一種銅基自潤滑復(fù)合材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種銅基自潤滑復(fù)合材料及其制備方法，屬于材料加工及粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。該復(fù)合材料由以下重量百分比的組分組成：2%～4%的釔鋇銅氧化物（YBa2Cu3O7-x），余量為銅以及不可避免的雜質(zhì)。釔鋇銅氧化物（YBa2Cu3O7-x）是一種良好的固體潤滑劑，兼具超導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性和減摩耐磨特性。本發(fā)明專利技術(shù)優(yōu)選粒度為20～500nm的YBa2Cu3O7-x粉末和過500目篩的銅粉末，原料經(jīng)混料、初壓后采用階段式升溫、階段式加壓壓制、階段式降溫和加壓壓制相結(jié)合的技術(shù)手段，提高了復(fù)合材料的組織致密性，避免了復(fù)合材料中氣孔、裂紋等缺陷的出現(xiàn)，制備的復(fù)合材料具有優(yōu)異的物理、機(jī)械性能以及摩擦磨損性能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種銅基復(fù)合材料，具體涉及，屬于材料加工及粉末冶金

技術(shù)介紹
復(fù)合材料法制備的銅基復(fù)合材料可以依靠增強(qiáng)組元的特性，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料性能的重新組合。既發(fā)揮了基體與增強(qiáng)物的協(xié)同作用，增加單一組成材料所不能達(dá)到的綜合性能，又具有很大的設(shè)計(jì)自由度，因此是一種具有較大發(fā)展?jié)摿Φ母咝阅苄虏牧稀ｃ~基復(fù)合材料強(qiáng)度高，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性與純銅相近，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型材料。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于其力學(xué)性能和導(dǎo)電率不能滿足一定的要求，其應(yīng)用范圍受到極大的限制。如何提高銅基復(fù)合材料的強(qiáng)、硬度，同時(shí)保持良好的導(dǎo)電性和高溫?zé)岱€(wěn)定性，成為了當(dāng)前研究的主要 任務(wù)。銅基自潤滑復(fù)合材料是將固體潤滑劑作為組元加入到銅基體中形成的復(fù)合材料，它兼有銅的良好導(dǎo)電性和固體潤滑劑的摩擦特性等特點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。中國專利2000年7月19日(公告號(hào)CN 1088114C)公開的一種錫青銅基自潤滑復(fù)合材料以錫青銅、鎳、鋁、氧化鋁、石墨、氧化鉛為原料，經(jīng)冷壓成型與自由燒結(jié)法制得，可在室溫至450°C、中低速、中低負(fù)荷條件下使用。目前，銅基復(fù)合材料的制備工藝多采用冷壓燒結(jié)法，但制備得到的復(fù)合材料孔隙率高、致密度較低，且需要后續(xù)的熱壓致密化處理，制備工序復(fù)雜。而熱壓燒結(jié)法其燒結(jié)溫度、升溫速率、保溫時(shí)間、壓制壓力等工藝參數(shù)也會(huì)對(duì)材料組織致密性、增強(qiáng)體的分布形態(tài)、導(dǎo)電性、強(qiáng)度、硬度等性能產(chǎn)生影響，從而直接關(guān)系到復(fù)合材料的性能。因此，研制一種新型銅基自潤滑復(fù)合材料及其制備方法顯得尤為重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種銅基自潤滑復(fù)合材料，兼有固體潤滑劑的摩擦特性和銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。同時(shí)，本專利技術(shù)還提供一種銅基自潤滑復(fù)合材料的制備方法。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是一種銅基自潤滑復(fù)合材料，由以下重量百分比的組分組成2% 4%的釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3O7-X)，余量為銅，以及不可避免的雜質(zhì)。所述的釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3CVx)可以為市售商品。優(yōu)選的，所述的釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3CVx)為粒度20 500nm的粉末，其中x為O O. 5內(nèi)的任意值。上述優(yōu)選方案中釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3CVx)粉末的制備方法包括如下步驟(I)按照原子比 Y:Ba:Cu 為 1:2:3 稱取 Y(NO3)3、Ba(NO3)2、Cu(NO3)2，加水溶解得水溶液，加入占三種原料總質(zhì)量3 4%的聚乙二醇，得溶液A，再將草酸配制成濃度為O. 06 O. 08g/ml的水溶液作為溶液B ；(2)將溶液B逐滴加入溶液A中混合均勻，待沉淀完畢再在A、B混合液中加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至6 7，過濾得濾餅備用；(3)將步驟(2)的濾餅在60 80°C下干燥16 24小時(shí)，研磨，將研磨得到的粉末加熱，在800 900°C下保溫8 10小時(shí)，冷卻降溫至450 500°C并在此溫度下保溫6 8小時(shí)，再冷卻至室溫備用；(4)將步驟(3)的粉末再加熱至800 900°C 并在此溫度下保溫8 10小時(shí)，冷卻至室溫，研磨即得釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3CVx)粉末。優(yōu)選的，采用上述粒度20 500nm的YBa2Cu307_x粉末和過500篩的銅粉末以粉末冶金法制備銅基自潤滑復(fù)合材料。所述的過500目篩的銅粉末可以為市售商品。制備方法包括以下步驟(I)準(zhǔn)確稱取各組分，將釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3CVx)粉末和銅粉充分混合后裝入模具，在真空條件下對(duì)模具中混合粉料進(jìn)行預(yù)壓，壓力為15 25MPa，預(yù)壓時(shí)間為10 15分鐘；(2)將步驟(I)的模具加熱，控制升溫速度，先在60分鐘時(shí)間內(nèi)將溫度由室溫升至450 500°C并保溫20 40分鐘，保溫期間提高壓力至30 35MPa，加壓10 15分鐘，再在30分鐘內(nèi)將溫度由450 500°C升至750 760°C并保溫60 80分鐘，保溫期間提高壓力至40 45MPa，加壓30 40分鐘；(3)將步驟(2)的模具降溫，溫度降至450 500°C時(shí)調(diào)整壓力為50 55MPa，保持此溫度、壓力25 35分鐘，而后降至室溫，脫模即得。所述真空條件的真空度為O. 01 O. 02Pa。本專利技術(shù)的有益效果本專利技術(shù)采用釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3CVx)作為固體潤滑劑，釔鋇銅氧化物不僅具有超導(dǎo)性能和熱穩(wěn)定性，還有良好的耐磨性，在大氣常溫下的摩擦因數(shù)穩(wěn)定在O. 16，且不隨時(shí)間改變，與常規(guī)固體潤滑劑如MoS2、石墨相似，YBa2Cu3CVx具有層狀結(jié)構(gòu)，c/a比大，在500°C以上高溫條件下也能展現(xiàn)出良好的固體潤滑性能，具備減摩耐磨的雙重優(yōu)點(diǎn)，但其陶瓷脆性限制了其優(yōu)良性能的發(fā)揮，本專利技術(shù)將釔鋇銅氧化物與銅基復(fù)合制備出了一種高強(qiáng)度、低摩擦、耐磨損的新型銅基自潤滑復(fù)合材料。本專利技術(shù)優(yōu)選粒度為20 500nm的釔鋇銅氧化物(YBa2Cu307_x)粉末和過500目篩的銅粉末，保證了原料在壓制燒結(jié)過程中的組織致密性。同時(shí)，本專利技術(shù)采用真空熱壓燒結(jié)法制備復(fù)合材料，原料經(jīng)混料、初壓后采用階段式升溫、階段式加壓壓制、階段式降溫和加壓壓制相結(jié)合的技術(shù)手段，進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的組織致密性，避免了復(fù)合材料中氣孔、裂紋等缺陷的出現(xiàn)，制備的復(fù)合材料具有優(yōu)異的物理、機(jī)械性能以及摩擦磨損性能。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作詳細(xì)說明，但不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)的任何限制。實(shí)施例1本實(shí)施例銅基自潤滑復(fù)合材料由以下重量百分比的組分組成2. 5% 的釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3CVx)，余量為銅，以及不可避免的雜質(zhì)。實(shí)施例2本實(shí)施例銅基自潤滑復(fù)合材料由以下重量百分比的組分組成2%的釔鋇銅氧化物(YBa2Cu307_x)粉末，粒度為20nm，x值為O余量為銅粉末(市售)，銅粉末過500目篩，以及不可避免的雜質(zhì)。 本實(shí)施例中釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3CVx)粉末的制備方法包括如下步驟(I)按照原子比 Y:Ba:Cu 為 1:2:3 稱取 Y(NO3)3、Ba(NO3)2、Cu(NO3)2，加水溶解得水溶液，加入占三種原料總質(zhì)量3%的聚乙二醇，得溶液A，再將草酸配制成濃度為O. 06g/ml的水溶液作為溶液B ；(2)將溶液B逐滴加入溶液A中混合均勻，溶液B的加入過量，以使Y3+、Ba2+、Cu2+完全沉淀，待沉淀完畢再在A、B混合液中加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至6，過濾得濾餅備用；(3)將步驟(2)的濾餅在80°C下干燥16小時(shí)，研磨，將研磨得到的粉末加熱，在880°C下保溫9小時(shí)，冷卻降溫至500°C并在此溫度下保溫8小時(shí)，再冷卻至室溫備用；(4)將步驟(3)的粉末再加熱至880°C并在此溫度下保溫8小時(shí)，冷卻至室溫，研磨即得釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3CVx)粉末。本實(shí)施例中自潤滑復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟(I)準(zhǔn)確稱取上述重量百分比的釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3CVx)粉末和銅粉，將釔鋇銅氧化物(YBa2Cu3CVx)粉末和銅粉在行星球磨機(jī)上進(jìn)行混料，球料比為1: 1，轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分，混料時(shí)間為2小時(shí)，充分混合后裝入預(yù)先處理好的石墨模具中，即模具的模腔內(nèi)表面涂覆脫模劑(75%三氧化二鋁粉和25%乙醇)并在150°C下干燥2小時(shí)，將模具置入真空釬焊機(jī)中，抽真空至真空度為O. 02Pa，對(duì)模具中混合粉料進(jìn)行預(yù)壓，壓力為15MPa，預(yù)壓時(shí)間為10分鐘；(2)將步驟(本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種銅基自潤滑復(fù)合材料，其特征在于，由以下重量百分比的組分組成：2%～4%的釔鋇銅氧化物（YBa2Cu3O7?x），余量為銅，以及不可避免的雜質(zhì)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王愛琴，崔利可，謝敬佩，李繼文，孫浩亮，王文焱，李洛利，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河南科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：