[發明專利]鍍銅石墨和納米碳化硅混雜增強銅基復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010514440.0
• 申請日: 2010-10-21
• 公開（公告）號: CN101982552A
• 公開（公告）日: 2011-03-02
• 發明（設計）人: 王桂松;耿林;劉寶璽;羅陽;王虎偉;尹成
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C23C18/40;C23C18/18;B22F1/00;B22F3/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域：

本發明涉及一種用粉末冶金法制備鍍銅石墨和納米碳化硅混雜增強銅基復合材料及其制備方法。

背景技術：

目前我國的鐵路提速是通過鐵路的電氣化和高速化實現的，而且只有實現電氣化，才能實現鐵路運輸的高速化目標。而受電弓滑板是電力機車的靈魂部件，起到從電網中獲取電流并通過其向機體傳輸的過渡作用。純銅具有良好的導電、導熱性以及優良的耐蝕性和工藝性，它作為導電、導熱功能材料被廣泛的用于工業生產中。但銅的強度低、耐磨性差，高溫下易軟化變形，因而其應用在某些領域受到了限制。銅合金中的強度和導電率一直是一對相互矛盾的特性，一般只能在犧牲電導率和熱導率的前提下改善銅的力學性能，來獲得高的強度。因此通常選用石墨與銅結合的方式，但研究發現石墨與銅的潤濕性差，隨著石墨含量的增加，復合材料的致密度急劇下降，嚴重破壞復合材料的力學性能及導電、導熱性，因此對石墨顆粒做適當的涂層處理以提高材料的致密度是充分發揮優異性能的基礎。

發明內容：

本發明目的是為了解決現有銅基復合材料存在力學性能及導電、導熱性能不能兼顧的問題，而提供一種鍍銅石墨與納米碳化硅顆粒混雜增強銅基復合材料及其制備方法。

本發明鍍銅石墨和納米碳化硅混雜增強銅基復合材料的基體是按照體積百分比由80％～90％純銅粉或銅合金粉，5％～15％含鍍銅層石墨顆粒以及1％～5％納米碳化硅顆粒混合制得。

鍍銅石墨和納米碳化硅混雜增強銅基復合材料的制備方法包括以下步驟：步驟一：石墨顆粒化學鍍銅前的預處理：a、親水化處理：將100～500目的石墨顆粒在濃度為5～15％的NaOH溶液中煮沸10～30min，然后用蒸餾水將石墨顆粒洗滌至中性；b、粗化處理：將經過步驟a處理過的石墨顆粒用5～15％的HNO₃煮沸10～30min，然后用蒸餾水沖洗至中性；c、敏化處理：在30～50℃的水浴鍋中，將經過步驟b粗化處理過的石墨顆粒加入到裝有由20～40g/L的氯化亞錫和20～30ml/L的質量分數為37％的鹽酸配制的敏化液的燒杯中，在機械攪拌的作用下反應10～30分鐘，然后靜置沉淀，將上層溶液傾倒，用抽濾法將敏化后的顆粒沖洗至中性；d、活化處理：在30～50℃的水浴鍋中，將經過步驟c敏化處理后的石墨顆粒加入10～50ml蒸餾水，調成稀糊狀，加入到由40～60mg/L氯化鈀和20～30ml/L質量分數為37％的鹽酸配制成的活化液當中，在機械攪拌的作用下反應10～30min，然后靜置沉淀，將上層溶液傾倒，用抽濾法將活化后的石墨顆粒沖洗至中性；e、還原處理：將經過步驟d活化處理后的石墨顆粒用3～5ml/L甲醛溶液或次亞磷酸納溶液，在30～50℃水浴條件下加熱攪拌15～20min，過濾，用蒸餾水沖洗到中性，烘干備用；

步驟二：石墨顆粒化學鍍銅：分別將5～20g?CuSO₄·5H₂O、10～40g?Na₂EDTA、5～30gC₄H₄KNa·4H₂O溶于50～65℃的蒸餾水中，將5～20gNaOH溶于冷水中；再將裝有CuSO₄·5H₂O溶液的燒杯放置在50～60℃的水浴鍋中，邊攪拌邊將Na₂EDTA溶液緩緩加入到CuSO₄·5H₂O溶液，攪拌10～30分鐘后，加入C₄H₄KNa·4H₂O溶液，隨后緩緩加入NaOH溶液并加大攪拌力度；待溶液澄清后加入10～50mg的α，α’-聯吡啶，攪拌均勻后用蒸餾水稀釋至1L作為鍍液待用，將配制好的鍍液加熱到60～65℃，加入5～20ml質量分數為37％的甲醛，調整pH，鍍液pH由質量濃度為1％～10％的NaOH稀溶液調至11～13，加入經步驟一預處理過的石墨顆粒，在連續攪拌的條件下進行化學鍍銅反應，鍍層厚度由時間控制在0.5～5μm；

步驟三、將體積百分比為1％～5％的20～60nm的碳化硅顆粒和體積百分比為80％～90％的100～400目銅粉按照球料比3～4∶1的比例用行星式球磨機混合均勻，轉速為300～500r/min，時間為6～10h，然后將混合粉末與體積百分比為5％～15％的經步驟二鍍銅處理過的含鍍銅層的石墨顆粒在滾筒式混粉設備上進行混合，球料比為2～3∶1，球磨時間為4～10小時，轉速為50～150轉/分鐘；