[发明专利]一种铜基石墨自润滑材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种铜基石墨自润滑材料的制备方法，属于金属基自润滑材料制备技术领域。

背景技术

铜基自润滑复合材料是金属基自润滑材料的重要组成部分，是解决400～500℃工业摩擦学问题的首选材料。纯铜，又称紫铜，具有高的导热性，保证摩擦过程散热良好，具有良好的塑性，铜粉易于压制成型铜和氧的亲和力小，抗氧化耐腐蚀等特点。但是由于纯铜强度和硬度较低，所以很少采用纯铜作为铜基复合材料的基体。

铜基石墨自润滑复合材料不仅具有铜基自润滑材料良好的机械性能、抗氧化、耐腐蚀、耐磨、抗咬合以及优良的导热、导电等性能，同时也具备石墨优良的减摩润滑特性，在无油、少油条件下得到广泛应用。

目前，铜基石墨自润滑材料主要由固体润滑剂石墨和铜基体材料组成，其中石墨发挥润滑减摩作用，而复合材料强度主要取决于铜基体。如专利申请号CN201010557358.6公开了一种铜-石墨-二硒化铌自润滑材料及其制备方法，主要是以铜粉、石墨粉、纳米二硒化铌粉为原料，采用粉末冶金法压片后烧结成型，再采用复压复烧的方法再次压片后烧结成型来获得在常温常压以及真空条件下均具有良好的减摩耐磨性能的铜-石墨-二硒化铌自润滑材料，该方法原料易得、成本低廉、参数易控、操作简单，适合大规模的工业生产，制备得到的铜-石墨-二硒化铌自润滑材料能够降低磨损，提高材料机械的使用寿命，在机械制造以及航空航天等工业领域具有广泛的用途。但是，由于石墨粉质软，强度较低，并且和铜基体界面结合强度低，界面结合处存在缝隙，割裂基体较为严重，容易引起应力集中，削弱复合材料的机械及摩擦学性能。

因此，如何克服现有技术不足，研制一种机械性能良好、摩擦学性能优良且具有较好自润滑性能的铜基石墨自润滑材料，成为业内亟待解决的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对目前常规的制备铜基石墨自润滑材料的过程中，由于石墨粉和铜基体间润湿性较差，界面结合强度低，导致界面结合处存在缝隙，割裂基体较为严重，容易引起应力集中，削弱复合材料的机械及摩擦学性能的缺陷，提供了一种铜基石墨自润滑材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）将石墨装入纱布袋并浸入沼液中，静置浸渍2～3天后取出，倒出石墨，立即用液氮喷淋冷冻1～2min，将冷冻后的石墨研磨，并过100目筛，收集过筛物，干燥，得到多孔石墨粉，备用；

（2）将大米倒入石臼中，用石杵捶倒粉碎，捶倒结束后，用清水冲洗石臼，收集冲洗液，将冲洗液倒入陈化釜中，静置陈化2～3天，待陈化结束后，去除上层液，得到下层大米淀粉浆；

（3）将外切葡聚糖酶和上述大米淀粉浆混合后装入酶解罐中，保温酶解，待酶解结束后，过滤去除滤渣，得到滤液，再将滤液离心处理，分离得到上层液，备用；

（4）将步骤（1）备用的多孔石墨粉和多巴胺溶液混合后，振荡浸渍处理3～5h，浸渍结束后，将浸渍物喷雾干燥，所得干燥物即为改性多孔石墨；

（5）称取10～15g上述改性多孔石墨加入到500～600mL氯化亚铁溶液中，超声分散处理，得到混合悬浮液；

（6）将上述混合悬浮液装入三口烧瓶中，再将三口烧瓶移入水浴锅中，加热升温至60～70℃，用搅拌器进行搅拌，在搅拌的过程中，向三口烧瓶中滴加400～500mL步骤（3）备用的上层液，滴加完毕后继续搅拌反应20～30min，待反应结束后过滤，分离得到滤渣即为载铁石墨；

（7）将上述载铁石墨和硫酸铜溶液混合后超声振荡处理，过滤分离得到滤渣，再将滤渣放入管式电阻炉中，保温烧结后出料，即得铜基石墨自润滑材料。

步骤（3）中所述的外切葡聚糖酶和大米淀粉浆的质量比为1:10，保温酶解温度为35～45℃，保温酶解时间为7～9h，离心处理转速为2000～3000r/min，离心处理时间为10～15min。

步骤（4）中所述的多巴胺溶液的质量浓度为3g/L，多孔石墨粉和多巴胺溶液的质量比为1:10。

步骤（5）中所述的氯化亚铁溶液的质量分数为15%，超声分散处理的频率为40～50kHz，超声分散处理的温度为40～50℃，超声分散处理时间为20～30min。

步骤（7）中所述的硫酸铜溶液的质量分数为30%，载铁石墨和硫酸铜溶液的质量比为1:20，保温烧结的条件是：在1550～1650℃，保温烧结20～30min后，再降低温度至800～900℃，继续烧结3～5h。

本发明的有益效果是：