具有低摩擦系数BN/Cu复合材料的制备方法与流程

本发明属于金属材料制备方法技术领域，涉及一种具有低摩擦系数bn/cu复合材料的制备方法。

背景技术：

铜基复合材料是典型的面心结构金属，具有良好的塑性变形能力和优良的导电及导热性能，在铜基体上加入颗粒、晶须、纤维等高强度材料，既能保持铜的导电导热性，又可以改善铜的硬度、耐磨性和高温抗蠕变性能，满足电子、电器及导电相关的其他工业领域的需要。随着铜基复合材料应用的越来越广泛，对其性能的要求越来越高，其具有高导电、高强度和高耐磨性能铜基复合材料以不能满足现有的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有低摩擦系数bn/cu复合材料的制备方法，所制得bn/cu复合材料硬度高，摩擦系数降低，耐磨性好。

本发明所采用的技术方案是：具有低摩擦系数bn/cu复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1，将铜粉和氮化硼粉末按照一定的比例机械混粉后，得到混合粉末；

步骤2，将步骤1的混合粉末冷压成坯；

步骤3，对冷压形成的坯进行热压烧结，随后随炉降温冷却，得到bn/cu复合材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中将氮化硼粉末和铜粉按照一定比例装入混料机中，其中，氮化硼粉末占bn/cu复合材料总质量的0.5-2％，然后按铜粉和氮化硼粉总质量的1:1加入不锈钢磨球，并向混料机中添加粉末总质量1％的无水乙醇作为粘合剂，以120r/min的转速混粉4h，得到混合粉末。

步骤2中将混合粉末采用冷压模具冷压成坯，在冷压过程中压强为300mpa，保压时间为30s。

步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1、热压烧结；将对冷压形成的坯先放入石墨坩埚中，随后一起放入气氛保护热压炉中，以20℃/min由室温升温至900℃，保温30min；随后以10℃/min加热至1000-1060℃，保温30-60min，并加压7-28mpa；

步骤3.2、降温冷却；随炉降温冷却至室温，得到bn/cu复合材料。

步骤3.1中热压烧结过程中在氢气保护气氛下进行烧结。

步骤3.2中降温冷却在氮气气氛保护下降温。

本发明的有益效果是：本发明的具有低摩擦系数bn/cu复合材料的制备方法，改善了bn/cu复合材料的摩擦磨损性能，利用氮化硼代替纯铜通过热压烧结法所制备出的bn/cu复合材料的组织分布均匀，其摩擦系数相比纯铜减小了40％～47％，且该复合材料的硬度高。本发明所制备的数bn/cu复合材料摩擦系数降低，合金的磨损率相对较小，耐磨性好，可以应用在摩擦减磨材料、电接触材料和机械零件材料等领域。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的bn/cu复合材料组织形貌图；

图2是本发明实施例1-4所制备的bn/cu复合材料的摩擦系数图；

图3是本发明实施例2所制备的bn/cu复合材料与采用热压烧结方法制备纯铜的摩擦磨损系数随时间变化的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种具有低摩擦系数bn/cu复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，将铜粉和氮化硼粉末按照一定的比例机械混粉后，得到混合粉末；

步骤2，将步骤1的混合粉末冷压成坯；

步骤3，对冷压形成的坯进行热压烧结，随后随炉降温冷却，得到bn/cu复合材料。

其中，步骤1中将氮化硼粉末和铜粉按照一定比例装入混料机中，其中，氮化硼粉末占bn/cu复合材料总质量的0.5-2％，然后按铜粉和氮化硼粉总质量的1:1加入不锈钢磨球，并向混料机中添加粉末总质量1％的无水乙醇作为粘合剂，以120r/min的转速混粉4h，得到混合粉末。

步骤2中将混合粉末采用冷压模具冷压成坯，在冷压过程中压强为300mpa，保压时间为30s。

步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1、热压烧结；将对冷压形成的坯先放入石墨坩埚中，随后一起放入气氛保护热压炉中，以20℃/min由室温升温至900℃，保温30min；随后以10℃/min加热至1000-1060℃，保温30-60min，并加压7-28mpa；

步骤3.2、降温冷却；随炉降温冷却至室温，得到bn/cu复合材料。

步骤3.1中热压烧结过程中在氢气保护气氛下进行烧结。

步骤3.2中降温冷却在氮气气氛保护下降温。

氮化硼粉末的尺寸为100nm。

实施例1

称取纳米级氮化硼粉末1.5wt.％、余量为铜粉(40-60μm)，装入混料机中，然后按铜粉和氮化硼粉总质量的1:1加入不锈钢磨球，并向混料机中添加粉末总质量1％的无水乙醇作为粘合剂，以120r/min的转速混粉4h得混合粉末；将混合粉末采用冷压模具冷压成坯，在冷压过程中压强为300mpa，保压时间为30s冷压成坯；将冷压形成的坯放入φ21石墨坩埚中，随后一起放入气氛保护热压炉中，以20℃/min由室温升温至900℃，保温30min，随后以10℃/min加热至1040℃，保温50min，并加压21mpa，最后随炉冷却至室温，制得bn/cu复合材料，其中，烧结过程中在氢气保护气氛下进行烧结，降温在氮气气氛保护下降温。所得bn/cu复合材料的电导率是84.34％iacs，硬度58.4hb，致密度是97.61％，摩擦系数的均值是0.54。所制得的bn/cu复合材料的组织形貌如图1所示。

实施例2

称取纳米级氮化硼粉末0.5wt.％、余量为铜粉(40-60μm)，装入混料机中，然后按铜粉和氮化硼粉总质量的1:1加入不锈钢磨球，并向混料机中添加粉末总质量1％的无水乙醇作为粘合剂，以120r/min的转速混粉4h得混合粉末；将混合粉末采用冷压模具冷压成坯，在冷压过程中压强为300mpa，保压时间为30s冷压成坯；将冷压形成的坯放入φ35石墨坩埚中，随后一起放入气氛保护热压炉中，以20℃/min由室温升温至900℃，保温30min，随后以10℃/min加热至1000℃，保温30min，并加压7mpa，最后随炉冷却至室温，制得bn/cu复合材料，其中，烧结过程中在氢气保护气氛下进行烧结，降温在氮气气氛保护下降温。所得bn/cu复合材料的电导率是94.78％iacs，硬度56.8hb，致密度是98.99％，摩擦系数的均值是0.486。

实施例3

称取纳米级氮化硼粉末1.0wt.％、余量为铜粉(40-60μm)，装入混料机中，然后按铜粉和氮化硼粉总质量的1:1加入不锈钢磨球，并向混料机中添加粉末总质量1％的无水乙醇作为粘合剂，以120r/min的转速混粉4h得混合粉末；将混合粉末采用冷压模具冷压成坯，在冷压过程中压强为300mpa，保压时间为30s冷压成坯；将冷压形成的坯放入φ21石墨坩埚中，随后一起放入气氛保护热压炉中，以20℃/min由室温升温至900℃，保温30min，随后以10℃/min加热至1020℃，保温40min，并加压14mpa，最后随炉冷却至室温，得bn/cu复合材料，其中，烧结过程中在氢气保护气氛下进行烧结，降温在氮气气氛保护下降温。所得bn/cu复合材料的电导率是89.04％iacs，硬度62.4hb，致密度是98.36％，摩擦系数的均值是0.467。

实施例4

称取纳米级氮化硼粉末2.0wt.％、余量为铜粉(40-60μm)，装入混料机中，后按铜粉和氮化硼粉总质量的1:1加入不锈钢磨球，并向混料机中添加粉末总质量1％的无水乙醇作为粘合剂，以120r/min的转速混粉4h得混合粉末；将混合粉末采用冷压模具冷压成坯，在冷压过程中压强为300mpa，保压时间为30s冷压成坯；将冷压形成的坯放入φ21石墨坩埚中，随后一起放入气氛保护热压炉中，以20℃/min由室温升温至900℃，保温30min，随后以10℃/min加热至1060℃，保温60min，并加压28mpa，最后随炉冷却至室温，制得bn/cu复合材料，其中，烧结过程中在氢气保护气氛下进行烧结，降温在氮气气氛保护下降温。所得bn/cu复合材料的电导率是80.21％iacs，硬度61.8hb，致密度是96.86％，摩擦系数的均值是0.477。

本发明实施例1-4所制备的bn/cu复合材料的摩擦系数如图2所示。

对比例

如图3所示，将采用热压烧结方法制备纯铜与实施例3制备的bn/cu复合材料在500g载荷作用下进行滑动干摩檫试验，常温摩擦磨损系数随时间的变化，由图中可知，bn/cu复合材料常温摩擦磨损系数远小于同种制备方法的纯铜的摩擦系数，其摩擦系数相比纯铜减小了40％～47％。

本发明制备的bn/cu复合材料由于氮化硼能耐热至2000℃，有良好的电绝缘性能和导热及耐化学性能，它与石墨几乎具有相同的晶体结构，都有良好的润滑性能，但在高温空气中(399℃以上)，石墨已不能胜任，而氮化硼却依然能作为一种优良的润滑剂而被使用着，所以添加bn的铜基复合材料也具有良好的耐磨性。

通过上述方式，本发明具有低摩擦系数bn/cu复合材料的制备方法，改善了bn/cu复合材料的摩擦磨损性能，利用氮化硼代替纯铜通过热压烧结法所制备出的bn/cu复合材料的组织分布均匀，其摩擦系数相比纯铜减小了40％～47％，电导率不低于80％iacs，在不显著牺牲电导率的前提下，复合材料的硬度有所提高，本发明所制备的化硼铜基复合材料摩擦系数降低，合金的磨损率相对较小，可以应用在摩擦减磨材料、电接触材料和机械零件材料等领域。