本發(fā)明涉及一種鋁合金基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法，該材料在室溫至350oc范圍內(nèi)具有良好的潤(rùn)滑性能，在高溫、無(wú)油環(huán)境下作為自潤(rùn)滑材料具有良好的應(yīng)用背景。

背景技術(shù)：

鋁合金由于密度低、比強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱性好、耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、汽車、船舶等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。然而，鋁合金由于摩擦系數(shù)大和磨損率高而限制了其在摩擦領(lǐng)域的應(yīng)用。為了改善鋁合金的摩擦性能，需要在鋁合金基體添加增強(qiáng)相或固體潤(rùn)滑劑來(lái)獲得鋁基復(fù)合材料。目前常用的增強(qiáng)相有sic、al2o3，常用的固體潤(rùn)滑劑包括石墨、mos2和ws2。專利cn105525153a采用60～75%的al，20～30%的硅，5～12%的碳，≤1.0%的鐵，≤2.0%的鎂，≤0.8%的鈦制備了一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制動(dòng)盤。專利cn105525161a采用：11～14%的si，4～6%的cu，0.2～1.2%的mg，1～4%的ni，0.01～0.4%的ti，0.05～0.2%的v，0.1～0.3%的mn，0.1～0.3%的zn，0.2～10%的納米氧化鋁（余量為鋁）制備了一種活塞用耐磨超硬鋁合金材料。專利cn101054644在鋁合金基體中分別添加了7～12%的鍍銅石墨、10～18%的鍍銅石墨與鍍銅碳纖維混合物、10～17%的鍍銅石墨與鍍鎳碳纖維混合物制備了一種鋁基自潤(rùn)滑材料。但是，由于這些鋁基復(fù)合材料采用了普通的鋁合金，使得其耐高溫性能較差，不能在高溫環(huán)境下使用。

金屬基復(fù)合材料的性能取決于基體、增強(qiáng)相和基體與增強(qiáng)相之間的相容性，所以鋁基復(fù)合材料的制備選擇合適的鋁合金基體至關(guān)重要。目前成熟應(yīng)用的1系到7系鋁合金，雖然在室溫下具有足夠的強(qiáng)度，但在高溫下強(qiáng)度迅速降低，限制了其應(yīng)用范圍。為此，新型的al-fe-v-si系列耐熱鋁合金，作為在350oc下能與耐熱鋼和鈦合金相媲美的鋁合金，可以選擇其作為高溫鋁基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料最好的基體材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能在室溫至350oc范圍內(nèi)具有良好潤(rùn)滑性能的鋁合金基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法。

一種鋁合金基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料，其特征在于該材料由75～95wt%的耐熱鋁合金和5～25wt%的銅包石墨組成；所述耐熱鋁合金的組成為：8.4～8.9wt%fe，1.1～1.5wt%v，1.7～1.9wt%si，余量為al；所述銅包石墨的組成為：50wt%cu和50wt%c。

如上所述鋁合金基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于采用熱壓燒結(jié)方法制備，具體步驟如下：

將耐熱鋁合金粉末和銅包石墨粉末球磨獲得混合粉末，然后將混合粉末置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，所述燒結(jié)參數(shù)為：真空度10^-2～10^-1pa，升溫速度10～30oc/min，燒結(jié)溫度600～650oc，壓力30～40mpa，保溫時(shí)間20～40min；燒結(jié)完成后復(fù)合材料隨爐冷卻至室溫得到鋁合金基自潤(rùn)滑復(fù)合材料。

所述球磨參數(shù)為：球料比1～3:1，轉(zhuǎn)速200～300r/min，球磨時(shí)間4～8h，磨罐和磨球?yàn)樘蓟u硬質(zhì)合金，球磨開(kāi)始前充入氬氣。

采用阿基米德原理測(cè)量材料的密度。采用維氏顯微硬度計(jì)測(cè)試材料的硬度，測(cè)試條件為：載荷300g，加載持續(xù)時(shí)間10s。摩擦磨損性能采用ht–1000高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)偶球?yàn)閍l2o3陶瓷，載荷為3n，滑動(dòng)線速度為0.188m/s，摩擦半徑為5mm，運(yùn)行時(shí)間為30min，測(cè)試溫度為25oc、150oc、250oc和350oc。

本發(fā)明采用上述材料組成和工藝參數(shù)制備的鋁合金基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的特點(diǎn)之一是，材料密度低、硬度高。

本發(fā)明的特點(diǎn)之二是，材料的摩擦系數(shù)較低并且穩(wěn)定，磨損率較低，材料在室溫至350oc范圍內(nèi)具有良好潤(rùn)滑性能。

本發(fā)明的特點(diǎn)之三是，制備工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)配方和工藝的調(diào)整，可以調(diào)控材料性能。

鋁合金基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料具有密度低、摩擦系數(shù)低、磨損率低等特點(diǎn)，而且制備工藝簡(jiǎn)單、可控性好，該材料適合在室溫到350℃下使用，作為固體潤(rùn)滑材料在航空航天和汽車制造領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋁合金基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料的室溫摩擦曲線。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鋁合金基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料的室溫摩擦曲線。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋁合金基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料350oc下的摩擦曲線。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

按照質(zhì)量百分比，分別稱取90%的耐熱鋁合金和10%的銅包石墨粉末，其中鋁合金粉末的組成為al-8.5fe-1.3v-1.7si；然后將粉末置于高能球磨機(jī)中，充入氬氣，球料比為2:1，在200r/min轉(zhuǎn)速條件下混合4h得到混合粉末。隨后將混合粉末裝入石墨模具中，置于真空熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)。燒結(jié)參數(shù)為：真空度低于5×10^-1pa，升溫速率15oc/min，燒結(jié)溫度620oc，壓力35mpa，保溫時(shí)間30min。燒結(jié)結(jié)束后，復(fù)合材料隨爐冷卻至室溫得到鋁合金基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料。

材料的密度為2.91g/cm³，硬度為56.3hv，復(fù)合材料在25oc至350oc溫度范圍內(nèi)的摩擦系數(shù)和磨損率見(jiàn)表1。

表1：實(shí)施例1材料與al2o3陶瓷球配副的摩擦系數(shù)和磨損率

實(shí)施例2：

按照質(zhì)量百分比，分別稱取85%的耐熱鋁合金和15%的銅包石墨粉末，其中鋁合金粉末的組成為al-8.5fe-1.3v-1.7si；然后將粉末置于高能球磨機(jī)中，充入氬氣，球料比為3:1，在250r/min轉(zhuǎn)速條件下混合4h得到混合粉末。隨后將混合粉末裝入石墨模具中，置于真空熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)。燒結(jié)參數(shù)為：真空度低于5×10^-1pa，升溫速率10oc/min，燒結(jié)溫度600oc，壓力30mpa，保溫時(shí)間30min。燒結(jié)結(jié)束后，復(fù)合材料隨爐冷卻至室溫得到鋁合金基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料。

材料的密度為2.911g/cm³，硬度為74.5hv，復(fù)合材料在25oc至350oc溫度范圍內(nèi)的摩擦系數(shù)和磨損率見(jiàn)表2。

表2：實(shí)施例2材料與al2o3陶瓷球配副的摩擦系數(shù)和磨損率

實(shí)施例3：

按照質(zhì)量百分比，分別稱取80%的耐熱鋁合金和20%的銅包石墨粉末，其中鋁合金粉末的組成為al-8.5fe-1.3v-1.7si；然后將粉末置于高能球磨機(jī)中，充入氬氣，球料比為3:1，在220r/min轉(zhuǎn)速條件下混合6h得到混合粉末。隨后將混合粉末裝入石墨模具中，置于真空熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)。燒結(jié)參數(shù)為：真空度低于5×10^-1pa，升溫速率10oc/min，燒結(jié)溫度610oc，壓力35mpa，保溫時(shí)間30min。燒結(jié)結(jié)束后，復(fù)合材料隨爐冷卻至室溫得到鋁合金基固體潤(rùn)滑復(fù)合材料。

材料的密度為2.938g/cm³，硬度為63.8hv，復(fù)合材料25oc至350oc溫度范圍內(nèi)的摩擦系數(shù)和磨損率見(jiàn)表3。

表3：實(shí)施例3材料與al2o3陶瓷球配副的摩擦系數(shù)和磨損率

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