本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种高导电弥散铜-MoS2复合材料。
背景技术：
铜具有良好的导电导热和机械加工性能，但同时铜又具有硬度低、 强度低、 耐磨性差等特点。随着电子、机械、航空等工业的快速发展，需要研制具有良好耐磨性和力学性能的铜基复合材料，同时需要新材料保持铜的优良导电导热性能。
弥散铜又称氧化铝铜，是Cu与Al2O3通过内氧化法制备而成，即在铜基体中加入细小弥散分布的Al2O3增强相粒子。MoS2是一种较理想的固体润滑剂，Mo和S通过共价键结合在一起形成MoS2的六方晶系层状结构，当分子间受到很小的剪切力时，沿分子层很容易断裂而产生滑移，因而具有优良的减磨性能。通常材料导电率和耐磨性是相互矛盾的，因此需要尽可能减少增强相添加量的前提下，以保证复合材料的高导电性。
技术实现要素：
本发明的目的是为了改善铜基复合材料的电导率、耐磨性等性能，设计了一种高导电弥散铜-MoS2复合材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
高导电弥散铜-MoS2复合材料的制备原料包括：100目的MoS2粉和200目的弥散铜粉（弥散铜粉由电解铜与Al2O3通过内氧化法制备而成，其中Al2O3粉的质量分数为0.3%）。
高导电弥散铜-MoS2复合材料的制备步骤为：首先将弥散铜粉与MoS2粉按不同质量分数混合后放入混料机中混料10h，然后采用热压烧结法成形。工艺参数为：烧结温度为800℃，保温时间为1h，压制压力为30MPa，最后制成50mmX30mm的试样。摩擦磨损试验在HSTl00型载流高速试验机上进行，试验参数为：载荷30N，速度10-30m/s，电流0-100A，对摩材料为铬青铜 QCr 0.5。
高导电弥散铜-MoS2复合材料的检测步骤为：用D/rmX-2400型X射线衍射分析仪分析烧结后MoS2的成分变化；根据阿基米德原理测出材料的密度；用HXS-1000型显微硬度计测定试样的维氏硬度；用D60K金属电导率测试仪测量复合材料的导电率；用SHIMADZU AG-I250kN型拉伸试验机测量材料在室温下的抗拉强度；用JSM-5610LV 型扫描电镜观察复合材料的组织形貌和磨损形貌；用H-800型透射电子显微镜分析晶粒内部以及晶界上添加相的分布情况。
本发明的有益效果是：
采用热压烧结法制备弥散铜-MoS2复合材料，随着MoS2含量的增加，复合材料的密度、 硬度、抗拉强度和导电率明显下降。材料烧结后，MoS2的成分发生变化。分析后发现，铜与MoS2在烧结后形成了复杂的铜钼硫化合物Cu1.84Mo6S8和CuMo2S3相。弥散铜-MoS2复合材料中加入润滑组元MoS2后，材料的耐磨性提升，含3%MoS2复合材料的摩擦因数和磨损率均小于含1%MoS2的复合材料。弥散铜-MoS2复合材料增强相添加量少，具有较高导电性，更容易产生电弧热和在高温下发生塑性变形，促进在摩擦磨损过程中摩擦副表面形成具有自润滑作用的第三体润滑膜，该润滑膜是由处在塑性变形阶段的铜与铜钼硫化合物组成，它会提升材料的耐磨性。因而，在电流与速度的共同影响下，两种材料的摩擦因数和磨损率比不加电流时发生很小的变化，甚至出现减小的现象。随着电流增大，含3% MoS2复合材料的磨损率降低，当电流超过100A 后，磨损率才开始增大。弥散铜-MoS2复合材料的摩擦磨损机制主要是黏着磨损、磨粒磨损及疲劳磨损。
具体实施方式
实施案例1：
高导电弥散铜-MoS2复合材料的制备原料包括：100目的MoS2粉和200目的弥散铜粉（弥散铜粉由电解铜与Al2O3通过内氧化法制备而成，其中Al2O3粉的质量分数为0.3%）。高导电弥散铜-MoS2复合材料的制备步骤为：首先将弥散铜粉与MoS2粉按不同质量分数混合后放入混料机中混料10h，然后采用热压烧结法成形。工艺参数为：烧结温度为800℃，保温时间为1h，压制压力为30MPa，最后制成50mmX30mm的试样。摩擦磨损试验在HSTl00型载流高速试验机上进行，试验参数为：载荷30N，速度10-30m/s，电流0-100A，对摩材料为铬青铜 QCr 0.5。高导电弥散铜-MoS2复合材料的检测步骤为：用D/rmX-2400型X射线衍射分析仪分析烧结后MoS2的成分变化；根据阿基米德原理测出材料的密度；用HXS-1000型显微硬度计测定试样的维氏硬度；用D60K金属电导率测试仪测量复合材料的导电率；用SHIMADZU AG-I250kN型拉伸试验机测量材料在室温下的抗拉强度；用JSM-5610LV 型扫描电镜观察复合材料的组织形貌和磨损形貌；用H-800型透射电子显微镜分析晶粒内部以及晶界上添加相的分布情况。
实施案例2：
随着MoS2含量的增加，材料的密度、硬度、抗拉强度和导电率明显下降。材料烧结后在铜基体晶界处出现呈灰白色的新物相。当MoS2的质量分数为1%时，灰白色物相较少且分布不均匀；当MoS2的质量分数达到了3%时，灰白色物相明显增多，且颗粒尺寸变大，在铜基体的界面处分布弥散均匀。摩擦组元Al2O3颗粒弥散分布在铜基体内；同时，铜基体晶界处分布着大量的位错缺陷，它会严重影响材料的力学性能。弥散铜与MoS2混合粉末烧结后，利用X射线衍射分析可得出混合粉末烧结后没有出现MoS2的衍射峰，而是出现了新物相的衍射峰，即出现的灰白色物相。铜与MoS2烧结后形成了复杂的铜钼硫化合物Cu1.84Mo6S8和CuMo2S3相。含3% MoS2材料在整个加热过程中在532℃出现明显的吸热峰，表明铜与MoS2在烧结后形成了铜钼硫化合物Cu1.84Mo6S8和CuMo2S3的反应是吸热反应。
实施案例3：
由于MoS2的密度低于铜的密度，其百分比含量越高，复合材料的密度越低。烧结后MoS2与铜反应生成的铜钼硫化合物呈不规则块状且不均匀分布在晶界上，铜基体晶界上大量分布的位错缺陷，使得材料在受外力发生变形时阻碍滑移的进行，局部应力集中使材料易发生断裂，致使材料的抗拉强度明显下降。烧结过程中，MoS2不断与基体铜反应，材料中金属相减少，非金属相增多，铜钼硫化合物相割裂了基体的片状连续分布，材料中电子的定向移动受到阻碍，必然使电阻增加，使得导电率下降。随着速度的增加，两种材料的摩擦因数是降低的，磨损率是增大的。速度较小时，摩擦盘与销试样之间接触趋于稳定，摩擦副的真实接触面积大，此时摩擦阻力主要来源于摩擦接触表面微凸体之间相互阻碍，由于摩擦副都采用的铜是塑性材料，相同金属黏着效应较强，摩擦面发生黏着磨损，粗糙度变大，切向运动阻力随之增大，因而摩擦因数大。摩擦面上分布许多黏着磨损残留的块状沉积物。速度增大时，摩擦副接触面的震动和冲击强，摩擦副的真实接触面积减小；另外摩擦面温度升高，小的块状沉积物会被熔化后脱落；摩擦面看上去较平滑，致使摩擦因数减小。随着速度增加摩擦的进行，大量的机械能转化为热能，材料的摩擦表面的温度迅速升高使得塑性变形加剧，更多的基体材料软化，增大的切应力会带走更多的磨屑脱离摩擦面，材料的磨损率增大。
实施案例4：
随着电流的增加，两种材料的摩擦因数先降低，当电流超过90A后，摩擦因数增大。电流为30A，材料的摩擦面上凸凹不平，粗糙度大；电流为90A，材料的摩擦面上呈现磨粒磨损的犁沟，犁沟表面平滑。加入电流后，在电流与速度的共同影响下，两种材料的摩擦因数和磨损率比不加电流时发生很小的变化，甚至出现减小的现象；含3% MoS2复合材料的磨损率随着电流的增大而减小，当电流超过100A后，磨损率和摩擦因数才进一步增大。
实施案例5：
弥散铜-MoS2复合材料增强相添加量少，具有较高导电性，容易产生电弧热和在高温下发生塑性变形，磨损过程中摩擦副表面形成了具有自润滑作用的第三体润滑膜，该润滑膜是由处在塑性变形阶段的铜与铜钼硫化合物组成。第三体润滑膜的润滑作用提升了材料的耐磨性。在电流为30A和60A时，只有少量的第三体润滑膜出现，当电流增大到90A时，第三体润滑膜覆盖了整个摩擦面。当电流为100A时，摩擦副表面出现疲劳磨损。自润滑作用是指本身含有润滑作用的介质，在工作过程中逐渐向配对副摩擦界面转移形成润滑转移膜的过程。不加电流时，摩擦副表面只发生黏着磨损，大量的磨屑堆积在摩擦面上。此时摩擦因数大，磨损率低。加入电流后，电弧热和摩擦面产生大量的热量会使得铜基体软化发生较大的塑性变形，局部温度过高出现熔融，促进了第三体润滑膜的形成。电流为90A时，电弧热大量生成，基体铜熔化与晶界上由于塑性变形被挤出的铜钼硫化合物混揉在一起形成的第三体润滑膜具有自润滑作用，它移动在销与盘的摩擦表面之间，反复地被挤压变形，有些区域热量不均匀，第三体润滑膜冷却后出现沉积，这一过程持续会出现润滑膜的层状堆积，温度升高，层状堆积的润滑膜也会被再次熔化。第三体润滑膜在正压力作用下会被压实，表面出现磨粒磨损的犁沟。电流为100A时，会生成更多的热使得塑性变形挤压过程更加剧烈，接触表面易产生疲劳，导致显微裂纹的萌生和扩展，疲劳磨损会加剧材料的磨损。具有自润滑作用的第三体润滑膜的形成及破坏对复合材料摩擦副的摩擦因数和磨损率有着显著影响。通常摩擦面的温度是第三体润滑膜形成的主要影响因素。速度小且无电流时，摩擦表面边缘出现磨屑的黏附转移。加入电流后，摩擦面在电弧作用下变色，由于产生的电弧少，电弧热小，因而只能在摩擦面边缘处看到少量的第三体润滑膜残留。较大颗粒的熔融液滴残留。滑动摩擦过程中，摩擦副表面接触区域在摩擦热和电弧热的共同作用下发生塑性变形，塑性变形阶段的铜和铜钼硫化合物组成润滑介质在正压力作用下被挤揉在一起，在剪切力作用下于摩擦副表面铺开，它们存在于两个对磨表面之间，可称之为第三体。因为金属流与具有自润滑作用的润滑剂混合在一起形成的薄膜具有很好的润滑减磨作用，故称其为第三体润滑膜。本课题研究的复合材料增强相添加量少，具有较高导电性，更容易产生电弧热，由于纯度高，根据奥万罗颗粒增强机理，更容易在高温下发生塑性变形，这些都会促进第三体润滑膜的形成。第三体润滑膜能够改善材料的耐磨性，降低摩擦因数和磨损率。因此，只有速度作用在摩擦副表面，虽然在速度和电流同时作用下，材料的摩擦因数和磨损率都没有急剧增加。含1% MoS2的材料随着电流增加，磨损率增大，而含3% MoS2材料的磨损率是减小的，直到电流过高后，才增加。当电流为100A时，过大的电流破坏了第三体润滑膜。因为电流越大，电弧热急剧增加会使得更多的基体部分发生塑性变形，摩擦副表面上第三体润滑膜会大量生成，第三体润滑膜的厚度和面积均会增加。由于速度恒定，剪切力作用不再增加，不断累积的第三体润滑膜在垂直方向和水平方向的力的作用下不断地被糅合，为疲劳裂纹的形成提供了条件，一旦第三体润滑膜内部有裂纹形成时，便会在剪切力作用下剥落形成疲劳鳞剥坑。疲劳鳞剥坑的形成会使得摩擦面粗糙度增加，材料摩擦因数增大；第三体润滑膜破坏脱落会引起材料磨损率的增加。