[发明专利]一种铜合金基自润滑复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种铜合金基自润滑复合材料，其特征在于其化学成分按质量百分比为：Ni 9~10%、Sm₂O₃0.5~1%、MoS₂0.5~1%、Ag 0~1%、CaF₂0~2%、Al₂O₃1~2%、W 0~3%、镀镍石墨1~3%、镀铜碳纤维1.1~3.0%、造孔剂NH₄HCO₃0~2.8%、ZQSn663锡青铜粉末73.7~81.5%，其密度为4.71~6.54g/cm³，硬度为30~58HV，压溃强度99~222MPa，摩擦系数为0.15~0.06。

2.根据权利要求1所述的一种铜合金基自润滑复合材料，其特征在于所述的ZQSn663锡青铜粉末的化学成分按质量百分比为Zn5~7%，Sn5~7%，Pb2~4%，余量为铜。

3.根据权利要求1所述的一种铜合金基自润滑复合材料，其特征在于所述的镀铜碳纤维直径为1~2μm，长度为1~2mm。

4.一种铜合金基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）混料：用料筒在混料机上进行料粉的混合，混料机转速为300~400r/min，料筒中加入钢球和弹簧组成磨料，使磨料与冶金用复合粉末的体积比为7：1；其中冶金用复合粉末混料按以下步骤进行：

（a）分别称取Ni、Sm₂O₃、MoS₂、Ag、CaF₂、Al₂O₃、W、镀镍石墨、镀铜碳纤维、造孔剂NH₄HCO₃和ZQSn663锡青铜粉末待用，称取量按质量百分比计为Ni 9~10%、Sm₂O₃0.5~1%、MoS₂0.5~1%、Ag 0~1%、CaF₂0~2%、Al₂O₃1~2%、W 0~3%、镀镍石墨1~3%、镀铜碳纤维1.1~3.0%、造孔剂NH₄HCO₃0~2.8%、ZQSn663锡青铜粉末73.7~81.5%；

（b）将称取好的纳米Al₂O₃粉和ZQSn663锡青铜粉按质量比1:1湿混5~8h，形成中间合金粉末；

（c）将称取好的W粉和ZQSn663锡青铜粉按质量比为1：1干混5~8h，形成中间合金粉末；

（d）取步骤（b）的纳米Al₂O₃中间合金粉末和步骤（c）的W粉中间合金粉末，再加入称取好的Ni、Sm₂O₃、MoS₂、Ag、CaF₂、镀镍石墨和剩余的ZQSn663锡青铜粉末干混6~8h，待混合均匀成为压制样品用粉末；

（e）取称取好的镀铜碳纤维，将其切割成长度为1~2mm的短碳纤维，用体积比为1：1的甘油和酒精配成溶液，用磁力搅拌器将碳纤维泡在溶液中搅拌5~8h，使碳纤维相互分散开来，然后用蒸馏水洗净；

（f）将步骤（e）处理好的镀铜碳纤维与步骤（d）混合均匀的粉末放在容器中形成复合合金粉末，再加入质量为复合合金粉末质量0.5~1%的粘结剂硬脂酸锌，加入蒸馏水将其浸没，在电动搅拌器下搅拌8h，将搅拌好的粉末和镀铜碳纤维放在烘箱里，80℃烘干，然后将烘干后的复合粉末再放入球磨机中干混4~8h；

（g）将称取好的造孔剂NH₄HCO₃加入步骤（f）制备的粉末中干混5~6h，成为冶金用复合粉末；

（2）样品压制：根据粉末的松装密度和设定的烧结密度称料，样品在液压机上进行双向压制，压制过程中保证均匀、缓慢的进行加压和释压过程，然后达到预定压制压力563MPa后保压1min，以便气体能够顺利排出，同时保证粉末在型腔中充分填实；

（3）样品的烧结：压制好的样品在管式炉氢气保护气氛下烧结，烧结氢气压力为0.7~0.8MPa，以3℃/min的升温速度加热到600℃后保温1h，然后以3℃/min的升温速度加热到940℃进行保温烧结4h，然后断电，在不断保护气氛的条件下，随炉水冷却到样品区温度低于200℃后样品出炉；

（4）对烧结完成后的样品进行热浸复合PTFE：将水浴锅加热到50℃~70℃，再将烧结好的样品放在装有PTFE液体的烧杯中，将烧杯放入水浴锅中热浸1.5h，将热浸好的样品取出，放在烘干箱中120℃烘干制备得复合材料；若造孔剂添加量为0，则不需进行此步骤。