一種自潤滑銅-Ti3SiC2-NbSe2復合材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種自潤滑銅-Ti3SiC2-NbSe2復合材料及其合成方法。采用粉末冶金法將制備的片層狀的納米Ti3SiC2、NbSe2材料與銅粉按照一定的質(zhì)量百分比混合后經(jīng)冷壓、燒結(jié)、復壓、復燒制得。本發(fā)明專利技術(shù)方法工藝簡單、成本低廉、安全環(huán)保，特別適合于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。用本發(fā)明專利技術(shù)方法制備得到的自潤滑銅-Ti3SiC2-NbSe2復合材料具有導電性好、硬度高、抗彎強度好、電阻率低、摩擦系數(shù)小等眾多優(yōu)異性能。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及潤滑材料領(lǐng)域，尤其涉及一種新的自潤滑銅-Ti3SiC2-NbSe2復合材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
液態(tài)、半固態(tài)潤滑是傳統(tǒng)的潤滑方式，也是應(yīng)用最為廣泛的一種潤滑方式，但適用的溫度范圍較窄，在高溫下承載能力下降、潤滑性能衰減，還會造成環(huán)境污染等問題。因此， 工況惡劣的場合下，傳統(tǒng)的潤滑方法已難以滿足要求。對于那些長期處于高溫、高速、重載、 干摩擦或邊界潤滑狀態(tài)下的零部件，減小與控制摩擦與磨損顯得尤為必要。固體自潤滑在性能上極大地突破了傳統(tǒng)材料的使用極限，廣泛地被應(yīng)用于電子、生物、航天航空等高科技領(lǐng)域，是潤滑領(lǐng)域最具有發(fā)展前景的一個方向。而銅基自潤滑材料作為固體自潤滑材料的一個重要的組成部分成為研究的熱點之一。由于單一材料本身的限制，要滿足多種苛刻條件，必須通過材料的復合才能滿足多元的需求，因此，材料的復合在固體潤滑材料的研究中是十分重要的手段。如在銅基體中添加石墨、鉛、二硫化鑰、氧化鉛、銀等固體潤滑劑制成的銅基固體自潤滑材料在航空、汽車、電工電子等工業(yè)獲得廣泛的應(yīng)用。銅-石墨-MoS2是典型的滑動電接觸材料，廣泛用于電機的固定部件和旋轉(zhuǎn)部件(換向器或集電環(huán))之間傳導電流。但銅-石墨-MoS2存在 MoS2的電阻率高、導電性能差，石墨、MoS2較軟，存在電接觸材料的承載能力和耐磨性差等問題?；瑒与娊佑|材料在大電流、高速情況下使用時，會產(chǎn)生電火花，使溫度升高，吸附在表面的水分揮發(fā)，破壞了表面膜的完整性，造成磨粒磨損。NbSe2具有和MoS2類似的晶體結(jié)構(gòu)和摩擦特性，而電阻率僅為I X 10_4 Ω · cm,比 MoS2低6個數(shù)量級，比石墨低I個數(shù)量級。用片狀NbSe2-Ag制備的復合材料已成功應(yīng)用在航天飛機的導電滑環(huán)上，而NbSe2納米纖維既有減摩耐磨的作用，又可以提高復合材料的力學性能。目前國內(nèi)外研究人員也在進行有關(guān)利用納米級NbSe2增強Cu基復合材料的研究。CN 101800089A公開了一種納米NbSe2銅基固體自潤滑復合材料及其制備方法，主要是以廉價易得的Nb粉和Se粉為原料，將二者混合均勻后裝入石英玻璃管中，在惰性氣體的保護下加熱、保溫、冷卻先得到納米NbSe2材料，再將后者按照一定的質(zhì)量百分比與銅粉混合后經(jīng)冷壓、燒結(jié)、再冷壓而得。本專利技術(shù)方法工藝簡單、成本低廉、安全環(huán)保，特別適合于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。用本專利技術(shù)方法制備得到的納米NbSe2銅基固體自潤滑復合材料具有允許線速度大、接觸電壓低、摩擦系數(shù)小、磨損率低、載流能力大等眾多優(yōu)異性能。可見，通過在銅基中添加具有特定功能的物質(zhì)，可獲得具有不同性能的固體自潤滑材料，以滿足日益復雜的工業(yè)需要。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供一種具有硬度高、抗彎強度好、電阻率低、摩擦系數(shù)小、磨損率低等眾多優(yōu)異性能的新的自潤滑銅-Ti3SiC2-NbSe2復合材料及其制備方法。本專利技術(shù)所提供的自潤滑銅-Ti3SiC2-NbSe2復合材料的制備方法，包括以下步驟(I)按照I : 2 I : 3的摩爾比稱取Nb粉和Se粉；(2)將Nb粉和Se粉用混合均勻后裝入一端封閉的石英玻璃管中，利用乙炔焰加熱石英玻璃管至熔融狀態(tài)，將管逐漸拉長拉細使開口端越來越小，直至開口端呈一小孔，將此小孔與真空泵相連,將石英玻璃管內(nèi)抽成真空,充入惰性氣體作為保護氣體,反復3次以上，再用乙炔焰加熱石英玻璃管的小孔端至熔融狀態(tài)以將石英玻璃管徹底封閉；(3)將上述封好的石英玻璃管置于一個溫度梯度為1°C /cm的管式爐中，以10°C / min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至800°C，保持Ih 2h，然后使石英玻璃管內(nèi)溫度自然冷卻到室溫，得到片層狀的納米NbSe2材料；(4)按摩爾比為 Ti Si C Al NaCl=3 I 2 O. I O. I 來稱取 Ti 粉、Si粉、石墨粉、Al粉和NaCl粉；(5)將步驟(4)中稱得的樣品加入無水乙醇，邊加熱邊攪拌使樣品混合均勻；(6)將步驟(5)所得混合均勻后的樣品倒入坩堝，接著將其放入剛玉管中，然后通入氬氣，在管式爐中燒結(jié)，在氬氣氣氛下以10°c /min的速度加熱到1360°C 1480°C，保溫 Ih 3h，然后隨爐冷卻室溫，得到納米陶瓷Ti3SiC2粉體；(7)將步驟(3)、(6)制備得到的片層狀的納米NbSe2、納米陶瓷Ti3SiC2粉體與銅粉按(I 9) (I 9) : 90的質(zhì)量比配制成混合樣品，混合樣品經(jīng)混料一壓制一燒結(jié)一研碎一混料一復壓一復燒制成銅-Ti3SiC2-NbSe2復合材料樣品。作為優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(2)中所述的石英玻璃管直徑為8mm，真空為lOOPa，惰性氣體為IS氣。作為優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(5)中所述的無水乙醇的量沒過樣品3 5_深，加熱溫度為40°C 60°C，加熱時間O. 5h lh。作為優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(7)中所述的NbSe2、Ti3SiC2與銅粉質(zhì)量比為(4 9) (I 6) 90，優(yōu)選(6 9) (I 4) 90。作為優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(7)中所述的壓制壓力為IOOMPa 150MPa，復壓壓力比壓制壓力高80MPa以上，保壓時間均為IOmin 30min，一次燒結(jié)和復燒溫度均為600°C 700。。。本專利技術(shù)的目的之一還在于提供一種自潤滑銅-Ti3SiC2-NbSe2復合材料，是按照權(quán)利要求I 4任一項所述的方法制備得到。Ti3SiC2具有良好的電導率，較低的密度，它們既有與金屬相似的良好的導熱、導電性，并且相對柔軟，可塑性好，具有優(yōu)越的可加工性，又具有與陶瓷材料相近的物理化學性能，低密度、高熔點、抗氧化、高熱穩(wěn)定及耐磨性能。更有意義的是它有比傳統(tǒng)的固體潤滑劑石墨、二硫化鑰更低的摩擦系數(shù)和良好的自潤滑性能。所以，Ti3SiC2的優(yōu)良性能使其成為最佳的顆粒增強相，尤其是運用在電接觸材料上。研究Ti3SiC2彌散增強Cu基材料時表明， CuAi3SiC2復合材料強度大幅度提高，且具有更低的摩擦系數(shù)，是一種潛在的電接觸滑板材料。但這種材料由于制造工藝及硬度的影響，限制了其進一步的市場開發(fā)。與此同時，在材料中引入高強的陶瓷二次相增強金屬基復合材料的強度是一種常用的方法。NbSe2具有和MoS2類似的晶體結(jié)構(gòu)和摩擦特性，而電阻率僅為IX 10_4Ω .Cm0NbSe2 納米纖維既有減摩耐磨的作用，又可以提高復合材料的力學性能。因此，將NbSe2與Ti3SiC2引入Cu基復合材料中，使制得的復合材料電阻率低、導電性好，同時還具有硬度高、抗彎強度好、摩擦系數(shù)小、磨損率低等優(yōu)異性能。本專利技術(shù)所提供的制備方法的原料易得，價格低廉，制備工藝簡單，材料成分配比均勻、純度高，生產(chǎn)過程安全環(huán)保，特別適合于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。用本專利技術(shù)方法制備得到的自潤滑銅-Ti3SiC2-NbSe2復合材料具有導電性好、硬度高、抗彎強度好、電阻率低、摩擦系數(shù)小、磨損率低等性能，是一種十分具有應(yīng)用前景的自潤滑材料。附圖說明圖I為實施例I的片層狀的納米NbSe2的SEM圖。圖2為實施例2的納米陶瓷Ti3SiC2粉體的SEM圖。 圖3為實施例3的自潤滑銅-Ti3SiC2-NbSe2復合材料的電阻率變化曲線。圖4為實施例3的自潤滑銅-Ti3SiC2-NbSe2復合材料的硬度變化曲線。圖5為實施例3的自潤滑銅-Ti本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種自潤滑銅-Ti3SiC2-NbSe2復合材料的制備方法，包括以下步驟 (1)按照I: 2 I : 3的摩爾比稱取Nb粉和Se粉； (2)將Nb粉和Se粉用混合均勻后裝入一端封閉的石英玻璃管中，利用乙炔焰加熱石英玻璃管至熔融狀態(tài)，將管逐漸拉長拉細使開口端越來越小，直至開口端呈一小孔，將此小孔與真空泵相連，將石英玻璃管內(nèi)抽成真空，充入惰性氣體作為保護氣體，反復3次以上，再用乙炔焰加熱石英玻璃管的小孔端至熔融狀態(tài)以將石英玻璃管徹底封閉； (3)將上述混合好的Nb粉和Se粉取出后，放入反應(yīng)釜中，置于管式爐中，以10°C/min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至800°C，保持Ih 2h，然后隨爐冷卻至室溫，得到片層狀的納米NbSe2材料； (4)按摩爾比為Ti Si C Al NaCl=3 I 2 0. I 0. I 來稱取 Ti 粉、Si粉、石墨粉、Al粉和NaCl粉； (5)將步驟(4)中稱得的樣品加入無水乙醇，邊加熱邊攪拌使樣品混合均勻； (6)將步驟(5)所得混合均勻后的樣品倒入坩堝，接著將其放入剛玉管中，然后通入氬氣，在管式爐中燒結(jié)，在氬氣氣氛下以10°C /min的速度加熱到1360°C 1480°C，保溫Ih 3h，然后隨...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李長生，唐華，孫建榮，楊峰，范有志，錢周，
申請(專利權(quán))人：無錫潤鵬復合新材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：