[發明專利]一種銅基高溫自潤滑復合材料

有效

• 申請號: 201710695048.2
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107586989B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 劉詠;呂信群;譚彥妮;甘子旸;劉彬
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C9/02;C22C9/08;C22C1/05;C23C18/40
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

技術領域

本發明屬于粉末冶金材料技術領域，尤其涉及一種銅基復合材料。

背景技術

近年來，隨著我國交通、通訊、電力電子、國防軍工等行業的快速發展，高性能銅基自潤滑材料在各種軌道交通弓網系統、雷達匯流環中的電刷和導電環、電磁軌道炮電樞/導軌系統、電器控制插接件等領域得到大量應用。同時，為滿足行業發展的需求，銅基自潤滑材料的服役條件也向高速、重載、交變溫度、腐蝕性介質等苛刻化方向演變。例如：在高速鐵路弓網系統中，受電弓滑板/接觸線摩擦副的使用工況條件向高電壓、大電流、高速滑動、隨機變載荷、外部環境復雜多變等苛刻化方向發展；在電磁軌道炮電樞/導軌系統中，電磁軌道炮發射初速高，驅動電流脈沖幅值可達數百千安甚至兆安量級，電樞/導軌界面上的摩擦、電弧等會導致導軌材料局部熔化和磨損，要求炮體導軌材料應滿足高電導率、高耐磨性和高抗燒蝕能力。

目前關于高性能銅基自潤滑復合材料的設計主要集中在材料整體強化、材料表面強化和材料表面減阻等三個方面。

1)對于材料整體強化，可以借助合金化法(固溶強化、時效析出強化等)、復合強化法(原位自生、外加顆粒等)和輔助強化法(形變強化、細晶強化等)等途徑來實現材料導電性、強度以及耐磨耐蝕性等綜合性能的提高。田保紅等人提出了一種氧化鋁粒子彌散強化銅復合材料及其制備方法(參見CN201210006177.3號中國專利文獻)，該專利采用內氧化燒結、熱擠壓和冷拉拔變形制備出拉伸強度大于500MPa，導電率80％～90％IACS的銅基復合材料，但該方法工藝復雜，摩擦性能達不到要求。江奇等人提出了一種銅基滑板材料的制備方法(參見CN201510217549.0號中國專利文獻)，該專利以銅為基體材料，以碳納米管、鈦硅碳作為增強材料，以石墨為自潤滑耐磨材料，經濕化學法預處理后化學鍍銅，通過真空熱壓制得硬度44.3HBS，電阻率1.67uΩ·m，摩擦系數0.1096的銅基復合材料。

2)對于材料表面強化，可以通過表面自身納米晶化技術手段提高材料表面強度、韌性、耐磨性和抗腐蝕性能，也可通過熱噴涂技術和激光熔覆技術制備出特定的功能性涂層，如耐磨涂層、耐腐蝕涂層、耐高溫涂層等，從而改善材料表面性能。但是該方法一般伴隨著復雜的工藝流程和較高的成本，不適用于大批量的工業生產。

3)對于材料表面減阻，可以通過添加一系列合適的潤滑組元有效改善耐磨銅基材料的力學性能和摩擦磨損性能，但是往往材料的高耐磨性能與高自潤性能之間存在著競爭關系，即當提高固體潤滑相的比例時，往往會降低材料的力學性能，使壓潰強度、密度和硬度降低，造成材料的耐磨性能降低。陳歲元等人提出了一種銅合金基自潤滑復合材料及其制備方法(參見CN201210503144.X號中國專利文獻)，該專利以MoS₂、AgO、CaF₂、鍍鎳石墨、鍍銅碳纖維為固體潤滑劑，通過粉末冶金燒結和復合熱浸封孔技術相結合的方法制備出硬度為30～58HV，壓潰強度99～222MPa，摩擦系數為0.15～0.06的銅基自潤滑復合材料。該方法組元成分復雜，會對材料應用領域范圍造成一定的影響。

由以上研究可以看出，常規的銅基復合材料難以同時滿足高速、重載、交變溫度、腐蝕性介質等苛刻服役條件。因此對開發出滿足實際工況的高性能銅基高溫自潤滑復合材料具有迫切的需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種具有優異力學性能、高溫潤滑和耐磨損，而且在高速滑動的工況下能夠保證低摩擦系數和低磨損量的高性能銅基高溫自潤滑復合材料。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種銅基高溫自潤滑復合材料，其組成成分及重量百分比為：鍍銅石墨為10％～20％，錫粉為7％～12％，銀粉為0.5％～2％，鉛粉為7％～15％，余量為無氧銅粉，其中，所述鍍銅石墨中石墨質量占鍍銅石墨總質量的40～60％(更優選為50％)。

上述銅基高溫自潤滑復合材料中，鍍銅石墨中石墨質量占鍍銅石墨總質量超過60％在工藝上較難實現，但低于40％又會使鍍層不完整，鍍層的效果不明顯。

上述銅基高溫自潤滑復合材料中，優選的，其組成成分中錫粉與銀粉的重量百分比為：錫粉為9～10％，銀粉為1.5～2％。更優選的，錫粉為10％，銀粉為2％。過高的錫含量在熱壓燒結時會出現錫液相，不利于燒結制備，過高的銀含量會導致材料成本大大提高，綜合考慮工藝、成本及材料的性能，錫粉含量為10％，銀粉含量為2％為最優選擇。