[发明专利]一种高性能钢基铜合金石墨复合材料

说明书

本发明公开了一种高性能钢基铜合金石墨复合材料，所述钢基铜合金石墨自润滑复合材料的制备原料的质量百分比为：Sn：4‑6％、石墨：7‑9％、Ni：9‑11％、Cu：34‑36％、硼：0.005‑0.05％wt和Fe：45‑48％，其制备方法包括如下步骤：性能分析、制备Ag‑Sn颗粒和制备复合材料；本发明主要由铜、合金元素作为主体外加石墨构成，铜基石墨复合材料既具备铜合金基体的导热性、耐磨性、较高强度、耐电弧烧蚀等特点，同时又具备石墨良好的润滑性能及在高温下≤500℃也具有良好润滑性的特点，广泛应用于无油或少油的工况条件下，还可以改善铜材的性能，延长其使用寿命，通过石墨、镍、硼结合解决了石墨与基体润湿性差的问题，改善了铜合金石墨与钢基体界面，使其良好地结合。

技术领域

本发明涉及钢基铜合金石墨复合材料技术领域，具体为一种高性能钢基铜合金石墨复合材料。

背景技术

随着人们生活节奏越来越快，对轴承材料的要求也越来越高，在许多方面，低速、低载的轴承已经不能满足人们的要求，高速、高载荷的轴承在将来势必会占据重要的地位，那么，铝基合金由于其耐磨性能、疲劳性能差等因素，在使用上会受到很大的限制，铜基合金便显示出了其优越性。不仅于此，在某些特殊工况下，如高温、高真空、高负荷以及会破坏油脂等限制润滑剂使用的条件下，还要求轴承需具备自润滑的功能，这就使得铜基自润滑复合材料成为人们研究的热点，而现有的钢基铜合金石墨复合材料为不具有优化耐磨磨、耐润滑性，不能提高跑合层的强度和耐腐蚀性，不能起到防腐蚀、增加机械强度的作用，不可以改善铜材的性能，不能延长其使用寿命，也不具备良好的耐蚀耐磨性及抗咬合性。因此，开发新型的铜合金石墨复合材料成为研究的焦点，也成为了钢基铜合金石墨自润滑材料最主要发展方向。

发明内容

本发明提供一种高性能钢基铜合金石墨复合材料，主要由铜、合金元素作为主体外加石墨构成，铜基石墨复合材料既具备铜合金基体的导热性、耐磨性、较高强度、耐电弧烧蚀等特点，同时又具备石墨良好的润滑性能及在高温下≤500℃也具有良好润滑性的特点，广泛应用于无油或少油的工况条件下，提高跑合层的强度和耐腐蚀性，起到防腐蚀、增加机械强度的作用，还可以改善铜材的性能，延长其使用寿命，通过石墨、镍、硼结合解决了石墨与基体润湿性差的问题，改善了铜合金石墨与钢基体界面，使其良好地结合，采用石墨、Ni-B制备的复合材料与未经处理制备的复合材料相比，产生优良的界面，使得材料孔隙率降低，从而使复合材料整体硬度密度、压缩强度等均有明显提升，可以有效解决上述背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高性能钢基铜合金石墨复合材料，所述钢基铜合金石墨自润滑复合材料中的材料的制备原料包括：Sn、石墨、Ni、Cu、硼和Fe，其中钢基铜合金石墨自润滑复合材料的制备原料的质量百分比为：Sn：4-6％、石墨：7-9％、Ni：9-11％、Cu：34-36％、硼：0.005-0.05％wt和Fe：45-48％。

根据上述技术方案，所述高性能钢基铜合金石墨复合材料的制备方法包括如下步骤：

1)性能分析：采用了SEM、EDS、XRD、HRTEM等分析方法分析石墨、镍、硼的物相组成，并采用电子万能试验机、硬度计、密度计、摩擦磨损试验机分析复合材料的力学性能、硬度、密度、摩擦磨损性能；

2)制备Ag-Sn颗粒：经对石墨进行敏化、活化处理，成功在其制备了具有自催化作用的Ag-Sn颗粒，作为CuSO₄沉积在石墨表面的形核中心；

3)制备复合材料：采用简单的方法成功在石墨中具备Ni-B相，均匀的分布在石墨表面，再步骤1)中通过SEM、HRTEM、SAED和XRD的分析，验证了通过该简单的工艺获得了石墨-镍硼合金的核壳结构，半固态Ni-B相组成为微晶镍和非无定型镍硼相，形成复合层，经过300℃热处理2h后，无定型镍硼相完全结晶，即得高性能钢基铜合金石墨复合材料。

根据上述技术方案，所述步骤2)中CuSO₄与石墨的浓度比为1.44:1。