[發明專利]一種高性能鋼基銅合金石墨復合材料

在審

• 申請號: 201711334523.X
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108220745A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 方燦根
• 申請（專利權）人: 浙江燦根智能科技有限公司
• 主分類號: C22C30/04
• 分類號: C22C30/04;C22C30/02;C22C32/00;G01N33/00;G01N3/40;G01N3/56;G01N9/00
• 代理公司: 杭州聚邦知識產權代理有限公司 33269
• 代理人: 蔣全強

本發明公開了一種高性能鋼基銅合金石墨復合材料，所述鋼基銅合金石墨自潤滑復合材料的制備原料的質量百分比為：Sn：4?6％、石墨：7?9％、Ni：9?11％、Cu：34?36％、硼：0.005?0.05％wt和Fe：45?48％，其制備方法包括如下步驟：性能分析、制備Ag?Sn顆粒和制備復合材料；本發明主要由銅、合金元素作為主體外加石墨構成，銅基石墨復合材料既具備銅合金基體的導熱性、耐磨性、較高強度、耐電弧燒蝕等特點，同時又具備石墨良好的潤滑性能及在高溫下≤500℃也具有良好潤滑性的特點，廣泛應用于無油或少油的工況條件下，還可以改善銅材的性能，延長其使用壽命，通過石墨、鎳、硼結合解決了石墨與基體潤濕性差的問題，改善了銅合金石墨與鋼基體界面，使其良好地結合。

技術領域

本發明涉及鋼基銅合金石墨復合材料技術領域，具體為一種高性能鋼基銅合金石墨復合材料。

背景技術

隨著人們生活節奏越來越快，對軸承材料的要求也越來越高，在許多方面，低速、低載的軸承已經不能滿足人們的要求，高速、高載荷的軸承在將來勢必會占據重要的地位，那么，鋁基合金由于其耐磨性能、疲勞性能差等因素，在使用上會受到很大的限制，銅基合金便顯示出了其優越性。不僅于此，在某些特殊工況下，如高溫、高真空、高負荷以及會破壞油脂等限制潤滑劑使用的條件下，還要求軸承需具備自潤滑的功能，這就使得銅基自潤滑復合材料成為人們研究的熱點，而現有的鋼基銅合金石墨復合材料為不具有優化耐磨磨、耐潤滑性，不能提高跑合層的強度和耐腐蝕性，不能起到防腐蝕、增加機械強度的作用，不可以改善銅材的性能，不能延長其使用壽命，也不具備良好的耐蝕耐磨性及抗咬合性。因此，開發新型的銅合金石墨復合材料成為研究的焦點，也成為了鋼基銅合金石墨自潤滑材料最主要發展方向。

發明內容

本發明提供一種高性能鋼基銅合金石墨復合材料，主要由銅、合金元素作為主體外加石墨構成，銅基石墨復合材料既具備銅合金基體的導熱性、耐磨性、較高強度、耐電弧燒蝕等特點，同時又具備石墨良好的潤滑性能及在高溫下≤500℃也具有良好潤滑性的特點，廣泛應用于無油或少油的工況條件下，提高跑合層的強度和耐腐蝕性，起到防腐蝕、增加機械強度的作用，還可以改善銅材的性能，延長其使用壽命，通過石墨、鎳、硼結合解決了石墨與基體潤濕性差的問題，改善了銅合金石墨與鋼基體界面，使其良好地結合，采用石墨、Ni-B制備的復合材料與未經處理制備的復合材料相比，產生優良的界面，使得材料孔隙率降低，從而使復合材料整體硬度密度、壓縮強度等均有明顯提升，可以有效解決上述背景技術中的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種高性能鋼基銅合金石墨復合材料，所述鋼基銅合金石墨自潤滑復合材料中的材料的制備原料包括：Sn、石墨、Ni、Cu、硼和Fe，其中鋼基銅合金石墨自潤滑復合材料的制備原料的質量百分比為：Sn：4-6％、石墨：7-9％、Ni：9-11％、Cu：34-36％、硼：0.005-0.05％wt和Fe：45-48％。

根據上述技術方案，所述高性能鋼基銅合金石墨復合材料的制備方法包括如下步驟：

1)性能分析：采用了SEM、EDS、XRD、HRTEM等分析方法分析石墨、鎳、硼的物相組成，并采用電子萬能試驗機、硬度計、密度計、摩擦磨損試驗機分析復合材料的力學性能、硬度、密度、摩擦磨損性能；

2)制備Ag-Sn顆粒：經對石墨進行敏化、活化處理，成功在其制備了具有自催化作用的Ag-Sn顆粒，作為CuSO₄沉積在石墨表面的形核中心；

3)制備復合材料：采用簡單的方法成功在石墨中具備Ni-B相，均勻的分布在石墨表面，再步驟1)中通過SEM、HRTEM、SAED和XRD的分析，驗證了通過該簡單的工藝獲得了石墨-鎳硼合金的核殼結構，半固態Ni-B相組成為微晶鎳和非無定型鎳硼相，形成復合層，經過300℃熱處理2h后，無定型鎳硼相完全結晶，即得高性能鋼基銅合金石墨復合材料。

根據上述技術方案，所述步驟2)中CuSO₄與石墨的濃度比為1.44:1。