[发明专利]一种纳米NbSe2铜基固体自润滑复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及润滑材料领域，具体地说，是一种纳米NbSe2铜 基固体自润滑复合材料及其制备方法。

背景技术

滑动电接触材料现已被广泛应用于电机的固定部件和旋转部 件(例如换向器或集电环)，它能够使电机、仪表及电气装置上相 互滑动的部件之间顺利通过电流并完成相对运动。铜-石墨-MoS₂是一种典型的滑动电接触材料，它主要依靠Cu来改善材料的导电 导热能力，依靠石墨和MoS₂的减摩和自润滑作用来改善材料的摩 擦学特性；但是铜-石墨-MoS₂存在着如下问题：(1)MoS₂的电阻 率高，导电性能差，在滑动电接触材料中有大电流通过的情况下， 会产生电火花，使温度升高，造成局部空气稀薄；而石墨虽然导电 性能好，却在真空环境中受摩擦磨损严重；这些情况均会造成接触 电阻不稳定，从而引起噪音。(2)石墨和MoS₂较软，使得含有它 们的电接触材料的承载能力、耐磨能力、抗熔焊能力均低。(3)石 墨和MoS₂的导电导热性能均差，在大电流或高速电机中，将使得 电接触材料的接触表面温升过高，造成吸附在接触表面的水分易于 挥发，破坏了表面膜的完整性，从而产生磨粒磨损。(4)市售的片 层状石墨和MoS₂的机械强度均低，在高速旋转时易于破损。随着 各类电机仪表朝着小型化、大电流、高速度的方向发展，也要求滑 动电接触材料同时具有允许线速度大、接触电压低、摩擦系数小、 磨损率低、载流能力大等众多优异性能，而铜-石墨-MoS₂滑动电 接触材料显然难以满足上述要求。

NbSe₂具有和MoS₂类似的晶体结构和摩擦学特性，而电阻率 仅为10-4Ωcm，比MoS₂低六个数量级，比石墨低一个数量级；而 NbSe₂纳米纤维既有减摩耐磨的作用，又可以提高复合材料的力学 性能，纳米NbSe₂铜基复合材料无疑是一种十分具有应用前景的滑 动电接触材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有允许线速度大、接触电压低、 摩擦系数小、磨损率低、载流能力大等众多优异性能的纳米NbSe₂铜基固体自润滑复合材料及其制备方法。

上述目的是通过如下技术手段实现的：

(1)按照1∶3的摩尔比称取Nb粉和Se粉；

(2)将Nb粉和Se粉均匀混合后装入一端封闭的石英玻璃管 (Φ8mm)中，利用乙炔焰加热石英玻璃管至熔融状态，将管逐渐 拉长拉细使开口端越来越小，直至开口端呈一小孔，将此小孔与真 空泵相连，将石英玻璃管内抽成真空(100Pa)，充入惰性气体作为 保护气体，反复2～3次，再用乙炔焰加热石英玻璃管的小孔端至 熔融状态以将石英玻璃管彻底封闭；

(3)将上述封好的石英玻璃管置于一个温度梯度为1℃/cm的 管式炉中，以10℃/min的升温速率将炉内温度升高至750℃、保持 1h，即得到纤维状的纳米NbSe₂材料；再以同样的升温速率将炉内 温度升高至800℃、保持1h，即得到片状的纳米NbSe₂材料；然后 使石英玻璃管内温度自然冷却到室温；

(4)取步骤(3)制备得到的纳米NbSe₂材料与铜粉配置成纳 米NbSe₂材料的质量百分比为5％～20％的混合粉末，先在150MPa 下进行冷压，持续10min，再在700℃的Ar(氩气)流中烧结1h， 最后在180MPa下进行二次冷压，持续10min，即制得纳米NbSe₂铜基固体自润滑复合材料。

本发明方法的原料易得、价格低廉，制备工艺简单、参数易控， 生产过程安全环保，特别适合于大规模的工业生产。用本发明方法 制备得到的纳米NbSe₂铜基固体自润滑复合材料允许线速度大、接 触电压低、摩擦系数小、磨损率低、载流能力大，是一种十分具有 应用前景的滑动电接触材料。

附图说明

图1为实施例2的纤维状纳米NbSe₂铜基固体自润滑复合材 料的载荷-摩擦系数关系曲线。