的Ti₃SiC₂颗粒、1-9vol.％的石墨颗粒和余量的基体铝合金，加入的颗粒总含量≤10vol.％；所述基体铝合金为Al-Si-Cu合金。

进一步，所述基体铝合金含有以下组分：2.0-6.5wt.％Si，3.5-5.0wt.％Cu，0.03-0.05wt.％Sr，Zn≤0.1wt.％，Fe≤0.4wt.％，不可避免的杂质≤0.4wt.％，余量为Al。

Fe的来源主要是(1)纯铝中的杂质一般含有Fe元素；(2)熔炼铸造过程中的工模具的材质均为铁质，难以避免熔体中带入铁杂质。

进一步，所述Ti₃SiC₂颗粒的粒径为5-15um，纯度高于97.5％；或者，所述Ti₃SiC₂颗粒的粒径为20-100um，纯度高于99％。

进一步，所述自润滑复合材料中，含有体积比为1vol.％的Ti₃SiC₂和9vol.％的石墨，或者含有5vol.％的Ti₃SiC₂和5vol.％的石墨，或者含有7vol.％的Ti₃SiC₂和3vol.％的石墨，或者含有3vol.％的Ti₃SiC₂和7vol.％的石墨，或者含有9vol.％的Ti₃SiC₂和1vol.％的石墨。

上述颗粒混杂铝基自润滑复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)Ti₃SiC₂的预处理：清洗Ti₃SiC₂颗粒；