一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法
【专利摘要】一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，属于高性能材料技术领域，具体是在加热炉中采用搅拌的方式使铜基熔体形成漩涡流，将形成增强相或润滑相的原料喷吹加入铜基熔体，在漩涡流作用下形成增强相或润滑相的原料与铜基熔体原位生成增强相及润滑相并被卷带到铜基熔体中，再通过偏心搅拌和速冷凝固的方式使增强相和润滑相在铜基体中高度均匀弥散分布。本方法通过原位生成的方式简化铜基自润滑材料的制备过程，改善第二相与基体界面结合力，通过偏心搅拌和控制凝固等手段实现增强相和润滑相高度弥散分布的自润滑铜基合金材料。
【专利说明】
一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法
技术领域
:
[0001 ]本发明属于高性能材料技术领域，具体涉及一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法。
【背景技术】
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[0002]摩擦现象普遍存在，据统计，目前世界能源消耗约有1/3?1/2以各种方式最终表现为摩擦损耗，摩擦损耗所引起的经济损失是巨大的，据估计，仅磨粒磨损就使工业国家损失国民生产总值的1%?4%。因摩擦导致的磨损又是机械失效的主要原因之一。统计分析表明，导致机械失效的主要原因并不是零部件的断裂，而是动联件和机件的摩擦学损坏。可见材料磨损问题是十分重要的，它在国民经济发展中占有举足轻重的作用。所以运用已有的摩擦学，材料磨损等方面的知识，研制出新型耐磨材料并采取必要的技术和管理措施，尽可能减少材料的磨损损失有十分重大的意义。与此同时，航空航天，空间技术的发展，以及许多苛刻工况条件已经超越了润滑油或者润滑脂的使用极限，传统的软金属和其他固体润滑微粉作为减磨覆盖层，强度低，耐磨性差，已经不能满足性能的综合要去。在这种情况下，如何制备具有较高的强度和硬度，能够提高接触摩擦副的耐磨性，并且具有自润滑效果，在摩擦面之间形成固体润滑转移膜，减小摩擦面的摩擦系数和稳定摩擦功耗已成为制备自润滑材料的关键。
[0003]目前自润滑材料主要的制备方法为粉末冶金法，铸造法为主，同时会用到如化学镀、热喷涂等一些表面技术。如北京科技大学郭志猛等发明的“一种自润滑轴承材料的粉末冶金制备方法，申请号:201310414116.5”将铁粉与适量的硫化铁、锰铁粉和合金粉混合退火，退火后的粉末与适量的石墨混合，压制烧结，获得自润滑轴承材料。江苏大学李长生等发明的“一种铜基自润滑复合材料及其制备方法，申请号:201410000200.7”采用铜粉、锡粉、镍粉、二砸化钨，石墨及碳化钨等原料，通过粉末冶金温压烧结成型，真空烧结获得铜基自润滑复合材料。这些方法存在有成分设计的自由度受到较大限制，材料密度不高，粉末制备过程中已氧化污染，润滑相与金属基体之间结合强度低，磨损中易脱落，材料的整体冲击韧性和强度较低，制备工序繁多，大型的复杂的元件处理困难等缺点。
【发明内容】
:
[0004]本发明的目的是针对现有制备自润滑材料的上述不足，提供一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，该方法简化操作并降低成本的同时，提高了材料成分设计的自由度，提高了材料的致密性，避免了原料易受污染的问题，改善了增强相、润滑相与基体铜的结合力，同时保证大尺寸均质铜基自润滑材料铸锭的均匀性。
[0005]本发明的一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法按以下步骤进行:
[0006]步骤1.铜基熔体离心化:
[0007](I)铜基熔体制备:取纯铜或纯铜与Cu-Mo合金混合物料，加热熔化，加热温度为1100?1300°(:，形成铜基熔体；
[0008](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为100?400rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0009]步骤2.原位反应:
[0010](I)备料:按以下四种方式中任意一种，取增强相原料与润滑相原料，混合均匀后，形成混合原料:
[0011](a)当铜基熔体为纯铜、喷吹载气为氩气时:增强相原料为Al粉，润滑相原料为B2O3和T12,其中，按摩尔比，Al粉:B2O3 = T12 = (6?8): (I?3): (2?3)，按重量百分比，(Al粉+B203+Ti02):0.I?10wt%，余量为纯铜；
[0012](b)当铜基熔体为纯铜、喷吹载气为氮气时:增强相原料为Al粉，润滑相原料为B2O3;其中，按摩尔比，Al粉:B2O3= (2?3): (I?2)，按重量百分比，(Al粉+B2O3): 0.1?10wt%，余量为纯铜；
[0013](c)当铜基熔体为纯铜与Cu-Mo合金混合物料、喷吹载气为氩气时:增强相原料为Al粉，润滑相原料为Cu2S或FeS中的一种、B2O3和T12;其中，按摩尔比，Al粉:B2O3 = T12= (6?8): (I?3): (2?3)，按重量百分比，(Al粉+B203+Ti02):0.I?10wt%，Cu2S或FeS:1?5wt %，Cu-Mo合金:1?5wt %，余量为纯铜；
[0014](d)当铜基熔体为纯铜与Cu-Mo合金混合物料、喷吹载气为氮气时:增强相原料为Al粉，润滑相原料为Cu2SSFeS中的一种，以及B2O3;其中，按摩尔比，Al粉:B2O3 = (2?3): (I?2)，按重量百分比，(Al粉+B2O3):0.I?10wt%，Cu2S或FeS:1?5wt%，Cu-Mo合金:I?5wt%，余量为纯铜；
[0015](2)喷吹加料:向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应，生成增强相与润滑相，形成混合后的铜基熔体；
[0016]步骤3.偏心均匀弥散:
[0017]调整搅拌桨位置，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均匀弥散后的铜基熔体;其中，搅拌速度为50?200rpm，搅拌时间为5?60min;
[0018]步骤4.速冷凝固:
[0019]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体速冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0020]所述的步骤I中，加热熔化在加热炉中进行；
[0021]所述的步骤2(1)(3)中，按摩尔比41粉:8203:1102 = 6:1:3，
[0022]所述的步骤2 (I) (b)中，按摩尔比，Al粉:B2O3 = 2:1，
[0023]所述的步骤2(1)((3)中，按摩尔比41粉:8203:1102 = 6:1:3;
[0024]所述的步骤2 (I) (d)中，按摩尔比，Al粉:B2O3 = 2:1;
[0025]所述的步骤2(2)中，按(a)备料方式，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生单润滑相原位反应，如(I)所示，生成润滑相为TiB2，增强相为Al2O3;
[0026]10Al+3B203+3Ti02 = 5Al203+3TiB2 (I)
[0027]所述的步骤2(2)中，按(b)备料方式，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生单润滑相原位反应，如(2)所示，生成润滑相为BN，增强相为Al2O3;
[0028]Ν2+2Α1+Β2θ3=Α?2θ3+2ΒΝ (2)
[0029]所述的步骤2(2)中，按(c)备料方式，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生多元润滑相原位反应，如(3)、(4)所示，生成润滑相为TiB2与MoS2复合润滑相，增强相为A1203;
[0030]10Al+3B203+3Ti02 = 5Al203+3TiB2 (3)
[0031]2Cu2S+Mo=MoS2+4Cu 或 2FeS+Mo=MoS2+2Fe (4)
[0032]所述的步骤2(2)中，按(d)备料方式，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生多元润滑相原位反应，如(5)、(6)所示，生成润滑相为BN与MoS2复合润滑相，增强相为 AI2O3;
[0033]Ν2+2Α1+Β2θ3=Α?2θ3+2ΒΝ (5)
[0034]2Cu2S+Mo=MoS2+4Cu 或 2FeS+Mo=MoS2+2Fe (6)
[0035]所述的步骤2(2)中，氩气或氮气载气流速为250?10001/h;
[0036]所述的步骤3中，搅拌桨的偏心率为0.2?0.9;
[0037]所述的步骤4中，速冷凝固的方式为强制水冷或空冷；
[0038]所述方法制备的铜基自润滑材料，硬度为HV60?HV120，抗拉强度为140?350MPa，摩擦系数在载荷为40N时为0.12?0.32。
[0039]本发明的有益效果:
[0040](I)以纯铜，Cu-Mo合金和Al、B203、Ti02、Cu2S或FeS、N2、Ar等为原料，在高温炉中进行熔炼，应用原位反应得到均匀的高温熔体，具有操作简单、能耗低等优点，且大大降低了原料成本；
[0041](2)在熔炼过程中，以气体携带采用吹入方式将反应原料喷吹到高温合金熔体中进行原位反应，不但使反应进行的更为彻底，更加强了熔体的均匀化效果；
[0042](3)熔炼过程增强相和润滑相均为原位反应直接生成，因此其与金属基体的结合强度高，分散更均匀，且在摩擦过程中不易脱落，材料由均匀的高温合金熔体直接制备得到，所得材料的致密度更高，力学性能好；
[0043](4)将得到的均质合金熔体直接进行速冷凝固，避免了浇铸凝固过程造成的二次污染、浇铸缺陷，保证了合金铸锭的均匀、致密和纯净化。
[0044]本发明的方法不但可以制备大尺寸均质致密的铜基自润滑材料，而且能制备铜合金基系列的自润滑材料，对于制备铜基自润滑材料具有自身的技术优势;本发明的方法操作简单，对工艺条件要求低，该方法是一种低成本快速铜基自润滑材料的方法，同时适用于其他铜合金基体自润滑材料铸锭的规模化低成本制备;本发明制备的铜基自润滑材料由于其高强度、低摩擦、耐磨损等特点，被广泛应用于汽车、船舶、化工机械、电机设备、高温压铸机，轴承制造等方面。
【具体实施方式】
:
[0045]下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0046]实施例1
[0047]—种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0048]步骤1.铜基熔体离心化:
[0049](I)铜基熔体制备:取纯铜，在加热炉中加热熔化，加热温度为1100°C，形成铜基熔体；
[0050](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为lOOrpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0051]步骤2.原位反应:
[0052](I)备料:取增强相原料Al粉，润滑相原料B2O3和T12，混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B203:Ti02 = 6:l:3，按重量百分比，(Al粉+B203+Ti02):0.1wt%，余量为纯铜；
[0053](2)喷吹加料:喷吹载气为氩气，氩气流速为2501/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(I)，生成润滑相为TiB2,增强相为Al2O3,形成混合后的铜基熔体；
[0054]步骤3.偏心均匀弥散:
[0055]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.2，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均勾弥散后的铜基恪体;其中，搅拌速度为50rpm，搅拌时间为60min ；
[0056]步骤4.速冷凝固:
[0057]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0058]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HV60，抗拉强度为HOMPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.32。
[0059]实施例2
[0060]一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0061 ] 步骤1.铜基熔体离心化:
[0062](I)铜基熔体制备:取纯铜，在加热炉中加热熔化，加热温度为1200°C，形成铜基熔体；
[0063](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为240rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0064]步骤2.原位反应:
[0065](I)备料:取增强相原料Al粉，润滑相原料B2O3和T12，混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B203:Ti02 = 7:2:3，按重量百分比，(Al粉+B203+Ti02):5.5wt%，余量为纯铜；
[0066](2)喷吹加料:喷吹载气为氩气，氩气流速为5001/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(I)，生成润滑相为TiB2,增强相为Al2O3,形成混合后的铜基熔体；
[0067]步骤3.偏心均匀弥散:
[0068]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.3，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均匀弥散后的铜基熔体;其中，搅拌速度为120rpm，搅拌时间为30min;
[0069]步骤4.速冷凝固:
[0070]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基自润滑材料。[0071 ]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HV82，抗拉强度为184MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.31。
[0072]实施例3
[0073]—种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0074]步骤1.铜基熔体离心化:
[0075](I)铜基熔体制备:取纯铜，在加热炉中加热熔化，加热温度为13000C，形成铜基熔体；
[0076](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为400rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0077]步骤2.原位反应:
[0078](I)备料:取增强相原料Al粉，润滑相原料B2O3和T12，混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B2O3: T12 = 8:1:2，按重量百分比，(Al粉+B203+Ti02):1Owt %，余量为纯铜；
[0079](2)喷吹加料:喷吹载气为氩气，氩气流速为10001/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(I)，生成润滑相为TiB2,增强相为Al2O3,形成混合后的铜基熔体；
[0080]步骤3.偏心均匀弥散:
[0081 ]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.4，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均匀弥散后的铜基熔体;其中，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为5min;
[0082]步骤4.速冷凝固:
[0083]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行空冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0084]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HVl20，抗拉强度为350MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.12。
[0085]实施例4
[0086]—种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0087]步骤1.铜基熔体离心化:
[0088](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1100°C，形成铜基熔体；
[0089](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为10rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0090]步骤2.原位反应:
[0091 ] (I)备料:取增强相原料Al粉，润滑相原料B2O3，混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，A1粉:Β2θ3 = 2:1，按重量百分比，(Al粉+Β2Ο3):0.lwt%，余量为纯铜；
[0092](2)喷吹加料:喷吹载气为氮气，氮气流速为2501/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(2)，生成润滑相为BN，增强相为Al2O3,形成混合后的铜基熔体；
[0093]步骤3.偏心均匀弥散:
[0094]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.5，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均勾弥散后的铜基恪体;其中，搅拌速度为50rpm，搅拌时间为60min ；
[0095]步骤4.速冷凝固:
[0096]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0097]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HV64，抗拉强度为152MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.29。
[0098]实施例5
[0099]—种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0100]步骤1.铜基熔体离心化:
[0101 ] (I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1150°C，形成铜基熔体；
[0102](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为150rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0103]步骤2.原位反应:
[0104](I)备料:取增强相原料Al粉，润滑相原料B2O3,混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，A1粉:Β2θ3 = 3:1，按重量百分比，(Al粉+Β2Ο3):2.4wt%，余量为纯铜；
[0105](2)喷吹加料:喷吹载气为氮气，氮气流速为3601/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(2)，生成润滑相为BN，增强相为Al2O3,形成混合后的铜基熔体；
[0106]步骤3.偏心均匀弥散:
[0107]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.6，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均匀弥散后的铜基熔体;其中，搅拌速度为80rpm，搅拌时间为25min;
[0108]步骤4.速冷凝固:
[0109]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制空冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0110]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HV84，抗拉强度为223MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.31。
[0111]实施例6
[0112]—种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0113]步骤1.铜基恪体离心化:
[0114](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1300°C，形成铜基熔体；
[0115](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为400rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0116]步骤2.原位反应:
[0117](I)备料:取增强相原料Al粉，润滑相原料B2O3,混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，A1粉:Β2θ3 = 3:2，按重量百分比，(Al粉+Β2Ο3): 1wt%，余量为纯铜；
[0118](2)喷吹加料:喷吹载气为氮气，氮气流速为10001/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(2)，生成润滑相为BN，增强相为Al2O3,形成混合后的铜基熔体；
[0119]步骤3.偏心均匀弥散:
[0120]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.7，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均匀弥散后的铜基熔体;其中，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为5min;
[0121]步骤4.速冷凝固:
[0122]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制空冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0123]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HVl16，抗拉强度为322MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.18。
[0124]实施例7
[0125]一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0126]步骤1.铜基恪体离心化:
[0127](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1100°C，形成铜基熔体；
[0128](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为10rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0129]步骤2.原位反应:
[0130](I)备料:取增强相原料Al粉，润滑相原料Cu2S、B203和T12，混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B203:Ti02 = 6:l:3，按重量百分比，(Al粉+B203+Ti02):0.1wt%，C112S: Iwt %，Cu-Mo合金:1wt %，余量为纯铜；
[0131](2)喷吹加料:喷吹载气为氩气，氩气流速为2501/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(3)、(4)，生成润滑相为TiB2与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3，形成混合后的铜基熔体；
[0132]步骤3.偏心均匀弥散:
[0133]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.8，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均勾弥散后的铜基恪体;其中，搅拌速度为50rpm，搅拌时间为60min ；
[0134]步骤4.速冷凝固:
[0135]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0136]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HV82，抗拉强度为224MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.16。
[0137]实施例8
[0138]一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0139]步骤1.铜基恪体离心化:
[0140](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1250°C，形成铜基熔体；
[0141](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为200rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0142]步骤2.原位反应:
[0143](I)备料:取增强相原料Al粉，润滑相原料Cu2S、B203和T12，混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B203:Ti02 = 7:3:2，按重量百分比，(Al粉+B203+Ti02):7.6wt%，C112S: 3wt %，Cu-Mo合金:2wt %，余量为纯铜；
[0144](2)喷吹加料:喷吹载气为氩气，氩气流速为7801/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(3)、(4)，生成润滑相为TiB2与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3，形成混合后的铜基熔体；
[0145]步骤3.偏心均匀弥散:
[0146]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.9，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均勾弥散后的铜基恪体;其中，搅拌速度为150rpm，搅拌时间为45min ；
[0147]步骤4.速冷凝固:
[0148]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行空冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0149]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HV94，抗拉强度为320MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.21。
[0150]实施例9
[0151 ] 一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0152]步骤1.铜基熔体离心化:
[0153](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1300°C，形成铜基熔体；
[0154](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为400rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0155]步骤2.原位反应:
[0156](I)备料:取增强相原料Al粉与润滑相原料Cu2S、B203和T12，混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B2O3 = T12 = 8:2:3，按重量百分比，(Al粉+B203+Ti02):1wt% ,Cu2S:5wt%，Cu-Mo合金:5wt%，余量为纯铜；
[0157](2)喷吹加料:喷吹载气为氩气，氩气流速为10001/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(3)、(4)，生成润滑相为TiB2与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3，形成混合后的铜基熔体；
[0158]步骤3.偏心均匀弥散:
[0159]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.9，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均匀弥散后的铜基熔体;其中，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为5min;
[0160]步骤4.速冷凝固:
[0161 ]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行空冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0162]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HV88，抗拉强度为312MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.15。
[0163]实施例10
[0164]一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0165]步骤1.铜基熔体离心化:
[0166](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1100°C，形成铜基熔体；
[0167](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为lOOrpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0168]步骤2.原位反应:
[0169](I)备料:取增强相原料Al粉与润滑相原料FeS、B203和T12，混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B203:Ti02 = 6:l:3，按重量百分比，(Al粉+B203+Ti02):0.1wt%，FeS:1wt %，Cu-Mo合金:Iwt %，余量为纯铜；
[0170](2)喷吹加料:喷吹载气为氩气，氩气流速为2501/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(3)、(4)，生成润滑相为TiB2与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3，形成混合后的铜基熔体；
[0171]步骤3.偏心均匀弥散:
[0172]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.8，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均勾弥散后的铜基恪体;其中，搅拌速度为50rpm，搅拌时间为60min ；
[0173]步骤4.速冷凝固:
[0174]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0175]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HV87，抗拉强度为214MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.21。
[0176]实施例11
[0177]一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0178]步骤1.铜基熔体离心化:
[0179](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1250°C，形成铜基熔体；
[0180](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为200rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0181]步骤2.原位反应:
[0182](I)备料:取增强相原料Al粉与润滑相原料FeS、B203和T12，混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B203:Ti02 = 7:3:2，按重量百分比，(Al粉+B203+Ti02):7.6wt%，FeS: 3wt %，Cu-Mo合金:2wt %，余量为纯铜；
[0183](2)喷吹加料:喷吹载气为氩气，氩气流速为7801/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(3)、(4)，生成润滑相为TiB2与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3，形成混合后的铜基熔体；
[0184]步骤3.偏心均匀弥散:
[0185]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.9，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均勾弥散后的铜基恪体;其中，搅拌速度为150rpm，搅拌时间为45min ；
[0186]步骤4.速冷凝固:
[0187]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行空冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0188]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HV102，抗拉强度为215MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.17。
[0189]实施例12
[0190]一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0191]步骤1.铜基恪体离心化:
[0192](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1300°C，形成铜基熔体；
[0193](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为400rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0194]步骤2.原位反应:
[0195](I)备料:取增强相原料Al粉与润滑相原料FeS、B203和T12，混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B203:Ti02 = 8:2:3，按重量百分比，(Al粉+B203+Ti02):10wt%，FeS: 5wt %，Cu-Mo合金:5wt %，余量为纯铜；
[0196](2)喷吹加料:喷吹载气为氩气，氩气流速为10001/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(3)、(4)，生成润滑相为TiB2与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3，形成混合后的铜基熔体；
[0197]步骤3.偏心均匀弥散:
[0198]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.9，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均匀弥散后的铜基熔体;其中，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为5min;
[0199]步骤4.速冷凝固:
[0200]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行空冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0201 ]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HVl 15，抗拉强度为345MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.14。
[0202]实施例13
[0203]—种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0204]步骤1.铜基熔体离心化:
[0205](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1100°C，形成铜基熔体；
[0206](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为lOOrpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0207]步骤2.原位反应:
[0208](I)备料:取增强相原料Al粉与润滑相原料Cu2S，以及B2O3,混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B2O3 = 2:1，按重量百分比，(Al粉+B2O3): 0.1wt %，Cu2S:1wt %，Cu-Mo合金:1wt %，余量为纯铜；
[0209](2)喷吹加料:喷吹载气为氮气，氮气流速为2501/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(5)、(6)，生成润滑相为BN与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3，形成混合后的铜基熔体；
[0210]步骤3.偏心均匀弥散:
[0211 ]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.5，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均勾弥散后的铜基恪体;其中，搅拌速度为50rpm，搅拌时间为60min ；
[0212]步骤4.速冷凝固:
[0213]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0214]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HV75，抗拉强度为208MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.27。
[0215]实施例14
[0216]一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0217]步骤1.铜基熔体离心化:
[0218](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1220°C，形成铜基熔体；
[0219](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为300rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0220]步骤2.原位反应:
[0221](I)备料:取增强相原料Al粉与润滑相原料Cu2S，以及B2O3,混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，A1粉:B2O3= I: I，按重量百分比，(Al粉+B2O3):4.8wt% ,Cu2S:3wt%，Cu-Mo合金:3wt %，余量为纯铜；
[0222](2)喷吹加料:喷吹载气为氮气，氮气流速为5501/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(5)、(6)，生成润滑相为BN与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3，形成混合后的铜基熔体；
[0223]步骤3.偏心均匀弥散:
[0224]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.6，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均勾弥散后的铜基恪体;其中，搅拌速度为150rpm，搅拌时间为40min ；
[0225]步骤4.速冷凝固:
[0226]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0227]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HV92，抗拉强度为168MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.18。
[0228]实施例15
[0229]—种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0230] 步骤1.铜基熔体离心化:
[0231 ] (I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1300°C，形成铜基熔体；
[0232](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为400rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0233]步骤2.原位反应:
[0234](I)备料:取增强相原料Al粉与润滑相原料Cu2S，以及B2O3,混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B2O3 = 3:1，按重量百分比，(Al粉+B2O3):1Owt%，Cu2S:5wt%,Cu-Mo合金:5wt %，余量为纯铜；
[0235](2)喷吹加料:喷吹载气为氮气，氮气流速为10001/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(5)、(6)，生成润滑相为BN与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3，形成混合后的铜基熔体；
[0236]步骤3.偏心均匀弥散:
[0237]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.7，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均匀弥散后的铜基熔体;其中，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为5min;
[0238]步骤4.速冷凝固:
[0239]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行空冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0240]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HVl20，抗拉强度为344MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.14。
[0241]实施例16
[0242]—种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0243]步骤1.铜基恪体离心化:
[0244](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1100°C，形成铜基熔体；
[0245](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为lOOrpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0246]步骤2.原位反应:
[0247](I)备料:取增强相原料Al粉与润滑相原料FeS，以及B2O3,混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B2O3 = 2:1，按重量百分比，(Al粉+B2O3): 0.Iwt %，FeS:1wt %，Cu-Mo合金:Iwt %，余量为纯铜；
[0248](2)喷吹加料:喷吹载气为氮气，氮气流速为2501/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(5)、(6)，生成润滑相为BN与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3，形成混合后的铜基熔体；
[0249]步骤3.偏心均匀弥散:
[0250]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.5，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均勾弥散后的铜基恪体;其中，搅拌速度为50rpm，搅拌时间为60min ；
[0251]步骤4.速冷凝固:
[0252]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0253]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HV75，抗拉强度为186MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.27。
[0254]实施例17
[0255]—种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0256]步骤1.铜基熔体离心化:
[0257](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1220°C，形成铜基熔体；
[0258](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为300rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0259]步骤2.原位反应:
[0260](I)备料:取增强相原料Al粉与润滑相原料FeS，以及B2O3,混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B2O3 = 1:1，按重量百分比，(Al粉+B2O3):4.8wt% ,FeS:3wt% ,Cu-Mo合金:3wt %，余量为纯铜；
[0261](2)喷吹加料:喷吹载气为氮气，氮气流速为5501/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(5)、(6)，生成润滑相为BN与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3，形成混合后的铜基熔体；
[0262]步骤3.偏心均匀弥散:
[0263]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.6，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均勾弥散后的铜基恪体;其中，搅拌速度为150rpm，搅拌时间为40min ；
[0264]步骤4.速冷凝固:
[0265]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行强制水冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0266]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HVl13，抗拉强度为237MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.22。
[0267]实施例18
[0268]—种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，按以下步骤进行:
[0269]步骤1.铜基熔体离心化:
[0270](I)铜基熔体制备:取纯铜与Cu-Mo合金混合物料，在加热炉中加热熔化，加热温度为1300°C，形成铜基熔体；
[0271](2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为400rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流；
[0272]步骤2.原位反应:
[0273](I)备料:取增强相原料Al粉与润滑相原料FeS，以及B2O3,混合均匀后，形成混合原料，其中，按摩尔比，Al粉:B203 = 3:1，按重量百分比，(Al粉+B2O3): 10wt%，FeS:5wt%，Cu-Mo合金:5wt %，余量为纯铜；
[0274](2)喷吹加料:喷吹载气为氮气，氮气流速为10001/h，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应(5)、(6)，生成润滑相为BN与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3，形成混合后的铜基熔体；
[0275]步骤3.偏心均匀弥散:
[0276]调整搅拌桨位置，搅拌桨的偏心率为0.7，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均匀弥散后的铜基熔体;其中，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为5min;
[0277]步骤4.速冷凝固:
[0278]停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体进行空冷凝固，制得铜基自润滑材料。
[0279]经测试，制备的铜基自润滑材料，硬度为HVl15，抗拉强度为335MPa，摩擦系数在载荷为40圈寸为0.12。
【主权项】
1.一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，其特征在于，按以下步骤进行: 步骤1.铜基恪体离心化: (1)铜基熔体制备:取纯铜或纯铜与Cu-Mo合金混合物料，加热熔化，加热温度为1100?1300 °C，形成铜基熔体； (2)搅拌:通过中心搅拌，搅拌速度为100?400rpm，使得铜基熔体形成离心漩涡流； 步骤2.原位反应: (1)备料:按以下四种方式中任意一种，取增强相原料与润滑相原料，混合均匀后，形成混合原料: (a)当铜基熔体为纯铜、喷吹载气为氩气时:增强相原料为Al粉，润滑相原料为B2O3和T12,其中，按摩尔比，A1粉:B2O3 = T12 = (6?8): (I?3): (2?3)，按重量百分比，(Al粉+B2O3+Ti02):0.1?10wt%，余量为纯铜； (b)当铜基熔体为纯铜、喷吹载气为氮气时:增强相原料为Al粉，润滑相原料为B2O3;其中，按摩尔比，Al粉:B2O3= (2?3): (I?2)，按重量百分比，(Al粉+B2O3):0.I?1wt%，余量为纯铜； (c)当铜基熔体为纯铜与Cu-Mo合金混合物料、喷吹载气为氩气时:增强相原料为Al粉，润滑相原料为Cu2S或FeS中的一种、B2O3和T12;其中，按摩尔比，Al粉:B2O3:T12 = (6?8):(I?3): (2?3)，按重量百分比，(Al粉+B203+Ti02):0.I?10wt%，Cu2S或FeS:1?5wt% ,Cu-Mo合金:1?5wt%，余量为纯铜； (d)当铜基熔体为纯铜与Cu-Mo合金混合物料、喷吹载气为氮气时:增强相原料为Al粉，润滑相原料为Cu2S或FeS中的一种，以及B2O3;其中，按摩尔比，Al粉:B2O3= (2?3): (I?2)，按重量百分比，(Al粉+B2O3):0.1?1wt%，Cu2S或FeS:1?5wt%，Cu_Mo合金:I?5wt%，余量为纯铜； (2)喷吹加料:向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生原位反应，生成增强相与润滑相，形成混合后的铜基熔体； 步骤3.偏心均匀弥散: 调整搅拌桨位置，对混合后的铜基熔体进行偏心搅拌，形成均匀弥散后的铜基熔体;其中，搅拌速度为50?200rpm，搅拌时间为5?60min; 步骤4.速冷凝固: 停止搅拌，将均匀弥散后的铜基熔体速冷凝固，制得铜基自润滑材料。2.根据权利要求1所述的原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，其特征在于，所述的步骤I中的加热熔化在加热炉中进行。3.根据权利要求1所述的原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，其特征在于，所述的步骤2(2)中，按(a)备料方式，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生单润滑相原位反应，生成润滑相为TiB2，增强相为Al2O3。4.根据权利要求1所述的原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，其特征在于，所述的步骤2(2)中，按(b)备料方式，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生单润滑相原位反应，生成润滑相为BN，增强相为Al2O3。5.根据权利要求1所述的原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，其特征在于，所述的步骤2(2)中，按(c)备料方式，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生多元润滑相原位反应，生成润滑相为T iB2与M0S2复合润滑相，增强相为AI2O3。6.根据权利要求1所述的原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，其特征在于，所述的步骤2(2)中，按(d)备料方式，向铜基熔体离心漩涡流中喷吹加入混合原料，发生多元润滑相原位反应，生成润滑相为BN与MoS2复合润滑相，增强相为Al2O3。7.根据权利要求1所述的原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，其特征在于，所述的步骤2(2)中的氩气或氮气载气流速为250?10001/h。8.根据权利要求1所述的原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，其特征在于，所述的步骤3中的搅拌桨的偏心率为0.2?0.9。9.根据权利要求1所述的原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，其特征在于，所述的步骤4中的速冷凝固的方式为强制水冷或空冷。10.根据权利要求1所述的原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法，其特征在于，所述方法制备的铜基自润滑材料，硬度为HV60?HV120，抗拉强度为140?350MPa，摩擦系数在载荷为40N时为0.12?0.32。
【文档编号】C22C32/00GK106048290SQ201610454228
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】张廷安, 豆志河, 吕国志, 田宇楠, 关录奎, 刘燕, 张伟光, 傅大学, 牛丽萍
【申请人】东北大学