一種納米碳增強的耐磨復合材料制造技術

本發明專利技術屬于材料技術領域，具體涉及一種納米碳增強的耐磨復合材料，其包括如下組分及質量百分比：金屬粉55～99％，陶瓷粉0.1～35％，納米碳0.01～15％。其中，金屬粉作為復合材料基體；陶瓷粉作為耐磨填充材料；納米碳包括單壁碳納米管、多壁碳納米管等材料，主要用于提高復合材料的導熱性能、強度、韌性及耐磨等性能。本發明專利技術涉及的耐磨復合材料可在重載、高速、長時間制動條件下，保持穩定的摩擦系數和較低的磨損率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及材料
，尤其是涉及金屬基耐磨材料領域，具體涉及一種納米碳材料增強的耐磨復合材料。
技術介紹
耐磨材料，是新材料領域的核心，對高新技術的發展起著重要的推動和支撐作用，在全球新材料研究領域中，耐磨材料約占85%。同時，耐磨材料是以車輛為代表的交通工具中最關鍵的安全零件之一，對制動效果的起決定性作用。現有的常規制動材料，如半金屬基合成材料、銅基/鐵基耐磨材料等，無論是摩擦系數和運行平穩性，還是導熱性、耐磨性等方面均有較大的提升空間。碳納米管，于1991年被日本科學家發現。管壁上每個碳原子間通過有“最強化學鍵”之稱的sp2雜貨軌道相結合。碳納米管的抗拉強度達到50?200GPa，是鋼的100倍，比常規石墨纖維高一個數量級;碳納米管的比重只有鋼的1/6;碳納米管的導熱系數約為6000W/(m.K)，與金剛石相當，是銅的14倍，氧化鋁的160倍。現有技術中的耐磨材料通常是摻入石墨，但其材料的實際能達到的電阻率、抗壓強度還有提升的空間。
技術實現思路
本專利技術要解決的現有技術是提供一種納米碳增強的耐磨復合材料，通過在配方中引入納米碳材料，達到導熱性、強度、硬度和耐磨性明顯提升的新型耐磨復合材料。為解決上述技術問題，本專利技術第一方面提供一種納米碳增強的耐磨復合材料，其按質量百分比包括，金屬粉55?99%，陶瓷粉0.1?35%，納米碳0.01?15%。優選地，納米碳增強的耐磨復合材料，其按質量百分比包括，金屬粉60?99%，陶瓷粉0.1?35%，碳納米管0.01?10%。優選地，納米碳增強的耐磨復合材料，其按質量百分比包括，金屬粉62?95%，陶瓷粉1?35%，碳納米管0.1?8.0%。優選地，納米碳增強的耐磨復合材料，其按質量百分比包括，金屬粉65?95%，陶瓷粉4?35%，碳納米管0.5?4.0%。優選地，納米碳增強的耐磨復合材料，其按質量百分比包括，金屬粉65?95%，陶瓷粉4?35%，碳納米管0.5?3.0%。；更優選地，納米碳增強的耐磨復合材料，其按質量百分比包括，金屬粉63?95%，陶瓷粉4?35%，碳納米管0.1?2.0%。本專利技術一優選技術方案中，所述的金屬粉選自銅粉、鐵粉、鈦粉、鎳粉、錫粉、鋅粉、鋁粉、錳粉、鉻粉中的一種或幾種混合;所述的金屬粉優選選自銅粉、鐵粉、錳粉、鉻粉中的一種或其混合;所述的金屬粉的粒徑為0.1?500微米。本專利技術一優選技術方案中，所述的陶瓷粉選自碳化物、氮化物、硫化物、硼化物、氧化物中一種或兩種以上的任意比例混合物，優選選自碳化物、氮化物、硫化物，所述的陶瓷粉的粒徑為0.05?300微米。所述碳化物選自碳化硅、碳化硼等碳化物或其混合;所述氮化物選自氮化硅、氮化硼等氮化物或其混合;所述硫化物選自硫化銻、硫化鉬等硫化物或其混合;所述硼化物選自硼化鋯、硼化鋁等硼化物或其混合;所述氧化物選自氧化鋁，二氧化硅等氧化物或其混合。本專利技術一優選技術方案中，上述碳納米管選自單壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種或兩種的任意比例混合物，以粉末的形式加入，所述碳納米管的外徑為10?120納米，長度1?10微米。本專利技術的第二方面提供一種納米碳增強的耐磨復合材料的制備方法，其包括如下步驟:1)取碳納米管、陶瓷粉，75°C_90°C烘干待用；2)在潔凈的混合機中依次投入碳納米管、金屬粉，混合均勻后，再投入陶瓷粉繼續混合至均勻；3)從混合均勻的粉料中取適量放入圓片狀成型模具中，并通過常溫冷壓成型方式壓制成生坯；4)將冷壓成型的生坯放入燒結爐中，在惰性保護氣氛下進行燒結，燒結過程中，在垂直方向持續施加壓力，并保持到燒結后冷卻結束；5)燒結完成后材料在保護氣氛和持續壓力作用下隨爐自然冷卻，燒結爐溫度降至100°C以下后，開爐，卸壓，取料。本專利技術提供的耐磨復合材料，通過以金屬粉末為基體;配方中陶瓷粉作為耐磨填充材料，用于提高金屬基體的摩擦系數;納米碳主要用于提高復合材料的導熱性能、強度、韌性及耐磨性能。本專利技術在金屬與陶瓷復合的基體材料中引入碳納米管，在基體中形成三維導熱網絡結構。在復合材料的成型過程中，一方面，碳納米管可提高復合材料整體溫度的均勻性，減少成型過程產生的殘余應力，降低殘余應力對材料屈服極限、疲勞壽命、抗變形性能等方面的影響，延長使用壽命；另一方面，碳納米管對于金屬的變形可起到釘扎位錯的作用，同時碳納米管表面大量的結構缺陷可作為晶核存在，從而阻止在燒結過程形成大尺寸晶粒，即通過晶粒細化作用，提高基體材料的強度、韌性、耐磨性等性能。在復合材料的使用過程中，碳納米管可提尚材料導熱性能，有效提尚耐磨材料的整體溫度均勻性，并降低其表面溫度，達到升熱、不升溫的效果。從而使耐磨材料在各種使用環境，尤其在重載、高速、長時間制動時，仍能輸出穩定的摩擦系數，同時降低磨損，延長使用壽命。【附圖說明】圖1為本專利技術實施例1制備碳納米管增強銅基耐磨材料所用的多壁碳納米管圖2為本專利技術實施例1制備碳納米管增強銅基耐磨材料的原料混合效果圖3為本專利技術實施例1制備碳納米管增強銅基耐磨材料的碳納米管CNT含量與材料摩擦系數、磨損率、硬度的關系。【具體實施方式】以下結合附圖描述本專利技術【具體實施方式】。實施例1本實施例中涉及的納米碳增強的耐磨復合材料，其成分包括:銅基體，粒徑為5?10微米；陶瓷粉為碳化娃和二硫化鉬，粒徑為300納米為到3微米；納米碳選擇多壁碳納米管，其外徑為50?80納米，長度為3?5微米。復合材料配方按重量比計，包括銅粉75%、碳化硅10%、二硫化鉬12%、碳納米管3%。為對比CNT應用效果，本實施例用相同重量的1000目片狀石墨粉(粒徑約13um)，替代碳納米管，在相同條件下制備對比樣品。具體制備方法如下:1)將碳納米管、碳化硅、二硫化鉬等組分的粉料在85°C烘干，待用；[當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米碳增強的耐磨復合材料，其特征在于，其包括如下組分及質量百分比：金屬粉55～99％，陶瓷粉0.1～35％，碳納米管0.01～15％。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖偉，李紅，董明，
申請(專利權)人：蘇州第一元素納米技術有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32