[发明专利]一种碳纤维-碳纳米管增强NiAl基自润滑复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种制备碳纤维(CF)‑碳纳米管(CNTs)增强NiAl基自润滑复合材料的方法，其中自润滑复合材料为以Ag为润滑相，以CF‑CNTs为增强相的新型NiAl基自润滑复合材料，采用化学气相沉积法(CVD法)在CF表面生长CNTs，再利用固相法或液相法制备CF‑CNTs增强金属基自润滑复合材料。本发明制备的CNTs与CF结合牢固，且制备的自润滑复合材料中润滑相Ag能够快速扩散到摩擦表面，达到润滑效果，缩短零部件的磨合阶段。

技术领域

本发明涉及一种制备碳纤维(CF)-碳纳米管(CNTs)增强NiAl基自润滑复合材料的方法，属于材料领域。

背景技术

自润滑复合材料中固体润滑剂起到润滑作用的途径有两种：一种是复合材料被部分磨损，被磨损掉的材料中固体润滑剂被释放出来起到润滑作用；另一种是固体润滑剂从复合材料富集到磨损表面而只有少量的复合材料被磨损。固体润滑剂银具有较大的扩散系数，其润滑机理显然为第二种。第一类固体润滑剂起润滑作用的前提是必须要有一部分复合材料被磨损。对于第二类固体润滑剂而言，能够缩短磨合阶段，所以尽可能提高银富集到磨损表面的速度，有利于降低磨损率。但是还没有关于提高银富集到磨损表面速度方法的文献及研究。

目前在CF表面生长CNTs的方法较多，有电弧放电法、CVD法、激光蒸发法等等，其中最为常用的是CVD法(王启芬,陈刚,吴忠泉,于倩倩，王忠，崇琳，王志远，魏化震.碳纤维表面生长碳纳米管技术研究进展[J].工程塑料应用,2013(5):117-121.)。但是CVD法制备的CF-CNTs表面结合力弱，CNTs容易从CF表面脱落。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种制备CF-CNTs增强NiAl基自润滑复合材料的方法，可以有效地提高CF-CNTs表面结合力，Ag的润滑能力以及复合材料在摩擦过程中的散热能力。本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种自润滑复合材料，该材料为以Ag为润滑相，以CF-CNTs为增强相的NiAl基自润滑复合材料。其中，所述润滑相的质量为基体材料质量的(5-10)wt.％，增强相为基体材料的原料体积的(3-5)vol.％。

按上述方案，所述NiAl基自润滑复合材料的基体材料主要包括元素Al、Mo、Nb、B、Cr和Ni等。优选地，本发明中所述基体材料中各元素按质量百分比计为：Al 28-32％，Mo1.5-2.5％，Nb 1-2％，B 0.25-0.75％，Cr 1.75-2.25％，以及余量的Ni。最优选地，本发明所述基体材料中元素Al、Mo、Nb、B、Cr和Ni质量比为30.0：2.0：1.5：0.5：2.0：64.0。

本发明提供一种制备CF-CNTs增强NiAl基自润滑复合材料的方法，主要包括如下步骤：

1)对CF进行除胶，表面改性处理以及催化剂加载；

2)采用CVD法在CF表面生长CNTs；

3)对步骤2)所得的CF-CNTs进行清洗，以除去金属催化剂Ni和无定形碳杂质；

4)对步骤3)所得CF-CNTs进行表面镀银；

5)根据基体材料的组成元素及其含量，称取其组成元素的单质粉末，作为基体材料的原料；并根据基体材料的原料质量的(5-10)wt.％，称取润滑相Ag粉末；根据CF-CNTs为基体材料的原料体积的(3-5)vol.％，称取步骤4)所得表面镀银的CF-CNTs，然后利用固相法或液相法制备CF-CNTs增强金属基自润滑复合材料。

上述方案中，步骤1)对CF进行除胶，表面改性处理以及催化剂加载的具体过程为：

a)将CF放置于马弗炉中，在空气中400℃条件下烧15-20min除胶；