[发明专利]一种铜基自润滑复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铜基自润滑材料及其制备方法，属于金属基复合材料的制备，本发明采用粉末冶金热压法制备铜基自润滑材料。其原料为铜镍银合金粉末、及石墨，其中复合材料以铜镍合金为基体，银为弥散强化相，石墨为固体润滑添加剂。其质量百分比，由铜为65％‑88％、镍为2％‑16％、银为0.5％‑4.5％、石墨为5％‑20％组成，通过将原料粉末的混合，经压力范围为1‑40MPa，温度范围为900‑1200℃热压制备得出系列铜基自润滑材料。该材料性能优异，摩擦系数低，强度高，可以满足多种严苛使用环境的需求，且该工艺具有控制容易，生产成本低等特点。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别是涉及铜基自润滑材料及其制备方法。

背景技术

在现代的工业生产和人类生活中，摩擦磨损是造成材料损耗和能量耗散的重要原因之一，通过使用润滑材料可以有效改善材料的磨损情况，延长摩擦件的使用寿命，减少能量的耗散。铜基自润滑材料因其良好的力学性能、耐腐蚀性能、导热性能好以及润滑减摩性能好等特点可以很好地满足精密零件的使用条件和严苛的环境要求，在铁路交通、工程机械、航空航天等领域均得到了广泛使用。

铜基自润滑复合材料是金属基自润滑材料的重要组成部分，同时其也是在室温至500℃间润滑摩擦用的首选材料。通过粉末冶金方法制备的铜基自润滑轴承和轴瓦在纺织机械、食品机械、办公机械及汽车工业中均得到了广泛的应用。随着工业技术的发展，对于特殊服役条件下的自润滑材料要求越来越高，要求相对摩擦的零部件能长时间工作在高温、高负荷、强腐蚀等特殊工况，对于传统的锡青铜、铅青铜等自润滑材料，随着使用环境温度的升高，其强度明显降低、耐磨性也随之变差。为了进一步提高铜基体的机械性能和摩擦学性能，一般采取固溶强化和弥散强化的方式来增强铜基体的性能，通常添加纳米级别的氧化物、硼化物、氮化物、碳化物等弥散强化相颗粒，形成弥散强化铜基体材料，或者往基体中添加锌，铝，镍等合金元素，形成固溶强化铜基体材料。镍与铜在周期表中位置相近且原子半径相差很小，因此可以形成无限固溶的铜镍合金基体，具有高强度和耐热性能。银与铜固溶度很低，与镍几乎不互溶，通过雾化制粉制备的铜合金粉末中的部分银元素在烧结的过程中在基体晶界处析出，通过析出强化的方式进一步强化铜基体，以满足要求日益严苛的使用要求。

将石墨等固体润滑剂加入铜基体中是铜基自润滑材料常见的增润减摩方式。石墨是碳的一种同素异构形态，具有由众多互相平行的层状原子面相互叠合而成的六方晶系层状晶体结构，在其中任意原子面内，每个碳原子与相邻的3个碳原子相连接且距离相等，这样的排列方式使得每层碳原子均构成正六边形，碳原子间由共价键相连，各共价键强度相等，任意两相邻的共价键夹角均为120°。在晶体结构中，原子间的距离越大其结合力就越小，对于石墨而言，其相邻层间碳原子的结合力要远小于同层碳原子间的结合力，二者相差约100倍，因此具有较小结合力的层间碳原子容易分离，这导致石墨不同原子层相对分离并且容易滑动形成滑移面，保证其良好的润滑性能。

但经检索发现，到目前为止，还未见有人尝试采用同时含有Ni、Ag的铜基气雾化粉末为原料，通过控制原料中的Ni、Ag含量配合适量的石墨粉经粉末冶金的方法制备高性能铜基自润滑复合材料的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜基自润滑复合材料及其制备方法，以提高铜基自润滑材料的机械性能、减摩润滑性能和环境适应性。

本发明首次尝试了采用同时含有Ni、Ag的铜基气雾化粉末为原料，通过控制原料中的Ni、Ag含量，配合适量的石墨粉采用适当的粉末冶金工艺制备出了性能优越的铜基自润滑复合材料。本发明所得产品在300℃的压缩强度远远优于现有产品。

本发明一种铜基自润滑复合材料；以质量百分比计；由下述组分组成：

Ni：2～16％、优选为3～8％；

Ag：0.5～4.5％、优选为1.5～3％；

石墨：5～20％、优选为8～12％；

余量为Cu。