[发明专利]一种石墨烯碳纳米管混杂增强铝轴承材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯碳纳米管混杂增强铝轴承材料及其制备方法，所述材料以Al‑20Sn铝基轴承合金为基体，镀铜石墨烯和镀铜碳纳米管为增强体，具体制备步骤如下：步骤一、采用化学镀在石墨烯和碳纳米管表面进行镀铜处理；步骤二、采用球磨处理制备镀铜石墨烯/镀铜碳纳米管/铝‑锡‑铜‑镁复合粉体；步骤三、镀铜石墨烯/镀铜碳纳米管/铝‑锡‑铜‑镁复合粉体经冷压成型后，采用真空热压烧结的方法进行铝基复合材料的制备。本发明采用球磨混粉热压烧结法可以制备出石墨烯及碳纳米管增强铝锡基复合材料，材料基体上分布着丝状的碳纳米管和片状的石墨烯，局部区域有石墨烯及碳纳米管的团聚。

技术领域

本发明涉及一种铝基轴承合金及其制备方法，具体涉及一种石墨烯碳纳米管混杂增强铝轴承材料及其制备方法。

背景技术

铝基轴承合金可分为Al-Sn、Al-Pb、Al-Si、Al-Zn和Al-Bi等合金系，而Al-Sn系轴承合金是应用最早的铝基轴承合金，并且在20世纪50、60年代在美国、英国、德国等国得到了突飞猛进的发展，这种材料与以往的铝合金轴承材料相比，其抗咬合性能更优，与巴氏合金轴承材料相比，承载能力更强，由于其性能优良、价格适中，因此得到广泛地应用。为了进一步提高铝锡轴承合金的综合性能，国内外研究人员进行了大量研究。

合金化是改善铝锡合金摩擦性能的主要方法之一，Felipe等研究了Cu、Si元素对轴承合金摩擦学性能的影响。Al-Sn-Cu合金中观察到最佳的耐磨性能与较粗的微观结构有关，而细化的微观结构改善了拉伸性能，表明拉伸性能和耐磨性能之间呈反向关系。秦胜毅等人在铝锡二元轴承合金的基础上加入第三元素Cu，并在铝基轴承合金表面镀覆一层成分为Sn8%～12%，Cu1%～3%，余量为Al的Al-Sn-Cu三元合金，研究表明：铝锡铜轴承合金具有较高的抗疲劳强度，较好的抗咬性、顺应性和嵌藏性。20世纪80年代初期，人们开发成功Al-Sn-Si系轴承合金材料，由于在Al-Sn合金基体中弥散析出Si硬质相，且分布均匀有助于提高轴承合金的耐磨性、抗疲劳强度和抗咬合性，降低合金的线膨胀系数，因而在工业发达国家被广泛地应用于汽车发动机主轴瓦及连杆瓦。Lu等研究了纳米Si、Sn 的加入对Al-12wt%Sn合金摩擦磨损性能的影响。研究发现Si颗粒的抛光作用与Sn富集产生的润滑作用以及合金硬度的增加，造成合金的摩擦系数与磨损量在加入Si 后同时降低。

机械合金化可以得到更小的晶粒和析出相，因此刘辛、曾美琴等采用球磨法制备了Al-20%Sn合金复合粉体，之后采用冷压成型和热压烧结技术制备得到铝基轴承合金，通过球磨转速、球料比和球磨时间的优化可以实现锡粉在铝粉中的均匀分散，通过烧结过程中温度和压力的控制可以降低锡相和Al-20%Sn合金的晶粒尺寸。后续该课题组又通过填MgH₂的方法，改善合金的结合性和耐磨性。

石墨烯自被发现以来，以其特有的力学性能和物理性能，受到了广泛的关注。单层墨烯的本征抗拉强度为130GPa，是目前强度最高的材料，多层石墨烯也有相似的力学性能。另外，更为关键的是，石墨烯具有良好的自润滑作用，在干摩擦条件下，可以显著降低材料的摩擦系数，这对减少零件的损耗意义重大，碳纳米管与石墨烯有相近的力学性能和物理性能，石墨烯与碳纳米管混杂有利于粉体在铝合金中的分散。然而，石墨烯及碳纳米管与铝粉之间的润湿性优劣，会严重影响石墨烯及碳纳米管在铝粉中的分散。如能通过石墨烯碳纳米管混杂实现铝基轴承摩擦系数降低，对铝基轴承的更广泛应用将具有显著意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯碳纳米管混杂增强铝轴承材料及其制备方法，采用石墨烯及碳纳米管混杂来实现轴承合金的改性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：