[发明专利]一种双相陶瓷减磨铜合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双相陶瓷减磨铜合金及其制备方法，该减磨铜合金包括铜合金基体，所述铜合金基体上分布有Al₂O₃陶瓷相及Si₃N₄陶瓷相。该方法为以铝粉、硅粉与氧化铜粉末为原料，借助于高能激光束热源，在氮气与氩气复合保护气氛中，铝与氧化铜间的铝热反应形成原位减磨Al₂O₃陶瓷相，同时硅与氮气作用形成润滑Si₃N₄陶瓷相。该方法形成的原位减磨陶瓷相与基体界面结合强，能有效降低铜合金在服役过程中的磨损率，进而提高其服役寿命。

技术领域

本发明涉及一种铜合金及其制备方法，尤其涉及一种双相陶瓷减磨铜合金及其制备方法。

背景技术

随着现代交通运输行业的不断发展，对车辆部件材料的性能需求也相应提高。摩擦材料是制造离合器的重要材料，其力学性能和耐磨性对车辆的安全平稳运行至关重要。铜以其优异的导电导热性和良好的成型性能而被广泛应用于制造车辆离合器的重要材料之一。铜的导热性好，摩擦表面温度上升缓慢，不易与对偶材料发生粘着，延长了摩擦副的使用寿命，且相对于铁基粉末冶金摩擦材料具有较好的抗腐蚀能力。但铜的机械强度相对低于铁，导致铜基粉末冶金摩擦片在重载条件下的应用收到限制。因此，提高铜合金耐磨性对提高离合器使用寿命至关重要。

传统的合金化法是向铜基体中加入Ag、Sn、Cr、Zr、Ni等合金元素，合金元素固溶到Cu基体中或与Cu生成金属化合物进而强化铜合金，但合金元素对铜合金基体的力学性能与耐磨性的强化作用有限。颗粒增强金属基复合材料兼具了金属基体的良好的延展性、导电导热性和陶瓷颗粒的高强度、高耐磨性和高温稳定性，与固溶强化元素相比，基体中的第二相对电子的散射作用要小很多。因此，陶瓷相的加入，不仅可显著提高铜基体的强度，且能促使铜合金的耐磨性得到提升。增强相颗粒的加入方式可分为外加法和原位法。相比于外加法，原位法是通过基体内的组元之间发生化学反应生成增强相颗粒，通过这些内生的弥散颗粒，提高基体的力学性能。目前，通过燃烧合成和热压复合工艺成形Cu-Ti-C复合粉末，形成原位TiC陶瓷增强铜合金，一定程度上提高了铜的耐磨性。Al2O3 具有高强度、高耐磨性、耐腐蚀等优点，并且经常作为摩擦组元加入铜基粉末冶金摩擦材料。故众多研究聚焦基于铝热反应在铜合金基体上形成Al2O3陶瓷相以增强其耐磨性。但目前多以单一原位陶瓷相增强铜合金，其对提高铜的耐磨性贡献度有限。故基于原位陶瓷相强化的铜合金耐磨性是当前亟需解决的难题。

发明内容

发明目的：本发明的第一个目的是提供一种减磨相与基体界面结合强、能有效降低铜合金在服役过程中的磨损率，进而提高其服役寿命的双相陶瓷减磨铜合金；

本发明的第二个目的是提供一种双相陶瓷减磨铜合金的制备方法。

技术方案：本发明所述的双相陶瓷减磨铜合金，包括铜合金基体，所述铜合金基体上分布有Al₂O₃陶瓷相及Si₃N₄陶瓷相。

优选的，所述Si₃N₄陶瓷相由硅与氮气在铜合金基体表面原位形成。

上述双相陶瓷减磨铜合金的制备方法，包括下述步骤：

(1)将铝粉与氧化铜粉末经球磨后获得Al/CuO粉末；

(2)向Al/CuO粉末中加入硅粉，继续球磨混合，获得复合材料粉末；

(3)在保护气氛下，采用激光束将复合材料粉末进行扫描烧结成形，在铜合金基体上原位形成Al₂O₃陶瓷与Si₃N₄陶瓷相。

优选的，步骤(1)中，所述铝粉和氧化铜粉末的摩尔比为2:3。