高导电耐磨减摩铜基复合材料 【技术领域】
本发明涉及一种金属基复合材料，具体是一种高导电耐磨减摩铜基复合材料。用于滑动电接触技术领域。
背景技术
铜具有很高的导电性、导热性、耐蚀性和优良的工艺性能，而作为导电、导热功能材料广泛地应用于各工业部门。但铜的强度低，耐热性差，高温下易软化变形，因而其应用受到了限制。当前主要是通过添加Cr、Zr、Ag、Fe等各种合金元素形成弥散强化来提高铜的性能。经文献检索发现，J.B.Correia等人在《Acta Materialia》，1997，45：177-190上发表的“Strengthening in rapidlysolidified age hardened Cu-Cr and Cu-Cr-Zr alloys”(快速凝固Cu-Cr与Cu-Cr-Zr合金的强化)一文中，提出合金化法不能同时满足高传导性能和机械性能的要求，合金元素的加入往往引起材料的导电、导热性能下降较大，且高温下弥散相会重新溶解而失去强化作用，使得铜合金的软化温度较低。颗粒增强金属基复合材料具有较高的耐磨性、高温力学性能和较低的热膨胀系数，且制备工艺简单、成本较低，因此近年来发展迅速。在铜基体中加入高力学性能的陶瓷颗粒增强物，可望在保持铜良好传导性能的前提下，提高材料的强度和耐磨性。石墨作为一种常见的固体润滑剂，添加到金属中可获得低的摩擦系数、低磨损率及优异的抗咬合性能。因此，将上述添加物以单一或混杂的形式按一定的含量加入铜基体中，制备出导电、导热性能好，而且具有良好摩擦磨损性能的复合材料，适应滑动电接触领域的应用，是本发明要解决的问题。
【发明内容】
本发明的目地是针对背景技术中的不足，提供一种高导电耐磨减摩铜基复合材料，使铜基复合材料具有良好的导电导热性能和耐磨、减摩特性，且机械性能优良，克服当前滑动电接触领域所用铜合金的问题。
本发明是通过下述方案实现的，本发明高导电耐磨减摩铜基复合材料包含的各组分及其重量百分比为：纯铜89.1％-95.6％，SiC颗粒3.1％-6.6％，石墨颗粒1.2％-4.2％，分散剂0.10％-0.20％。
所述的纯铜采用电解铜粉，粒度小于48μm，纯度高于99.7％；所述SiC平均粒度可以为7μm-20μm，通过化学镀镍工艺制备而成；所述石墨颗粒为平均尺寸43μm粒状人造石墨，经化学镀铜工艺制备而成，石墨和铜镀层的质量比为1∶1；所述分散剂为20#机油。将上述配比的粉末按冷压、烧结、热压的粉末冶金工艺制备成复合材料。
本发明合理选择基体和增强物的种类，并科学地进行了成分优化设计，通过加入力学性能优良且价格便宜的SiC颗粒作为增强物，以石墨作为自润滑剂，获得了导电、导热性高，摩擦性能良好，而且制备供应比较简单、成本较低的颗粒增强铜基复合材料。
【具体实施方式】
结合本发明的内容提供以下实施例：
实施例1：
按电解铜粉为95.6％、SiC粉为3.1％、石墨粉为1.2％、分散剂为0.1％进行配比，通过粉末冶金工艺，制备出致密度为99.2％、且SiC和石墨颗粒分布均匀的铜基复合材料。材料的布氏硬度(HB)为73.2，电导率82.5％IACS；在M200环—块式磨损试验机上的干摩擦试验结果表明，在载荷40N，相对滑动速度为0.42m/s的干摩擦条件下，磨损率为纯铜的46.7％，为冷拔Cu-0.65％Cr-0.08％Zr(重量百分比，下同)合金的52.9％；摩擦系数0.39，为纯铜的76.5％，为冷拔Cu-0.65％Cr-0.08％Zr合金的81.1％。磨损表面形貌的扫描电子显微镜观察发现，与纯铜和冷拔Cu-0.65％Cr-0.08％Zr合金相比，复合材料的粘着磨损明显减少；石墨能有效提高复合材料的耐磨性，降低摩擦系数，还减少对配偶件的磨损，极大提高了整个摩擦系统的寿命。
实施例2：
按电解铜粉为89.1％、SiC粉为6.6％、石墨粉为4.2％、分散剂为0.1％进行配比，通过粉末冶金工艺，制备出致密度为98.3％、且SiC和石墨颗粒分布均匀的铜基复合材料。材料的布氏硬度(HB)为74.3，电导率71.3％IACS。在M200环-块式磨损试验机上的干摩擦试验结果表明，在载荷40N，相对滑动速度为0.42m/s的干摩擦条件下，磨损率为纯铜的22.1％，为冷拔Cu-0.65％Cr-0.08％Zr合金的25.0％；摩擦系数0.31，为纯铜的60.7％，为冷拔Cu-0.65％Cr-0.08％Zr合金的64.6％。磨损表面形貌的扫描电子显微镜观察发现，与纯铜和冷拔Cu-0.65％Cr-0.08％Zr合金相比，复合材料的粘着磨损明显减少；石墨能有效提高复合材料的耐磨性，降低摩擦系数，还减少对配偶件的磨损，极大提高了整个摩擦系统的寿命。
实施例3：
按电解铜粉为94.0％、SiC粉为4.0％、石墨粉为1.9％、分散剂为0.15％进行配比，通过粉末冶金工艺，制备出致密度为98.9％、且SiC和石墨颗粒分布均匀的铜基复合材料。材料的布氏硬度(HB)为73.3，电导率79.8％IACS。在M200环-块式磨损试验机上的干摩擦试验结果表明，在载荷40N，相对滑动速度为0.42m/s的干摩擦条件下，磨损率为纯铜的37.3％，为冷拔Cu-0.65％Cr-0.08％Zr合金的42.3％；摩擦系数0.36，为纯铜的70.6％，为冷拔Cu-0.65％Cr-0.08％Zr合金的75.0％。磨损表面形貌的扫描电子显微镜观察发现，与纯铜和冷拔Cu-0.65％Cr-0.08％Zr合金相比，复合材料的粘着磨损明显减少；石墨能有效提高复合材料的耐磨性，降低摩擦系数，还减少对配偶件的磨损，极大提高了整个摩擦系统的寿命。
实施例4：
按电解铜粉为90.7％、SiC粉为5.1％、石墨粉为4.1％、分散剂为0.2％进行配比，通过粉末冶金工艺，制备出致密度为98.1％、且SiC和石墨颗粒分布均匀的铜基复合材料。材料的布氏硬度(HB)为72.1，电导率73.6％IACS。在M200环-块式磨损试验机上的干摩擦试验结果表明，在载荷40N，相对滑动速度为0.42m/s的干摩擦条件下，磨损率为纯铜的24.2％，为冷拔Cu-0.65％Cr-0.08％Zr合金的27.4％；摩擦系数0.32，为纯铜的62.7％，为冷拔Cu-0.65％Cr-0.08％Zr合金的66.7％。磨损表面形貌的扫描电子显微镜观察发现，与纯铜和冷拔Cu-0.65％Cr-0.08％Zr合金相比，复合材料的粘着磨损明显减少；石墨能有效提高复合材料的耐磨性，降低摩擦系数，还减少对配偶件的磨损，极大提高了整个摩擦系统的寿命。