[发明专利]一种石墨-钢基自润滑耐磨复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种石墨‑钢基自润滑耐磨复合材料的制备方法，属于耐磨材料制备技术领域。本发明所述方法通过化学包覆方法制备近球形的镍包覆石墨颗粒，并结合新的粉末烧结工艺，所述制备方法包括以下步骤：石墨前热处理过程、石墨表面镀镍过程、粉末烧结过程；其特征在于：烧结时镀镍层阻碍了石墨溶于钢液发生反应，使微米尺度的立体近球形石墨结构在钢基体中呈弥散分布，使得钢基体形成以近球形石墨为镶嵌体的多孔结构改善材料的力学性能，石墨可降低摩擦系数、减缓摩擦表面腐蚀和氧化过程，其导热性可减少基体材料在摩擦过程中的分解。

技术领域

本发明涉及一种石墨-钢基自润滑耐磨复合材料的制备方法，属于耐磨材料制备技术领域。

背景技术

磨损现已成为机械零部件最主要的失效形式，根据资料统计，世界范围内每年约30%的一次能源会因摩擦而消耗，摩擦所导致的材料磨损也会使大约60%的机械零部件失效。通过改善润滑性能来降低材料磨损已经成为增加机械装备可靠性、延长装备的使用寿命以及节约原材料和能源的重要措施。随着工业的快速发展，制造领域及机械装备对精密和高效的需求日益迫切。基础传动零部件要达到精密和高效的前提就要尽可能保证其微小的装配间隙和优异的润滑条件，此时传统的流体介质润滑方式将不能满足，因此让材料在保证其机械性能的前提下具备自润滑性能就显得尤为重要。

铁基自润滑材料因高性价比具有非常广阔的研究和应用潜力，铁石墨系金属泛指基体组织由铁-碳合金和游离态石墨组成的金属材料。因铁-碳合金的组织和性能可调节范围大，基体中石墨则可以在摩擦作用时提供优异的润滑性能，两者通过某种金属制造工艺结合后具有优异的综合性能和较高的性价比，因此作为自润滑减磨材料的应用前景巨大。石墨的润滑性能使它通常被作为无机固体润滑剂应用于自润滑涂层和复合材料的制备中。

石墨是性能良好的固体自润滑材料，石墨具有良好的热稳定性、润滑性、耐磨性，在常温下不受强碱、强酸及有机溶剂侵蚀。同时，在摩擦时石墨微晶对金属有黏附作用，在对磨服役过程中，对磨表面金属由于发生黏着使被剪切撕裂中的石墨微粒紧紧吸附在金属氧化物中，在对磨表面形成的氧化薄膜也有减磨作用；当石墨润滑材料中的固体润滑剂可以不断补充，保持固体润滑膜的连续性和完整性时，就达到了良好的润滑和自修复效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨-钢基自润滑耐磨复合材料的制备方法，通过化学包覆方法制备近球形的镍包覆石墨颗粒，并设计粉末烧结工艺，烧结时镀镍层阻碍了石墨溶于钢液发生反应，使微米尺度的立体近球形石墨结构在钢基中呈弥散分布，并使得钢基体形成以近球形石墨为镶嵌体的多孔骨架改善材料的力学性能，石墨可降低摩擦系数、减缓摩擦表面腐蚀和氧化过程，其导热性可减少基体材料在摩擦过程中的分解，具体包括以下步骤：

（1）将热处理后的石墨粉末与硫酸镍溶液充分混合，然后将固液混合物加入高压釜进行氢还原反应，反应过程中再添加醇类表面活性剂和通用催化剂，得到镍包覆石墨颗粒。

（2）按钢粉和镍包覆石墨颗粒质量比为19:1的比例将钢粉和镍包覆石墨颗粒通过球磨混合均匀，然后进行干燥、研磨成粉末、压制成型后备用。

（3）使用真空熔炼炉对成型后的样品进行真空烧结得到石墨-钢基自润滑耐磨复合材料。

优选的，本发明步骤（1）中热处理的条件为将其装入氧化铝坩埚，放入箱式电阻炉内缓慢加热至400-500℃，保温2h-3h。

优选的，本发明所述石墨粉末的粒径为50~70微米，钢粉的粒径为40~50微米。

优选的，本发明所述钢粉原料化学成分的质量百分比为C:0 .4%~0 .6%、Si:0 .1%~0 .25%、Mn:20%~24%、Cr:3%~4%、Ti:0.06%~0.095%、V:0.44%~0.65%、Mo:0.2%~0.4%、N:0.2%~0.3%、P＜0.01%、S＜0.01%，除上述化学成分以外，其余为Fe和不可避免的杂质。