[发明专利]镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用粉末冶金法制备镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料及其制备方法。

背景技术：

目前我国的铁路提速是通过铁路的电气化和高速化实现的，而且只有实现电气化，才能实现铁路运输的高速化目标。而受电弓滑板是电力机车的灵魂部件，起到从电网中获取电流并通过其向机体传输的过渡作用。纯铜具有良好的导电、导热性以及优良的耐蚀性和工艺性，它作为导电、导热功能材料被广泛的用于工业生产中。但铜的强度低、耐磨性差，高温下易软化变形，因而其应用在某些领域受到了限制。铜合金中的强度和导电率一直是一对相互矛盾的特性，一般只能在牺牲电导率和热导率的前提下改善铜的力学性能，来获得高的强度。因此通常选用石墨与铜结合的方式，但研究发现石墨与铜的润湿性差，随着石墨含量的增加，复合材料的致密度急剧下降，严重破坏复合材料的力学性能及导电、导热性，因此对石墨颗粒做适当的涂层处理以提高材料的致密度是充分发挥优异性能的基础。

发明内容：

本发明目的是为了解决现有铜基复合材料存在力学性能及导电、导热性能不能兼顾的问题，而提供一种镀铜石墨与纳米碳化硅颗粒混杂增强铜基复合材料及其制备方法。

本发明镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的基体是按照体积百分比由80％～90％纯铜粉或铜合金粉，5％～15％含镀铜层石墨颗粒以及1％～5％纳米碳化硅颗粒混合制得。

镀铜石墨和纳米碳化硅混杂增强铜基复合材料的制备方法包括以下步骤：步骤一：石墨颗粒化学镀铜前的预处理：a、亲水化处理：将100～500目的石墨颗粒在浓度为5～15％的NaOH溶液中煮沸10～30min，然后用蒸馏水将石墨颗粒洗涤至中性；b、粗化处理：将经过步骤a处理过的石墨颗粒用5～15％的HNO₃煮沸10～30min，然后用蒸馏水冲洗至中性；c、敏化处理：在30～50℃的水浴锅中，将经过步骤b粗化处理过的石墨颗粒加入到装有由20～40g/L的氯化亚锡和20～30ml/L的质量分数为37％的盐酸配制的敏化液的烧杯中，在机械搅拌的作用下反应10～30分钟，然后静置沉淀，将上层溶液倾倒，用抽滤法将敏化后的颗粒冲洗至中性；d、活化处理：在30～50℃的水浴锅中，将经过步骤c敏化处理后的石墨颗粒加入10～50ml蒸馏水，调成稀糊状，加入到由40～60mg/L氯化钯和20～30ml/L质量分数为37％的盐酸配制成的活化液当中，在机械搅拌的作用下反应10～30min，然后静置沉淀，将上层溶液倾倒，用抽滤法将活化后的石墨颗粒冲洗至中性；e、还原处理：将经过步骤d活化处理后的石墨颗粒用3～5ml/L甲醛溶液或次亚磷酸纳溶液，在30～50℃水浴条件下加热搅拌15～20min，过滤，用蒸馏水冲洗到中性，烘干备用；

步骤二：石墨颗粒化学镀铜：分别将5～20g CuSO₄·5H₂O、10～40g Na₂EDTA、5～30gC₄H₄KNa·4H₂O溶于50～65℃的蒸馏水中，将5～20gNaOH溶于冷水中；再将装有CuSO₄·5H₂O溶液的烧杯放置在50～60℃的水浴锅中，边搅拌边将Na₂EDTA溶液缓缓加入到CuSO₄·5H₂O溶液，搅拌10～30分钟后，加入C₄H₄KNa·4H₂O溶液，随后缓缓加入NaOH溶液并加大搅拌力度；待溶液澄清后加入10～50mg的α，α’-联吡啶，搅拌均匀后用蒸馏水稀释至1L作为镀液待用，将配制好的镀液加热到60～65℃，加入5～20ml质量分数为37％的甲醛，调整pH，镀液pH由质量浓度为1％～10％的NaOH稀溶液调至11～13，加入经步骤一预处理过的石墨颗粒，在连续搅拌的条件下进行化学镀铜反应，镀层厚度由时间控制在0.5～5μm；

步骤三、将体积百分比为1％～5％的20～60nm的碳化硅颗粒和体积百分比为80％～90％的100～400目铜粉按照球料比3～4∶1的比例用行星式球磨机混合均匀，转速为300～500r/min，时间为6～10h，然后将混合粉末与体积百分比为5％～15％的经步骤二镀铜处理过的含镀铜层的石墨颗粒在滚筒式混粉设备上进行混合，球料比为2～3∶1，球磨时间为4～10小时，转速为50～150转/分钟；