一種納米碳增強(qiáng)的耐磨復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及金屬基耐磨材料領(lǐng)域，具體涉及一種納米碳材料增強(qiáng)的耐磨復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]耐磨材料，是新材料領(lǐng)域的核心，對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)和支撐作用，在全球新材料研究領(lǐng)域中，耐磨材料約占85%。同時(shí)，耐磨材料是以車輛為代表的交通工具中最關(guān)鍵的安全零件之一，對(duì)制動(dòng)效果的起決定性作用。現(xiàn)有的常規(guī)制動(dòng)材料，如半金屬基合成材料、銅基/鐵基耐磨材料等，無(wú)論是摩擦系數(shù)和運(yùn)行平穩(wěn)性，還是導(dǎo)熱性、耐磨性等方面均有較大的提升空間。
[0003]碳納米管，于1991年被日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。管壁上每個(gè)碳原子間通過(guò)有“最強(qiáng)化學(xué)鍵”之稱的sp2雜貨軌道相結(jié)合。碳納米管的抗拉強(qiáng)度達(dá)到50?200GPa，是鋼的100倍，比常規(guī)石墨纖維高一個(gè)數(shù)量級(jí);碳納米管的比重只有鋼的1/6;碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)約為6000W/(m.K)，與金剛石相當(dāng)，是銅的14倍，氧化鋁的160倍。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的耐磨材料通常是摻入石墨，但其材料的實(shí)際能達(dá)到的電阻率、抗壓強(qiáng)度還有提升的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的現(xiàn)有技術(shù)是提供一種納米碳增強(qiáng)的耐磨復(fù)合材料，通過(guò)在配方中引入納米碳材料，達(dá)到導(dǎo)熱性、強(qiáng)度、硬度和耐磨性明顯提升的新型耐磨復(fù)合材料。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明第一方面提供一種納米碳增強(qiáng)的耐磨復(fù)合材料，其按質(zhì)量百分比包括，金屬粉55?99%，陶瓷粉0.1?35%，納米碳0.01?15%。
[0007]優(yōu)選地，納米碳增強(qiáng)的耐磨復(fù)合材料，其按質(zhì)量百分比包括，金屬粉60?99%，陶瓷粉0.1?35%，碳納米管0.01?10%。
[0008]優(yōu)選地，納米碳增強(qiáng)的耐磨復(fù)合材料，其按質(zhì)量百分比包括，金屬粉62?95%，陶瓷粉1?35%，碳納米管0.1?8.0%。
[0009]優(yōu)選地，納米碳增強(qiáng)的耐磨復(fù)合材料，其按質(zhì)量百分比包括，金屬粉65?95%，陶瓷粉4?35%，碳納米管0.5?4.0%。
[0010]優(yōu)選地，納米碳增強(qiáng)的耐磨復(fù)合材料，其按質(zhì)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(yōu)選地，納米碳增強(qiáng)的耐磨復(fù)合材料，其按質(zhì)量百分比包括，金屬粉63?95%，陶瓷粉4?35%，碳納米管0.1?2.0%。
[0011]本發(fā)明一優(yōu)選技術(shù)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(yōu)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。
[0012]本發(fā)明一優(yōu)選技術(shù)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(yōu)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。
[0013]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。
[0014]本發(fā)明一優(yōu)選技術(shù)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(zhǎng)度1?10微米。
[0015]本發(fā)明的第二方面提供一種納米碳增強(qiáng)的耐磨復(fù)合材料的制備方法，其包括如下步驟:
[0016]1)取碳納米管、陶瓷粉，75°C_90°C烘干待用；
[0017]2)在潔凈的混合機(jī)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(xù)混合至均勻；
[0018]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(guò)常溫冷壓成型方式壓制成生坯；
[0019]4)將冷壓成型的生坯放入燒結(jié)爐中，在惰性保護(hù)氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程中，在垂直方向持續(xù)施加壓力，并保持到燒結(jié)后冷卻結(jié)束；
[0020]5)燒結(jié)完成后材料在保護(hù)氣氛和持續(xù)壓力作用下隨爐自然冷卻，燒結(jié)爐溫度降至100°C以下后，開(kāi)爐，卸壓，取料。
[0021]本發(fā)明提供的耐磨復(fù)合材料，通過(guò)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(shù);納米碳主要用于提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能、強(qiáng)度、韌性及耐磨性能。
[0022]本發(fā)明在金屬與陶瓷復(fù)合的基體材料中引入碳納米管，在基體中形成三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在復(fù)合材料的成型過(guò)程中，一方面，碳納米管可提高復(fù)合材料整體溫度的均勻性，減少成型過(guò)程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，降低殘余應(yīng)力對(duì)材料屈服極限、疲勞壽命、抗變形性能等方面的影響，延長(zhǎng)使用壽命；另一方面，碳納米管對(duì)于金屬的變形可起到釘扎位錯(cuò)的作用，同時(shí)碳納米管表面大量的結(jié)構(gòu)缺陷可作為晶核存在，從而阻止在燒結(jié)過(guò)程形成大尺寸晶粒，即通過(guò)晶粒細(xì)化作用，提高基體材料的強(qiáng)度、韌性、耐磨性等性能。
[0023]在復(fù)合材料的使用過(guò)程中，碳納米管可提尚材料導(dǎo)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(dá)到升熱、不升溫的效果。從而使耐磨材料在各種使用環(huán)境，尤其在重載、高速、長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)時(shí)，仍能輸出穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，同時(shí)降低磨損，延長(zhǎng)使用壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備碳納米管增強(qiáng)銅基耐磨材料所用的多壁碳納米管
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備碳納米管增強(qiáng)銅基耐磨材料的原料混合效果
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備碳納米管增強(qiáng)銅基耐磨材料的碳納米管CNT含量與材料摩擦系數(shù)、磨損率、硬度的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明【具體實(shí)施方式】。
[0028]實(shí)施例1
[0029]本實(shí)施例中涉及的納米碳增強(qiáng)的耐磨復(fù)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(zhǎng)度為3?5微米。復(fù)合材料配方按重量比計(jì)，包括銅粉75%、碳化硅10%、二硫化鉬12%、碳納米管3%。為對(duì)比CNT應(yīng)用效果，本實(shí)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(duì)比樣品。具體制備方法如下:
[0030]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；
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