專(zhuān)利名稱(chēng)：SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬基表面復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種顆?；祀s增強(qiáng)型金屬基表面復(fù)合材料的制備方法，具體涉及一種SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
材料表面改性的研究是材料科學(xué)發(fā)展的重要分支，它是在不大幅度改變?cè)牧匣拘阅艿幕A(chǔ)上通過(guò)各種技術(shù)方法改善或提高材料的表面性能，使材料的功能更符合現(xiàn)代高技術(shù)的要求，材料的表面改性研究不僅可以提高零件的壽命、減少磨損，而且可以很大程度上提高經(jīng)濟(jì)效益。單就耐磨材料而言，表面改性也顯得尤為重要，因?yàn)槎鄶?shù)零件的磨損都是從表面發(fā)生破壞開(kāi)始，而表面改性可以在基本不改變材料原有性能的同時(shí)大幅度提高材料的表面耐磨性，因此具有重要的研究?jī)r(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義?！ぎ?dāng)前，金屬的表面改性方法主要有熱噴涂工藝、堆焊工藝、激光熔覆工藝、化學(xué)或物理氣相沉積法、粉末堆積法、顆粒梯度排列法、自蔓延高溫合成技術(shù)等。熱噴涂工藝是將熔融狀態(tài)的噴涂材料，通過(guò)高速氣流使其霧化噴射在零件表面，形成噴涂層的金屬表面加工方法；堆焊是在工件的表面或邊緣熔敷一層耐磨、耐蝕、耐熱等性能的金屬層的焊接工藝；激光熔覆亦稱(chēng)激光包覆或激光熔敷，它是利用高能激光束在金屬表面輻照，通過(guò)迅速熔凝，在基材表面熔覆一層具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的材料，從而構(gòu)成一種新的復(fù)合材料，以增強(qiáng)基材的性能；化學(xué)氣相沉積(CVD)是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)，它本質(zhì)上屬于原子范疇的氣態(tài)傳質(zhì)過(guò)程，與之相對(duì)的是物理氣相沉積(PVD)，物理氣相沉積是指在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電技術(shù)，利用氣體放電使靶材蒸發(fā)并使被蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離，利用電場(chǎng)的加速作用，使被蒸發(fā)物質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件上；粉末堆積法是首先將兩種以上的粉末或晶須按照設(shè)計(jì)成分比例混合，然后將其逐層填入壓模里加壓成FGM素坯，最后采用常壓或加壓燒結(jié)工藝燒結(jié)成型的方法；顆粒梯度排列法分為顆粒直接填充法和薄膜疊層法，顆粒直接填充法是使不同比例混合的顆粒在成型時(shí)呈梯度分布，再壓制燒結(jié)，而薄膜疊層法是先用流延法制取具有不同成分的薄片，然后將薄片疊成FGM素坯，再利用加壓燒結(jié)或無(wú)壓燒結(jié)制備FGM的方法。自蔓延高溫合成技術(shù)是利用高放熱反應(yīng)形成燃燒波使化學(xué)反應(yīng)自發(fā)地持續(xù)下去，在這一過(guò)程中完成材料的合成和制備的方法。顆粒增強(qiáng)型金屬基表面復(fù)合材料作為一種重要的材料表面改性方法，具有成本低廉，微觀結(jié)構(gòu)均勻，材料各向同性，可采用鑄造、擠壓和軋制等傳統(tǒng)的金屬加工工藝進(jìn)行加工等優(yōu)點(diǎn)，而且增強(qiáng)顆粒和金屬基體的體積分?jǐn)?shù)可根據(jù)要求在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，因此對(duì)顆粒增強(qiáng)型金屬基表面復(fù)合材料的研究具有重要的意義。但是現(xiàn)有銅基表面改性技術(shù)中復(fù)合層較薄，不利于塊狀大型材料的制備，同時(shí)現(xiàn)有方法需要大型的機(jī)械設(shè)備，生產(chǎn)成本低，不利于生產(chǎn)規(guī)模，受批量的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料的制備方法，解決了現(xiàn)有銅基表面改性技術(shù)中復(fù)合層較薄，不利于塊狀大型材料的制備的缺點(diǎn)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料的制備方法，具體按照以下步驟進(jìn)行，步驟I對(duì)SiC顆粒進(jìn)行表面預(yù)處理將SiC顆粒置于清水中，放入超聲波清洗器清洗l(Tl5min，去除SiC顆粒中摻雜的灰土 ；然后將水洗后的SiC顆粒放置于SHD電熱式干燥箱中，在20(T300°C的溫度下烘烤I小時(shí)，去除SiC顆粒表面吸附的易揮發(fā)污染物；SiC顆粒降至室溫后，將SiC顆粒放入丙酮中進(jìn)行超聲波清洗l(Tl5min，反復(fù)2 3次，清洗SiC顆粒表面的殘留有機(jī)物雜質(zhì)，然后在12(T150°C下烘干；·按照質(zhì)量百分比將86% 92%的表面預(yù)處理過(guò)的SiC顆粒，2% 8%的石墨顆粒，2%的硼酸，2%氟化鈉，2%粘土混合，并加入混合物總質(zhì)量209^25%的水，攪拌均勻，得到預(yù)制膏體；步驟2切割泡沫材料為長(zhǎng)方體形狀，并將步驟I中制備的預(yù)制膏體均勻地涂覆在泡沫中面積最大的面上，涂覆厚度為2mm，然后在3(T40°C的溫度下烘干，得到膏體泡沫組合體；步驟3將經(jīng)步驟2干燥后的膏體泡沫組合體與澆注系統(tǒng)粘接組裝，并在膏體表面涂刷消失模鑄造耐火涂料，耐火涂料涂刷厚度為1_，之后在3(T40°C的溫度下烘烤至完全干燥，得到組合體；步驟4將步驟3制備好的組合體放入砂型中，經(jīng)充砂、震實(shí)后用SK-SY型水環(huán)式真空泵對(duì)砂型抽真空，當(dāng)砂型內(nèi)負(fù)壓度達(dá)到0. 06、. 07MPa的大氣壓時(shí)，用中頻感應(yīng)電爐熔煉銅塊，加入脫氧劑和覆蓋劑，當(dāng)銅塊完全熔化，并達(dá)到1250°C的澆注溫度后，進(jìn)行澆注，澆注時(shí)砂型內(nèi)負(fù)壓度大小為0. 056 0. 058MPa，澆注后保持砂型內(nèi)負(fù)壓度15 20min，之后待砂型冷卻至常溫后除去砂型，切割、打磨后即得。本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，步驟I中SiC顆粒粒徑為125 600 u m，石墨顆粒粒徑為425 600 u m。步驟2中的泡沫為聚苯乙烯泡沫，聚苯乙烯泡沫的長(zhǎng)度、寬度和高度分別為IOOmmX 60mm X 12mm。步驟3中所述耐火涂料按照質(zhì)量百分比由以下材料組成4. (T4. 5%的鈉基膨潤(rùn)土、2. 7 3. 0% 的 Na2C03、0. 4 0. 5% 的 CMC、0. 04 0. 05% 的十二烷基苯磺酸鈉、0. 01 0. 02% 的正辛醇、2. 7^3. 0%的白乳膠，余量為石英砂，以上各組份質(zhì)量百分比總和為100%，加入工業(yè)酒精攪拌均勻。步驟4中所述銅塊為H60黃銅。步驟4中所述脫氧劑為磷銅，覆蓋劑為木炭。本發(fā)明方法的尤以效果是，很好地解決了現(xiàn)有銅基表面改性技術(shù)中存在的復(fù)合層較薄，不利于制備塊狀大型材料的不足，并且工藝簡(jiǎn)便靈活，設(shè)計(jì)自由度大，不需要大的機(jī)械設(shè)備，生產(chǎn)成本低，不受生產(chǎn)規(guī)模和批量的限制。


圖I是本發(fā)明SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料的制備方法的流程圖；圖2是本發(fā)明的方法實(shí)施例I制備的銅基表面復(fù)合材料的表面宏觀照片；圖3是本發(fā)明的方法實(shí)施例I制備的銅基表面復(fù)合材料的表面經(jīng)砂輪打磨后的SEM照片；圖4是本發(fā)明的方法實(shí)施例I制備的銅基表面復(fù)合材料斷面宏觀照片；圖5是本發(fā)明的方法實(shí)施例I制備的銅基表面復(fù)合材料的斷面金相照片?！?br> 具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供一種SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料的制備方法，采用消失模負(fù)壓鑄滲法制備SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料的制備方法，用于解決傳統(tǒng)的銅合金耐磨性不足的問(wèn)題。如圖I所示，具體按照以下步驟進(jìn)行，步驟I對(duì)SiC顆粒進(jìn)行表面預(yù)處理將SiC顆粒置于清水中，放入超聲波清洗器清洗l(Tl5min，去除SiC顆粒中摻雜的灰土 ；然后將水洗后的SiC顆粒放置于SHD電熱式干燥箱中，在20(T300°C的溫度下烘烤一小時(shí)，去除SiC顆粒表面吸附的易揮發(fā)污染物；SiC顆粒降至室溫后，將SiC顆粒放入丙酮中進(jìn)行超聲波清洗l(Tl5min，反復(fù)2 3次，清洗SiC顆粒表面的殘留有機(jī)物雜質(zhì)，然后在12(Tl50°C下烘干；其中，SiC顆粒粒徑為125飛OOii m，石墨顆粒粒徑為425 600 u m。按照質(zhì)量百分比將86% 92%的表面預(yù)處理過(guò)的SiC顆粒，2% 8%的石墨顆粒，2%的硼酸，2%氟化鈉，2%粘土混合，并加入混合物總質(zhì)量209^25%的水，攪拌均勻，得到預(yù)制膏體，其中硼酸和氟化鈉為添加劑，粘土和水為粘接劑；步驟2切割聚苯乙烯泡沫材料為長(zhǎng)方體形狀，尺寸為IOOmmX60mmX 12mm,并將步驟I中制備的預(yù)制膏體均勻地涂覆在泡沫中面積最大的面上，涂覆厚度為2mm，然后在3(T40°C的溫度下烘干，得到膏體泡沫組合體；步驟3將經(jīng)步驟2干燥后的膏體泡沫組合體與澆注系統(tǒng)粘接組裝，并在膏體表面涂刷消失模鑄造耐火涂料，耐火涂料涂刷厚度為1mm，之后在3(T40°C的溫度下烘烤至完全干燥，得到組合體；其中耐火涂料按照質(zhì)量百分比由以下材料組成4. (T4. 5%的鈉基膨潤(rùn)土、
2.7 3. 0%的Na2C03、0. 4 0. 5%的CMC、0. 04 0. 05%的十二烷基苯磺酸鈉、0. 01 0. 02%的正辛醇、2. 7^3. 0%的白乳膠，余量為石英砂，以上各組份質(zhì)量百分比總和為100%，加入工業(yè)酒精攪拌均勻。步驟4將步驟3制備好的組合體放入砂型中，經(jīng)充砂、震實(shí)后用SK-SY型水環(huán)式真空泵對(duì)砂型抽真空，當(dāng)砂型內(nèi)負(fù)壓度達(dá)到0. 06、. 07MPa的大氣壓時(shí)，用中頻感應(yīng)電爐熔煉H60黃銅銅塊，加入磷銅作為脫氧劑磷銅和木炭作為覆蓋劑，當(dāng)銅塊完全熔化，并達(dá)到1250°C的澆注溫度后，進(jìn)行澆注，澆注時(shí)砂型內(nèi)負(fù)壓度大小為0. 056^0. 058MPa，澆注后保持砂型內(nèi)負(fù)壓度15 20min，之后待砂型冷卻至常溫后除去砂型，經(jīng)切割、打磨后即得。實(shí)施例I選取600 ii m的SiC顆粒進(jìn)行表面預(yù)處理，處理的方法是將SiC顆粒置于清水中，放入超聲波清洗器清洗l(Tl5min，粗洗去除SiC顆粒中摻雜的灰土 ；然后將水洗后的SiC顆粒放置于SHD電熱式干燥箱中，在20(T30(TC下烘烤I小時(shí)，去除顆粒表面吸附的易揮發(fā)污染物；降至室溫，將SiC顆粒放入丙酮中進(jìn)行超聲波清洗l(Tl5min，反復(fù)2 3次，利用有機(jī)溶劑的相似相容原理來(lái)清洗掉SiC顆粒表面的殘留有機(jī)物等雜質(zhì)，然后在12(T150°C下烘干。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%的表面處理過(guò)的600 ii m的SiC顆粒、4%的425 u m的石墨顆粒、2%的硼酸、2%氟化鈉、2%粘土和混合物總質(zhì)量20%的水的混合物攪拌均勻，制備得所需的預(yù)制膏體；切割聚苯乙烯泡沫，尺寸為100_X60_X 12mm,并將制備的預(yù)制膏體均勻地涂覆在泡沫表面，涂覆厚度為2_，然后在3(T40°C下烘干；將干燥后的試樣與澆注系統(tǒng)粘接組裝，·并涂刷消失模鑄造耐火涂料，耐火涂料按照質(zhì)量百分比由以下材料組成4. 0%的鈉基膨潤(rùn)土、3. 0%的Na2C03、0. 4%的CMC、0. 045%的十二烷基苯磺酸鈉、0. 015%的正辛醇、2. 8%的白乳膠，余量為石英砂，以上各組份質(zhì)量百分比總和為100% ;耐火涂料厚度控制在Imm左右，涂刷時(shí)應(yīng)使涂料層表面平整、厚度均勻，涂刷完畢，將模型在低溫下烘烤至完全干燥，待澆注；將制備好的澆注系統(tǒng)與試樣組合體模型放入砂型，充砂、震實(shí)，然后用SK-SY型水環(huán)式真空泵抽真空達(dá)到負(fù)壓度達(dá)到0. 06、. 07MPa的大氣壓時(shí)，用20Kg中頻感應(yīng)電爐熔煉H60黃銅，選取的澆注溫度為1250°C左右，并用磷銅進(jìn)行脫氧，木炭作覆蓋劑，待銅完全熔化達(dá)到設(shè)定的澆注溫度后，即可在0. 056、. 058MPa的負(fù)壓度下完成澆注，澆注過(guò)程需保持負(fù)壓鑄滲15 20min，之后待砂型冷卻至常溫后除去砂型，即得。實(shí)施例2選取400 ii m的SiC顆粒進(jìn)行表面預(yù)處理，處理的方法是將SiC顆粒置于清水中，放入超聲波清洗器清洗l(Tl5min，粗洗去除SiC顆粒中摻雜的灰土；然后將水洗后的SiC顆粒放置于SHD電熱式干燥箱中，在20(T30(TC下烘烤I小時(shí)左右，去除顆粒表面吸附的易揮發(fā)污染物；降至室溫，將SiC顆粒放入丙酮中進(jìn)行超聲波清洗l(Tl5min，反復(fù)2 3次，利用有機(jī)溶劑的相似相容原理來(lái)清洗掉SiC顆粒表面的殘留有機(jī)物等雜質(zhì)，然后在12(Tl50°C下烘干。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88%的表面處理過(guò)的400iim的SiC顆粒、6%的450 y m的石墨顆粒、2%的硼酸、2%氟化鈉、2%粘土混合，并加入混合物總質(zhì)量25%的水，攪拌均勻，制備得所需的預(yù)制膏體；切割聚苯乙烯泡沫，尺寸為IOOmmX60mmX 12mm,并將制備的預(yù)制膏體均勻地涂覆在泡沫表面，涂覆厚度為2_，然后在3(T4(TC下烘干；將干燥后的試樣與澆注系統(tǒng)粘接組裝，并涂刷消失模鑄造耐火涂料，耐火涂料按照質(zhì)量百分比由以下材料組成4. 3%的鈉基膨潤(rùn)土、2. 8%的Na2C03、0. 5%的CMC、0. 04%的十二烷基苯磺酸鈉、0. 02%的正辛醇、2. 7%的白乳膠，余量為石英砂，以上各組份質(zhì)量百分比總和為100% ;耐火涂料厚度控制在Imm左右，涂刷時(shí)應(yīng)使涂料層表面平整、厚度均勻，涂刷完畢，將模型在低溫下烘烤至完全干燥，待澆注；將制備好的澆注系統(tǒng)與試樣組合體模型放入砂型，充砂、震實(shí)，然后用SK-SY型水環(huán)式真空泵抽真空達(dá)到負(fù)壓度達(dá)到0. 06、. 07MPa的大氣壓時(shí)，用20Kg中頻感應(yīng)電爐熔煉H60黃銅，選取的澆注溫度為1250°C左右，并用磷銅進(jìn)行脫氧，木炭作覆蓋劑，待銅完全熔化達(dá)到設(shè)定的澆注溫度后，即可在0. 056、. 058MPa的負(fù)壓度下完成澆注，澆注過(guò)程需保持負(fù)壓鑄滲15 20min，之后待砂型冷卻至常溫后除去砂型，即得。實(shí)施例3選取125 ii m的SiC顆粒進(jìn)行表面預(yù)處理，處理的方法是將SiC顆粒置于清水中，放入超聲波清洗器清洗l(Tl5min，粗洗去除SiC顆粒中摻雜的灰土；然后將水洗后的SiC顆粒放置于SHD電熱式干燥箱中，在20(T30(TC下烘烤I小時(shí)左右，去除顆粒表面吸附的易揮發(fā)污染物；降至室溫，將SiC顆粒放入丙酮中進(jìn)行超聲波清洗l(Tl5min，反復(fù)2 3次，利用有機(jī)溶劑的相似相容原理來(lái)清洗掉SiC顆粒表面的殘留有機(jī)物等雜質(zhì)，然后在12(Tl50°C下烘干。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86%的表面處理過(guò)的125iim的SiC顆粒、8%的600 y m的石墨顆粒、2%的硼酸、2%氟化鈉、2%粘土混合，并加入混合物總質(zhì)量23%的水，攪拌均勻，制備得所需的預(yù)制膏體；切割聚苯乙烯泡沫，尺寸為IOOmmX 60mmX 12mm,并將制備的預(yù)制膏體均勻地涂覆在泡沫表面，涂覆厚度為2_，然后在3(T4(TC下烘干；將干燥后的試樣與·澆注系統(tǒng)粘接組裝，并涂刷消失模鑄造耐火涂料，耐火涂料按照質(zhì)量百分比由以下材料組成4. 5%的鈉基膨潤(rùn)土、2. 7%的Na2C03、0. 45%的CMC、0. 05%的十二烷基苯磺酸鈉、0. 01%的正辛醇、3. 0%的白乳膠，余量為石英砂，以上各組份質(zhì)量百分比總和為100% ;耐火涂料厚度控制在Imm左右，涂刷時(shí)應(yīng)使涂料層表面平整、厚度均勻，涂刷完畢，將模型在低溫下烘烤至完全干燥，待澆注；將制備好的澆注系統(tǒng)與試樣組合體模型放入砂型，充砂、震實(shí)，然后用SK-SY型水環(huán)式真空泵抽真空達(dá)到負(fù)壓度達(dá)到0. 06、. 07MPa的大氣壓時(shí)，用20Kg中頻感應(yīng)電爐熔煉H60黃銅，選取的澆注溫度為1250°C左右，并用磷銅進(jìn)行脫氧，木炭作覆蓋劑，待銅完全熔化達(dá)到設(shè)定的澆注溫度后，即可在0. 056、. 058MPa的負(fù)壓度下完成澆注，澆注過(guò)程需保持負(fù)壓鑄滲15 20min，之后待砂型冷卻至常溫后除去砂型，即得。實(shí)施例4選取250 ii m的SiC顆粒進(jìn)行表面預(yù)處理，處理的方法是將SiC顆粒置于清水中，放入超聲波清洗器清洗l(Tl5min，粗洗去除SiC顆粒中摻雜的灰土；然后將水洗后的SiC顆粒放置于SHD電熱式干燥箱中，在20(T30(TC下烘烤I小時(shí)左右，去除顆粒表面吸附的易揮發(fā)污染物；降至室溫，將SiC顆粒放入丙酮中進(jìn)行超聲波清洗l(Tl5min，反復(fù)2 3次，利用有機(jī)溶劑的相似相容原理來(lái)清洗掉SiC顆粒表面的殘留有機(jī)物等雜質(zhì)，然后在12(Tl50°C下烘干。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92%的表面處理過(guò)的250 y m的SiC顆粒、2%的600 y m的石墨顆粒、2%的硼酸、2%氟化鈉、2%粘土混合，并加入混合物總質(zhì)量25%的水，攪拌均勻，制備得所需的預(yù)制膏體；切割聚苯乙烯泡沫，尺寸為IOOmmX60mmX 12mm，并將制備的預(yù)制膏體均勻地涂覆在泡沫表面，涂覆厚度為2_，然后在3(T40°C下烘干；將干燥后的試樣與澆注系統(tǒng)粘接組裝，并涂刷消失模鑄造用耐火涂料，耐火涂料按照質(zhì)量百分比由以下材料組成4. 5%的鈉基膨潤(rùn)土、2. 7%的Na2C03、0. 4%的CMC、0. 05%的十二烷基苯磺酸鈉、0. 02%的正辛醇、2. 7%的白乳膠，余量為石英砂，以上各組份質(zhì)量百分比總和為100% ;耐火涂料厚度控制在Imm左右，涂刷時(shí)應(yīng)使涂料層表面平整、厚度均勻，涂刷完畢，將模型在低溫下烘烤至完全干燥，待澆注；將制備好的澆注系統(tǒng)與試樣組合體模型放入砂型，充砂、震實(shí)，然后用SK-SY型水環(huán)式真空泵抽真空達(dá)到負(fù)壓度達(dá)到0. 06、. 07MPa的大氣壓時(shí)，用20Kg中頻感應(yīng)電爐熔煉H60黃銅，選取的澆注溫度為1250°C左右，并用磷銅進(jìn)行脫氧，木炭作覆蓋劑，待銅完全熔化達(dá)到設(shè)定的澆注溫度后，即可在0. 056、. 058MPa的負(fù)壓度下完成澆注，澆注過(guò)程需保持負(fù)壓鑄滲15 20min，之后待砂型冷卻至常溫后除去砂型，即得。圖2是本發(fā)明的方法實(shí)施例I制備的銅基表面復(fù)合材料的鑄滲層表面宏觀照片，從圖2中可以看到本發(fā)明的方法制備出的銅基表面復(fù)合材料中，SiC和石墨粒子很好地鑲嵌于銅基體中，并且分布較為均勻，復(fù)合層表面相對(duì)平整。圖3是本發(fā)明的方法實(shí)施例I制備的銅基表面復(fù)合材料的表面經(jīng)砂輪打磨后的SEM照片，從圖3中可以看到，SiC和石墨顆粒較好地鑲嵌于銅基體中，分布相對(duì)均勻，界面結(jié)合良好。圖4是本發(fā)明的方法實(shí)施例I制備的銅基表面復(fù)合材料斷面宏觀照片，從圖4中可以看到明顯的復(fù)合層，復(fù)合層厚度達(dá)到疒2. 5_，界面結(jié)合較好，SiC和石墨顆粒分布較均勻。
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圖5是本發(fā)明的方法實(shí)施例I制備的銅基表面復(fù)合材料的斷面金相照片，從圖5中可以進(jìn)一步直觀地看到復(fù)合層與基體界面結(jié)合良好，在基體與復(fù)合區(qū)之間，存在明顯的過(guò)渡區(qū)域，SiC和石墨顆粒較均勻地分布于銅基體中，無(wú)明顯的團(tuán)聚和偏析現(xiàn)象。本發(fā)明的方法提出了 SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料的設(shè)計(jì)思路，SiC在表面復(fù)合材料摩擦磨損過(guò)程中作為硬質(zhì)承載支點(diǎn)、石墨作為固體潤(rùn)滑劑，二者與銅基體發(fā)揮協(xié)同作用達(dá)到提高銅合金表面耐磨性的效果。為了解決現(xiàn)有銅合金表面改性技術(shù)中涂層較薄，難以制備較厚涂層及塊狀大尺寸的銅合金表面改性材料的不足，本發(fā)明采用實(shí)型負(fù)壓鑄滲法制備SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料，利用金屬銅液的凝固余熱及鑄滲動(dòng)力使其滲透到消失模表面的預(yù)制膏體層，得到SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明的方法制備的SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料具有如下特征鑄滲層與銅基體界面結(jié)合良好，無(wú)夾渣、偏析或氣孔等缺陷，復(fù)合層中的SiC和石墨顆粒呈點(diǎn)塊狀均勻地分布于銅基體上，沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重的成分偏析，保證了銅基表面復(fù)合材料的使用性能。
權(quán)利要求
1.一種SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟進(jìn)行， 步驟I 對(duì)SiC顆粒進(jìn)行表面預(yù)處理將SiC顆粒置于清水中，放入超聲波清洗器清洗l(Tl5min，去除SiC顆粒中摻雜的灰土 ；然后將水洗后的SiC顆粒放置于SHD電熱式干燥箱中，在20(T300°C的溫度下烘烤I小時(shí)，去除SiC顆粒表面吸附的易揮發(fā)污染物；SiC顆粒降至室溫后，將SiC顆粒放入丙酮中進(jìn)行超聲波清洗l(Tl5min，反復(fù)2 3次，清洗SiC顆粒表面的殘留有機(jī)物雜質(zhì)，然后在12(T150°C下烘干； 按照質(zhì)量百分比將869^92%的表面預(yù)處理過(guò)的SiC顆粒，29T8%的石墨顆粒，2%的硼酸，2%氟化鈉，2%粘土混合，并加入混合物總質(zhì)量209^25%的水，攪拌均勻，得到預(yù)制膏體； 步驟2 切割泡沫材料為長(zhǎng)方體形狀，并將步驟I中制備的預(yù)制膏體均勻地涂覆在泡沫中面積最大的面上，涂覆厚度為2mm，然后在3(T40°C的溫度下烘干，得到膏體泡沫組合體； 步驟3 將經(jīng)步驟2干燥后的膏體泡沫組合體與澆注系統(tǒng)粘接組裝，并在膏體表面涂刷消失模鑄造耐火涂料，耐火涂料涂刷厚度為1_，之后在3(T40°C的溫度下烘烤至完全干燥，得到組合體； 步驟4 將步驟3制備好的組合體放入砂型中，經(jīng)充砂、震實(shí)后用SK-SY型水環(huán)式真空泵對(duì)砂型抽真空，當(dāng)砂型內(nèi)負(fù)壓度達(dá)到0. 06、. 07MPa的大氣壓時(shí)，用中頻感應(yīng)電爐熔煉銅塊，加入脫氧劑和覆蓋劑，當(dāng)銅塊完全熔化，并達(dá)到1250°C的澆注溫度后，進(jìn)行澆注，澆注時(shí)砂型內(nèi)負(fù)壓度大小為0. 056 0. 058MPa，澆注后保持砂型內(nèi)負(fù)壓度15 20min，之后待砂型冷卻至常溫后除去砂型，切割、打磨后即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I中SiC顆粒粒徑為125飛OOym，石墨顆粒粒徑為425 600 u m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2中的泡沫為聚苯乙烯泡沫，聚苯乙烯泡沫的長(zhǎng)度、寬度和高度分別為IOOmmX60mmX 12mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟3中所述耐火涂料按照質(zhì)量百分比由以下材料組成4. 0 4. 5%的鈉基膨潤(rùn)土、2. 7 3. 0%的Na2C03、0. 4 0. 5%的CMC、0. 04 0. 05%的十二烷基苯磺酸鈉、0. oro. 02%的正辛醇、2. 7 3. 0%的白乳膠，余量為石英砂，以上各組份質(zhì)量百分比總和為100%，加入工業(yè)酒精攪拌均勻。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟4中所述銅塊為H60黃銅。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟4中所述脫氧劑為磷銅，覆蓋劑為木炭。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料的制備方法，將SiC顆粒經(jīng)過(guò)預(yù)處理，與石墨顆?；旌希偬砑诱辰Y(jié)劑以及硼酸和氟化鈉得到預(yù)制膏體，涂覆泡沫表面，烘干并與澆注系統(tǒng)組裝；然后涂刷消失模鑄造耐火涂料，低溫下烘烤干燥；澆注時(shí)將制備好的澆注系統(tǒng)與組合體模型放入砂型，抽真空后熔煉黃銅，并用磷銅脫氧，木炭作覆蓋劑，待銅完全熔化達(dá)到設(shè)定的澆注溫度后，在負(fù)壓度下完成澆注，保持一定的負(fù)壓鑄滲時(shí)間冷卻后經(jīng)切割、打磨后即得。通過(guò)本發(fā)明方法制備的SiC和石墨混雜增強(qiáng)銅基表面復(fù)合材料復(fù)合層表面較平整，增強(qiáng)顆粒分布較均勻，厚度可以達(dá)到2~2.5mm，復(fù)合層與基體的界面結(jié)合良好，無(wú)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。
文檔編號(hào)C22C1/10GK102787253SQ201210260288
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者呂振林, 周永欣, 苑凌霄 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)