[发明专利]一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法。该材料由75～95 wt%的耐热铝合金和5～25 wt%的铜包石墨组成；耐热铝合金的组成为：8.4～8.9 wt%Fe，1.1～1.5 wt%V，1.7～1.9 wt%Si，余量为Al；铜包石墨的组成为：50 wt%Cu和50 wt%C。固体润滑复合材料具有密度低、摩擦系数低、磨损率低等特点，而且制备工艺简单、可控性好，该材料适合在室温到350℃下使用，作为固体润滑材料在航空航天和汽车制造领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法，该材料在室温至350ºC范围内具有良好的润滑性能，在高温、无油环境下作为自润滑材料具有良好的应用背景。

背景技术

铝合金由于密度低、比强度高、热膨胀系数低、导热性好、耐蚀性好等优点，在航空、航天、汽车、船舶等领域获得了广泛应用。然而，铝合金由于摩擦系数大和磨损率高而限制了其在摩擦领域的应用。为了改善铝合金的摩擦性能，需要在铝合金基体添加增强相或固体润滑剂来获得铝基复合材料。目前常用的增强相有SiC、Al₂O₃，常用的固体润滑剂包括石墨、MoS₂和WS₂。专利CN105525153A采用60～75%的Al，20～30%的硅，5～12%的碳，≤1.0%的铁，≤2.0%的镁，≤0.8%的钛制备了一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料制动盘。专利CN105525161A采用：11～14%的Si，4～6%的Cu，0.2～1.2%的Mg，1～4%的Ni，0.01～0.4%的Ti，0.05～0.2%的V，0.1～0.3%的Mn，0.1～0.3%的Zn，0.2～10%的纳米氧化铝（余量为铝）制备了一种活塞用耐磨超硬铝合金材料。专利CN101054644在铝合金基体中分别添加了7～12%的镀铜石墨、10～18%的镀铜石墨与镀铜碳纤维混合物、10～17%的镀铜石墨与镀镍碳纤维混合物制备了一种铝基自润滑材料。但是，由于这些铝基复合材料采用了普通的铝合金，使得其耐高温性能较差，不能在高温环境下使用。

金属基复合材料的性能取决于基体、增强相和基体与增强相之间的相容性，所以铝基复合材料的制备选择合适的铝合金基体至关重要。目前成熟应用的1系到7系铝合金，虽然在室温下具有足够的强度，但在高温下强度迅速降低，限制了其应用范围。为此，新型的Al-Fe-V-Si系列耐热铝合金，作为在350 ºC下能与耐热钢和钛合金相媲美的铝合金，可以选择其作为高温铝基固体润滑复合材料最好的基体材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种能在室温至350 ºC范围内具有良好润滑性能的铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法。

一种铝合金基固体润滑复合材料，其特征在于该材料由75～95 wt%的耐热铝合金和5～25 wt%的铜包石墨组成；所述耐热铝合金的组成为：8.4～8.9 wt% Fe，1.1～1.5 wt%V，1.7～1.9 wt% Si，余量为Al；所述铜包石墨的组成为：50 wt% Cu和50 wt% C。

如上所述铝合金基固体润滑复合材料的制备方法，其特征在于采用热压烧结方法制备，具体步骤如下：

将耐热铝合金粉末和铜包石墨粉末球磨获得混合粉末，然后将混合粉末置于真空热压烧结炉中进行烧结，所述烧结参数为：真空度10^-2～10^-1 Pa，升温速度10～30 ºC/min，烧结温度600～650 ºC，压力30～40 MPa，保温时间20～40 min；烧结完成后复合材料随炉冷却至室温得到铝合金基自润滑复合材料。

所述球磨参数为：球料比1～3:1，转速200～300 r/min，球磨时间4～8 h，磨罐和磨球为碳化钨硬质合金，球磨开始前充入氩气。