[发明专利]一种自润滑铜-Ti3SiC2-NbSe2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，尤其涉及一种新的自润滑铜-Ti₃SiC₂-NbSe₂复合材料及其制备方法。

背景技术

液态、半固态润滑是传统的润滑方式，也是应用最为广泛的一种润滑方式，但适用的温度范围较窄，在高温下承载能力下降、润滑性能衰减，还会造成环境污染等问题。因此，工况恶劣的场合下，传统的润滑方法已难以满足要求。对于那些长期处于高温、高速、重载、干摩擦或边界润滑状态下的零部件，减小与控制摩擦与磨损显得尤为必要。固体自润滑在性能上极大地突破了传统材料的使用极限，广泛地被应用于电子、生物、航天航空等高科技领域，是润滑领域最具有发展前景的一个方向。而铜基自润滑材料作为固体自润滑材料的一个重要的组成部分成为研究的热点之一。

由于单一材料本身的限制，要满足多种苛刻条件，必须通过材料的复合才能满足多元的需求，因此，材料的复合在固体润滑材料的研究中是十分重要的手段。如在铜基体中添加石墨、铅、二硫化钼、氧化铅、银等固体润滑剂制成的铜基固体自润滑材料在航空、汽车、电工电子等工业获得广泛的应用。铜-石墨-MoS₂是典型的滑动电接触材料，广泛用于电机的固定部件和旋转部件(换向器或集电环)之间传导电流。但铜-石墨-MoS₂存在MoS₂的电阻率高、导电性能差，石墨、MoS₂较软，存在电接触材料的承载能力和耐磨性差等问题。滑动电接触材料在大电流、高速情况下使用时，会产生电火花，使温度升高，吸附在表面的水分挥发，破坏了表面膜的完整性，造成磨粒磨损。

NbSe₂具有和MoS₂类似的晶体结构和摩擦特性，而电阻率仅为1×10^-4Ω·cm，比MoS₂低6个数量级，比石墨低1个数量级。用片状NbSe₂-Ag制备的复合材料已成功应用在航天飞机的导电滑环上，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。目前国内外研究人员也在进行有关利用纳米级NbSe₂增强Cu基复合材料的研究。

CN 101800089A公开了一种纳米NbSe₂铜基固体自润滑复合材料及其制备方法，主要是以廉价易得的Nb粉和Se粉为原料，将二者混合均匀后装入石英玻璃管中，在惰性气体的保护下加热、保温、冷却先得到纳米NbSe₂材料，再将后者按照一定的质量百分比与铜粉混合后经冷压、烧结、再冷压而得。本发明方法工艺简单、成本低廉、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。

可见，通过在铜基中添加具有特定功能的物质，可获得具有不同性能的固体自润滑材料，以满足日益复杂的工业需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种具有硬度高、抗弯强度好、电阻率低、摩擦系数小、磨损率低等众多优异性能的新的自润滑铜-Ti₃SiC₂-NbSe₂复合材料及其制备方法。

本发明所提供的自润滑铜-Ti₃SiC₂-NbSe₂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照1∶2～1∶3的摩尔比称取Nb粉和Se粉；

（2）将Nb粉和Se粉用混合均匀后装入一端封闭的石英玻璃管中，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，充入惰性气体作为保护气体，反复3次以上，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至800℃，保持1h～2h，然后使石英玻璃管内温度自然冷却到室温，得到片层状的纳米NbSe₂材料；

（4）按摩尔比为Ti∶Si∶C∶Al∶NaCl=3∶1∶2∶0.1∶0.1来称取Ti粉、Si粉、石墨粉、Al粉和NaCl粉；

（5）将步骤（4）中称得的样品加入无水乙醇，边加热边搅拌使样品混合均匀；