[发明专利]一种多相减磨增阻铜合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多相减磨增阻铜合金及其制备方法，该铜合金包括铜合金基体，所述铜合金基体上分布有用于增阻的ZrC、SiO₂陶瓷及用于减磨的纳米碳材料。该制备方法以硅酸锆、碳材料与铜合金粉末为原料，采用等离子溅射工艺在铜合金粉末表面沉积纳米碳材料，借助于高能激光束，促进ZrSiO₄与碳材料间的原位反应，生成碳化锆与二氧化硅陶瓷作为增摩组元，提高铜合金的摩擦系数；同时剩余的碳材料作为润滑组元，降低铜合金的磨损率，从而赋予铜合金耐磨与增阻的功能。该方法有效提升同步离合器用铜合金在服役过程中的摩擦阻力以及降低磨损，有利于铜合金的服役寿命。

技术领域

本发明涉及一种铜合金及其制备方法，尤其涉及一种多相减磨增阻铜合金及其制备方法。

背景技术

近年来，汽车工业快速发展，汽车变速箱从手动变速箱到自动变速箱，自动变速箱也发展了多种产品，均为满足用户对于汽车驾乘舒适性的追求。同步离合器通过借助摩擦的作用使2个不同转速的齿轮达到转速同步，是变速箱的关键总成。变速箱的结构与制造也伴随汽车工业的不断发展，对同步离合器的使用寿命要求越来越高。摩擦材料是同步离合器最核心的功能部分，是影响其性能和使用寿命的重要因素。铜合金因具有良好的导热、耐疲劳性等力学性能优点而成为同步离合器制造的重要材料之一。同步离合器工作过程中通过较高的摩擦阻力实现两级齿轮转速的同步，故需要较低的磨损率与较高的摩擦阻力。而铜合金在较高摩擦阻力作用下的磨损率较高，已严重限制了铜合金在同步离合器制造领域的广泛应用。

伴随材料科学与技术的发展，同步离合器铜合金材料服役性能的提升途径主要可归纳为：一是铜合金的合金化。即通过铍与磷等微量元素，稀土元素，Mo、W等高熔点元素形成的新型铜合金强度及耐磨铜合金，其性能优于传统的黄铜与青铜，但合金化多通过元素间的固溶来强化铜合金，其强化程度受限。二是采用表面改性方法在铜合金表面制备硬质氧化膜层，以提高铜合金的表面耐磨性；其次是利用碳材料耐磨的特点，将由碳纤维无纺布和摩擦颗粒浸渍耐高温树脂后热压在铜合金表面，具有摩擦系数高且稳定的优点，能提高摩擦副的摩擦磨损性能。而上述涂层或涂覆层的材料物性有别于铜合金，易产生涂层/铜合金界面应力，给界面结合强度的提升带来较大难度，最终表现为涂层在高转速条件下过早失效。故有效提升同步离合器的耐磨性与高摩擦阻力是当前亟需解决的难题。

发明内容

发明目的：本发明的第一个目的是提供一种能有效提升铜合金在离合器服役过程中的摩擦阻力以及降低磨损的多相减磨增阻铜合金；

本发明的第二个目的是提供一种多相减磨增阻铜合金的制备方法。

技术方案：本发明的多相减磨增阻铜合金，包括铜合金基体，所述铜合金基体上分布有用于增阻的ZrC、SiO₂陶瓷及用于减磨的纳米碳材料。

上述多相减磨增阻铜合金的制备方法，包括下述步骤：

(1)在保护气氛下，利用等离子溅射工艺，在铜或铜合金粉末基体表面溅射沉积纳米碳材料，获得具有纳米碳材料覆盖的铜合金粉末；

(2)将铜合金粉末与ZrSiO₄材料球磨后获得复合材料粉末；

(3)在保护气氛下，利用高能激光束将复合材料粉末扫描烧结成形，即在铜合金基体上负载具有增阻功能的ZrC与SiO₂陶瓷。

优选的，步骤(1)中，所述铜或铜合金为纯铜、Cu-Sn合金或Cu-Zn合金。

优选的，步骤(1)中，所述碳材料为石墨和/或石墨烯。

优选的，步骤(1)中，所述等离子溅射时间为5～20min。

优选的，步骤(1)中，所述铜合金粉末与ZrSiO₄的质量比为99:1～90:10。

优选的，步骤(3)中，所述高能激光束功率为250～400W。