[发明专利]一种含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承及其制备方法

权利要求书

1.一种含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承，其特征在于，所述自润滑滑动轴承由外圈铝合金层和内圈石墨/铝基自润滑复合材料层构成；所述内圈石墨/铝基自润滑复合材料层是由环状蜂窝结构石墨骨架和填充于蜂窝结构孔洞内的铝合金构成，所述外圈铝合金层和内圈中的铝合金为同种铝合金，主要成分由Al、Mg、Si、石墨烯组成，其中Mg的质量分数为5~10wt.%，Si的质量分数为6%~8wt.%，石墨烯质量分数为0.2-0.5wt.%，余量为Al，所述内圈中的石墨为含石墨烯的石墨骨架，该含石墨烯的石墨骨架由天然鳞片石墨粉、酚醛树脂粉、石墨烯配比混料构成。

2.根据权利要求1所述的含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承，其特征在于，所述内圈是通过选择性激光烧结法SLS制备成环状蜂窝结构石墨骨架，其中酚醛树脂为石墨粉质量分数的20%~50%，石墨烯的含量为整体混料质量分数的1~3%，环状蜂窝结构石墨骨架厚度为2~5mm。

3.权利要求1或2所述的含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承的制备方法，其特征在于，将柱状型芯安放于环状蜂窝结构石墨骨架内，再将熔融铝合金液浇铸于金属铸型内，铝合金液将石墨骨架内的蜂窝状空洞填充，同时再将石墨骨架外部的金属铸型填满，从而形成外圈铝合金层和内圈石墨/铝基自润滑复合材料层，具体包括如下步骤：

步骤一、石墨骨架坯体制备，通过CAD软件设计出石墨骨架数据模型，采用选择性激光烧结SLS的方式将天然鳞片石墨粉混料制备成所需结构的石墨骨架坯体；

步骤二、将上述石墨骨架坯体烘烤，使石墨骨架二次固化；

步骤三、将二次固化后的石墨骨架坯体置于浸渍液中浸渍，取出石墨骨架坯体，清理掉表面多余的树脂之后置于干燥箱中，干燥，然后将石墨骨架坯体烘烤，待烘箱自然冷却后取出浸渍好的石墨试样，重复2~3次，从而制备出浸渍强化的石墨骨架；

步骤四、将上述浸渍石墨骨架置于高温碳化炉中，在氮气或氩气的保护气氛中，在温度为900-1300℃，高温处理15-24h，然后炉内自然冷却到室温，即制备得到含石墨烯的石墨骨架；

所述含石墨烯的石墨骨架中，酚醛树脂粉为天然鳞片石墨粉质量分数的20%~50%，石墨烯的含量为整体混料质量分数的1~3%，所述浸渍液由酚醛树脂、环氧树脂、无水乙醇均匀混合而成，其中酚醛树脂与环氧树脂的质量比为3：1-2，无水乙醇的质量为混合树脂总质量的5-20%；

步骤五、将碳化后的石墨骨架置于氢氧化钠及碳酸钠混合液中，超声清洗，然后用去离子水冲洗至中性；将超声清洗后的石墨骨架完全浸入电镀液电镀；取出石墨骨架用去离子水冲洗至中性，置于苯并三氮唑酒精溶液中钝化，冲洗至中性，干燥后得到镀铜石墨骨架；

步骤六、将镀铜石墨骨架在上述的型芯及金属铸型中固定好，预热，铝合金加热至700-800℃保温20min，在氩气气氛中采用铸造法将铝合金液浇铸到金属铸型中，自然冷却至室温，得到含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承。

4.根据权利要求3所述的含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承的制备方法，其特征在于，步骤一中，所设计的环状蜂窝结构石墨骨架，其石墨质量分数为内圈石墨/铝基自润滑复合材料层的8%~10%；所述的环状蜂窝结构石墨骨架的单胞结构为正六棱柱，上下底面为正六边形，其边长为3-6mm，边的宽度为0.30~0.37mm，侧棱线的高度为2~5mm。

5.根据权利要求3所述的含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承的制备方法，其特征在于，步骤二中，石墨骨架坯体烘烤的温度为140-200℃，烘烤时间为35-50min，步骤三中，干燥温度为50-60℃，干燥时间为24-36h；石墨骨架坯体烘烤的温度为140-200℃，烘烤时间为60-140min。

6.根据权利要求3所述的含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承的制备方法，其特征在于，步骤五中，氢氧化钠的质量浓度为80-120g/L；碳酸钠的质量浓度为15-30g/L；所述的电镀液为采用蒸馏水配置，其中，硫酸体积浓度为20-30ml/L，硫酸铜的质量浓度为60-100g/L；所述的苯并三氮唑酒精溶液中，苯并三氮唑的质量分数为0.5-1.5%。

7.根据权利要求3所述的含石墨烯的石墨/铝基自润滑滑动轴承的制备方法，其特征在于，步骤六中，将镀铜石墨骨架在上述的型芯及金属铸型中固定好后预热至350-450℃。