[发明专利]一种镍基铜包石墨自润滑复合材料及其烧结方法

说明书

本发明公开了一种镍基铜包石墨自润滑复合材料及其烧结方法，所述复合材料由包括镍、铜和碳的原料粉末烧结而成，所述碳以石墨为载体，所述原料粉末中，铜以铜包石墨粉为载体。所述烧结方法为将所述原料粉末采用热等静压烧结获得所述复合材料。采用本方案提供的复合材料及烧结方法，不仅能解决镍基自润滑材料的强度、自润滑性均匀性的问题，同时可有效提高镍基自润滑材料的强度、利于镍基自润滑材料制备的经济性。

技术领域

本发明涉及自润滑材料技术领域，特别是涉及一种镍基铜包石墨自润滑复合材料及其烧结方法。

背景技术

轴承作为传动和承载部件，在应用过程中极易因润滑环境较差导致轴承迅速磨损而失效。以高温水介质环境下应用的轴承为例，如在石油化工、核能等领域中的特殊环境(高温、高压或高辐照环境)下，由于无法采用油脂作为润滑材料，仅在如以水介质作为润滑材料的情况下，传统的以六方氮化硼、二硫化钨或二硫化钼等作为自润滑组元的自润滑材料存在易于水解而无法使用的技术问题。针对这一技术问题，现有技术中的自润滑材料采用石墨、铅合金等作为自润滑组元，其自润滑性机理为：由复合材料中磨下的石墨被带到摩擦表面上形成连续的固体润滑膜，改善润滑条件。采用石墨、铅合金等作为自润滑组元解决了自润滑材料易于水解而无法使用的技术问题，但是由于采用石墨、铅合金等作为自润滑组元，造成自润滑材料的强度降低，降低使用寿命。

申请公布号为CN101812648A的中国专利申请公开了一种替代传统轴承的碳纤维保持架复合材料，按重量百分比构成如下：铜粉3～5％；石墨4～6％；碳纤维粉10～12％；余量为镍粉，经过高温混合、模具成形加压、重新烧结、补压、退火制成。其中，高温混合为：将铜粉、镍粉和石墨在滚筒式球磨机上混合，混料方式采用干混法，球料比为2∶1，混料时间20h；再将铜粉、镍粉和石墨混料高温至1200～1300℃熔化时，采用管状物内用氩气以风吹的方式将碳纤维粉逐渐加入并不停止的对已熔化的铜粉和镍粉及石墨进行搅拌，加入速率视高温炉的容量大小而定，以加入炉内的碳纤维粉充分与其他介质物体搅拌均匀为目的，通常搅拌的时间为1～2h，但必须保持原已熔化的1200～1300℃基础上进行搅拌。模具成形加压为：将已熔化的铜和镍及均匀分布在已熔化介质中的石墨及碳纤维灌注于模具中，降至600～800℃后逐渐进行加压，在压力达到100MPa时逐渐降至常温后，静等压力为3～4h。重新烧结为：在真空碳管炉上烧结，烧结温度1200～1300℃，烧结时间1～2h。补压为：在油压机上补压，补压压力600～700MPa。退火为：在真空碳管炉上退火，退火温度800～900℃，烧结时间1～2h。该复合材料存在室温抗弯强度低，表面硬度低，抗冲击韧性差，摩擦系数过高、磨损量过大的技术问题。且该复合材料在制备过程中存在复杂化，生坯密度过低，易产生裂纹等技术问题。

申请公开号为CN110318012A的中国专利公开了一种镍基自润滑复合材料，主要由以下质量百分数的原料制成：镍82％～90％，铜2％～6％，改性石墨6％～8％，碳纤维2％～4％；所述改性石墨为表面镀镍的石墨。以上提供的复合材料完成烧结所得到的镍基自润滑复合材料，既具有耐腐蚀、耐辐射和耐高温的特性，又可以在水介质、辐射和高温环境下使用；室温抗弯强度大于300MPa，表面硬度大于60HBW，冲击韧性大于13J/cm²，摩擦系数为0.15～0.20，在20N载荷下的加载15min后测试往复摩擦的磨损量小于0.03mm³。

进一步优化可运用于无油脂作为润滑材料的情况下的镍基自润滑材料的制备方法，无疑会进一步促进镍基自润滑材料的行业运用。

发明内容

针对上述提出的进一步优化可运用于无油脂作为润滑材料的情况下的镍基自润滑材料的制备方法，无疑会进一步促进镍基自润滑材料的行业运用的技术问题，本发明提供了一种镍基铜包石墨自润滑复合材料及其烧结方法，采用本方案提供的复合材料及烧结方法，不仅能解决镍基自润滑材料的强度、自润滑性均匀性的问题，同时可有效提高镍基自润滑材料的强度、利于镍基自润滑材料制备的经济性。