本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體而言，涉及到一種金屬基復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
當前，隨著汽車工業(yè)、制藥機械、食品機械以及國防軍工等行業(yè)的快速發(fā)展，對各類軸套、滑道、滑板以及摩擦部件的要求越來越高。通常零部件潤滑采用潤滑油進行潤滑，但是在水利、食品、制藥等特種行業(yè)需要無油潤滑，但是目前市場上的自潤滑材料存在表面摩擦力大、耐磨能力差、結(jié)合強度差等缺點，因此對具有減振、摩擦系數(shù)低、耐磨、自潤滑、高結(jié)合強度的材料尤為渴望。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一個目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種以混合塑料與金屬牢固結(jié)合、機械強度高、耐磨性能好、摩擦系數(shù)低、耐沖擊性好的金屬基復(fù)合材料。
本發(fā)明的第二個目的是提供該金屬基復(fù)合材料的制備方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種金屬基復(fù)合材料，所述的金屬基復(fù)合材料由上到下依次由塑料工作層、中間結(jié)合層以及金屬基體組成；所述塑料工作層材料的各成分質(zhì)量百分含量為：聚苯酯30～50％，聚酰胺20～40％，聚四氟乙烯20～40％，碳纖維8～15％，銅粉3～7％，二硫化鉬5％；所述中間結(jié)合層材料的各成分質(zhì)量百分含量為：環(huán)氧樹脂40～60％，聚氨酯30～50％，氧化鋁粉10～20％，硅烷偶聯(lián)劑10～20％。
進一步的，所述金屬基體的材料為45#鋼或鋁合金或銅合金。
進一步的，所述聚苯酯粒度為20μm，密度為1.83g/cm3；聚酰胺的粒度為30μm，密度為1.2g/cm3；聚四氟乙烯的粒度為10μm，密度為2.15g/cm3；銅粉的粒度為5μm，密度為3.52g/cm3；碳纖維的粒度為30～40μm；二硫化鉬的粒度為30～50μm。
進一步的，所述的中間結(jié)合層厚度在0.3～0.5mm。
金屬基復(fù)合材料的制備方法如下：
a)對金屬基體進行超聲波清洗，時間為15～20min，超聲波清洗結(jié)束將金屬基體放入真空烘干機中進行第一次烘干，烘干結(jié)束進行噴砂處理，噴砂粒徑為20～80目石英砂，噴砂壓力為0.8MPa，噴砂時間為5～10s，噴砂結(jié)束對金屬基體用去離子水清洗3～5次，水洗結(jié)束將金屬基體放入濃硫酸與水的混合液中浸泡5～10min，然后對金屬基體用去離子水清洗5次，水洗結(jié)束將金屬基體放入真空烘干機中第二次烘干；
b)按質(zhì)量百分含量的配比，將中間結(jié)合層材料混合均勻，將步驟a)處理過的金屬基體放入熱壓燒結(jié)爐的模具中，再將混合好的中間結(jié)合層材料放入模具中合模，在10min內(nèi)將模具溫度升高到80℃對模具與中間結(jié)合層2材料進行預(yù)熱，采用30～50Mpa的壓力進行加壓，然后卸載壓力，再對熱壓燒結(jié)爐繼續(xù)加熱，并重新加壓；
c)按質(zhì)量百分含量的配比，將塑料工作層材料放入烘干機中進行烘干，烘干結(jié)束將塑料工作層(3)材料混合均勻；
d)將步驟c)處理過的塑料工作層材料放入步驟b)中的熱壓燒結(jié)爐的模具中，在5min內(nèi)將模具溫度升高到80℃對模具與復(fù)合材料進行預(yù)熱，預(yù)熱結(jié)束采用50～60Mpa的壓力對復(fù)合材料進行預(yù)壓，然后卸載壓力，再繼續(xù)加熱并重新加壓，預(yù)壓結(jié)束進行排氣處理，在10min內(nèi)將溫度升至240℃，壓力達到6～7Mpa，且塑料材料進入熔融狀態(tài)之前進行卸壓排氣，排氣動作要連續(xù)兩次，每次持續(xù)時間為5秒，排氣后繼續(xù)加熱，重新加載壓力，排氣結(jié)束進行交聯(lián)固化處理，在30min內(nèi)將溫度升高到240℃、壓力升高到6～7Mpa，并保溫60min，復(fù)合材料在此期間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，最后卸掉壓力，將復(fù)合材料成型件隨爐冷卻至70℃脫模，從而得到金屬基復(fù)合材料。
進一步的，步驟a)第一次烘干中，烘干機的溫度設(shè)置為80℃，時間為0.5小時。
進一步的，步驟a)第二次烘干中，烘干機的溫度設(shè)置為80℃，時間為1小時。
進一步的，步驟a)中，濃硫酸與水比重為1:1。
進一步的，步驟c)中，設(shè)定烘干機的溫度設(shè)置為70℃，時間為2.5～4小時。
本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明增加中間結(jié)合層作為過渡，利用中間結(jié)合層與金屬基體、塑料工作層強大的結(jié)合力，使金屬基體、中間結(jié)合層、塑料工作層牢牢結(jié)合；本發(fā)明金屬基復(fù)合材料生產(chǎn)效率比較高，可以實現(xiàn)自動化控制，提高了效率，降低了成本。本發(fā)明所述的金屬基復(fù)合材料，可以適用于工作溫度高、粉塵大、載荷重等特殊工況下機械設(shè)備部件的自潤滑；本發(fā)明金屬基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝簡單，各部位結(jié)合牢固，便于加工，特別有利于需要自潤滑的精密部件的加工。另外，本發(fā)明金屬基復(fù)合材料生產(chǎn)周期短，有利于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的金屬基復(fù)合材料組成結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標記說明如下：1-塑料工作層；2-中間結(jié)合層；3-金屬基體。
具體實施方式
為了更清楚的說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
如圖1所示，金屬基復(fù)合材料由外向里由塑料工作層1、中間結(jié)合層2和金屬基體3組成。其中塑料工作層1材料的各成分質(zhì)量百分含量為：聚苯酯30～50％，聚酰胺20～40％，聚四氟乙烯20～40％，碳纖維8～15％，銅粉3～7％，二硫化鉬5％；中間結(jié)合層2材料的各成分質(zhì)量百分含量為：環(huán)氧樹脂40～60％，聚氨酯30～50％，氧化鋁粉10～20％，硅烷偶聯(lián)劑10～20％；金屬基體3的材料為45#鋼、鋁合金或銅合金中的一種。
本發(fā)明所用的聚苯酯粒度為20μm，密度為1.83g/cm3；聚酰胺的粒度為30μm，密度為1.2g/cm3；聚四氟乙烯的粒度為10μm，密度為2.15g/cm3；銅粉的粒度為5μm，密度為3.52g/cm3；碳纖維的粒度為30～40μm；二硫化鉬的粒度為30～50μm。
以下通過3個實施例具體說明本發(fā)明：
實施例1：
本實施例的金屬基復(fù)合材料的成分及制備步驟如下：
a)金屬基體3的材料為45#鋼，首先對金屬基體3進行超聲波清洗，時間為15min，超聲波清洗結(jié)束將金屬基體3放入真空烘干機中烘干，烘干機的溫度設(shè)置為80℃，時間為0.5小時，烘干結(jié)束進行噴砂處理，噴砂粒徑為20目石英砂，噴砂壓力為0.8MPa，噴砂時間為5s，噴砂結(jié)束對金屬基體3用去離子水清洗5次，水洗結(jié)束將金屬基體3放入濃硫酸與水的混合液中浸泡5min，其中濃硫酸與水比重為1:1，然后對金屬基體3用去離子水清洗5次，水洗結(jié)束將金屬基體3放入真空烘干機中烘干，烘干機的溫度設(shè)置為80℃，時間為1小時；
b)中間結(jié)合層2材料的各成分質(zhì)量百分含量為：環(huán)氧樹脂40％，聚氨酯30％，氧化鋁粉10％，硅烷偶聯(lián)劑20％，按質(zhì)量百分含量的配比，將中間結(jié)合層2材料混合均勻，將步驟a)處理過的金屬基體3放入熱壓燒結(jié)爐的模具中，再將混合好的中間結(jié)合層2材料放入模具中合模，在10min內(nèi)將模具溫度升高到80℃對模具與中間結(jié)合層2材料進行預(yù)熱，采用30Mpa的壓力進行加壓，然后卸載壓力，再對熱壓燒結(jié)爐繼續(xù)加熱，并重新加壓，中間結(jié)合層2厚度為0.3mm；
c)塑料工作層1材料的各成分質(zhì)量百分含量為：聚苯酯30％，聚酰胺20％，聚四氟乙烯30％，碳纖維8％，銅粉7％，二硫化鉬5％，按質(zhì)量百分含量的配比，將塑料工作層1材料放入烘干機中進行烘干，烘干機的溫度設(shè)置為70℃，時間為4小時，烘干結(jié)束將塑料工作層1材料混合均勻；
d)將步驟c)處理過的塑料工作層1材料放入b)中的熱壓燒結(jié)爐的模具中，在5min內(nèi)將模具溫度升高到80℃對模具與復(fù)合材料進行預(yù)熱，預(yù)熱結(jié)束采用50Mpa的壓力對復(fù)合材料進行預(yù)壓，然后卸載壓力，再繼續(xù)加熱并重新加壓，預(yù)壓結(jié)束進行排氣處理，在10min內(nèi)將溫度升至240℃，壓力達到6Mpa，且塑料材料進入熔融狀態(tài)之前進行卸壓排氣，排氣動作要連續(xù)兩次，每次持續(xù)時間為5秒，排氣后繼續(xù)加熱，重新加載壓力，排氣結(jié)束進行交聯(lián)固化處理，在30min內(nèi)將溫度升高到240℃、壓力升高到6Mpa，并保溫60min，復(fù)合材料在此期間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，最后卸掉壓力，將復(fù)合材料成型件隨爐冷卻至70℃脫模。
經(jīng)上述工藝制備的金屬基復(fù)合材料使用溫度為-50～240℃，摩擦系數(shù)為0.14～0.19，結(jié)合強度為8.16MPa。
實施例2:
本實施例的金屬基復(fù)合材料的成分及制備步驟如下：
a)金屬基體3的材料為45#鋼，首先對金屬基體3進行超聲波清洗，時間為17min，超聲波清洗結(jié)束將金屬基體3放入真空烘干機中烘干，烘干機的溫度設(shè)置為80℃，時間為0.5小時，烘干結(jié)束進行噴砂處理，噴砂粒徑為50目石英砂，噴砂壓力為0.8MPa，噴砂時間為7s，噴砂結(jié)束對金屬基體3用去離子水清洗5次，水洗結(jié)束將金屬基體3放入濃硫酸與水的混合液中浸泡8min，其中濃硫酸與水比重為1:1，然后對金屬基體3用去離子水清洗5次，水洗結(jié)束將金屬基體3放入真空烘干機中烘干，烘干機的溫度設(shè)置為80℃，時間為1小時；
b)中間結(jié)合層2材料的各成分質(zhì)量百分含量為：環(huán)氧樹脂45％，聚氨酯35％，氧化鋁粉10％，硅烷偶聯(lián)劑10％，按質(zhì)量百分含量的配比，將中間結(jié)合層2材料混合均勻，將步驟a)處理過的金屬基體3放入熱壓燒結(jié)爐的模具中，再將混合好的中間結(jié)合層2材料放入模具中合模，在10min內(nèi)將模具溫度升高到80℃對模具與中間結(jié)合層2材料進行預(yù)熱，采用40Mpa的壓力進行加壓，然后卸載壓力，再對熱壓燒結(jié)爐繼續(xù)加熱，并重新加壓，中間結(jié)合層2厚度為0.4mm；
c)塑料工作層1材料的各成分質(zhì)量百分含量為：聚苯酯35％，聚酰胺25％，聚四氟乙烯20％，碳纖維10％，銅粉5％，二硫化鉬5％，按質(zhì)量百分含量的配比，將塑料工作層1材料放入烘干機中進行烘干，烘干機的溫度設(shè)置為70℃，時間為4小時，烘干結(jié)束將塑料工作層1材料混合均勻；
d)將步驟c)處理過的塑料工作層1材料放入b)中的熱壓燒結(jié)爐的模具中，在5min內(nèi)將模具溫度升高到80℃對模具與復(fù)合材料進行預(yù)熱，預(yù)熱結(jié)束采用55Mpa的壓力對復(fù)合材料進行預(yù)壓，然后卸載壓力，再繼續(xù)加熱并重新加壓，預(yù)壓結(jié)束進行排氣處理，在10min內(nèi)將溫度升至240℃，壓力達到6.5Mpa，且塑料材料進入熔融狀態(tài)之前進行卸壓排氣，排氣動作要連續(xù)兩次，每次持續(xù)時間為5秒，排氣后繼續(xù)加熱，重新加載壓力，排氣結(jié)束進行交聯(lián)固化處理，在30min內(nèi)將溫度升高到240℃、壓力升高到6.5Mpa，并保溫60min，復(fù)合材料在此期間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，最后卸掉壓力，將復(fù)合材料成型件隨爐冷卻至70℃脫模。
經(jīng)上述工藝制備的金屬基復(fù)合材料使用溫度為-50～240℃，摩擦系數(shù)為0.11～0.17，結(jié)合強度為8.53MPa。
實施例3:
本實施例的金屬基復(fù)合材料的成分及制備步驟如下：
a)金屬基體3的材料為45#鋼，首先對金屬基體3進行超聲波清洗，時間為20min，超聲波清洗結(jié)束將金屬基體3放入真空烘干機中烘干，烘干機的溫度設(shè)置為80℃，時間為0.5小時，烘干結(jié)束進行噴砂處理，噴砂粒徑為80目石英砂，噴砂壓力為0.8MPa，噴砂時間為10s，噴砂結(jié)束對金屬基體3用去離子水清洗5次，水洗結(jié)束將金屬基體3放入濃硫酸與水的混合液中浸泡10min，其中濃硫酸與水比重為1:1，然后對金屬基體3用去離子水清洗5次，水洗結(jié)束將金屬基體3放入真空烘干機中烘干，烘干機的溫度設(shè)置為80℃，時間為1小時；
b)中間結(jié)合層2材料的各成分質(zhì)量百分含量為：環(huán)氧樹脂50％，聚氨酯30％，氧化鋁粉10％，硅烷偶聯(lián)劑10％，按質(zhì)量百分含量的配比，將中間結(jié)合層2材料混合均勻，將步驟a)處理過的金屬基體3放入熱壓燒結(jié)爐的模具中，再將混合好的中間結(jié)合層2材料放入模具中合模，在10min內(nèi)將模具溫度升高到80℃對模具與中間結(jié)合層2材料進行預(yù)熱，采用50Mpa的壓力進行加壓，然后卸載壓力，再對熱壓燒結(jié)爐繼續(xù)加熱，并重新加壓，中間結(jié)合層2厚度為0.5mm；
c)塑料工作層1材料的各成分質(zhì)量百分含量為：聚苯酯44％，聚酰胺20％，聚四氟乙烯20％，碳纖維8％，銅粉3％，二硫化鉬5％，按質(zhì)量百分含量的配比，將塑料工作層1材料放入烘干機中進行烘干，烘干機的溫度設(shè)置為70℃，時間為4小時，烘干結(jié)束將塑料工作層1材料混合均勻；
d)將步驟c)處理過的塑料工作層1材料放入b)中的熱壓燒結(jié)爐的模具中，在5min內(nèi)將模具溫度升高到80℃對模具與復(fù)合材料進行預(yù)熱，預(yù)熱結(jié)束采用60Mpa的壓力對復(fù)合材料進行預(yù)壓，然后卸載壓力，再繼續(xù)加熱并重新加壓，預(yù)壓結(jié)束進行排氣處理，在10min內(nèi)將溫度升至240℃，壓力達到7Mpa，且塑料材料進入熔融狀態(tài)之前進行卸壓排氣，排氣動作要連續(xù)兩次，每次持續(xù)時間為5秒，排氣后繼續(xù)加熱，重新加載壓力，排氣結(jié)束進行交聯(lián)固化處理，在30min內(nèi)將溫度升高到240℃、壓力升高到7Mpa，并保溫60min，復(fù)合材料在此期間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，最后卸掉壓力，將復(fù)合材料成型件隨爐冷卻至70℃脫模。
經(jīng)上述工藝制備的金屬基復(fù)合材料使用溫度為-50～240℃，摩擦系數(shù)為0.13～0.18，結(jié)合強度為8.29MPa。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。