鎂基復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鎂基復合材料及其制備方法，該復合材料含有以下質量百分含量的組分：粒度20～30μm、純度≥99.8%的鎳粉10～15%，粒度5～100μm、純度≥99.9%的銅粉5～10%，粒度10～50μm、純度≥99.5%的硅化鈦1～2%，粒度1～50μm、純度≥99.8%的硫化銅4～5%，粒度20～30μm、純度≥99.3%的硫化鋅4～6%，粒度60～80μm、純度≥99.8%的石墨化碳4～6%，粒度100～200μm、純度≥99.1%的氧化鉛2～3%，其余為粒度40～200μm、純度≥99.9%的鎂粉。制備方法：將各成分混勻，烘干；在600～700MPa的壓力下壓制成型；燒結，燒結溫度為400～1000℃，壓力為2～3MPa，保溫時間為30～40min。冷卻至15～30℃。本發明復合材料的摩擦力為63.8～70.8N，摩擦系數為0.40～0.43，具有良好的耐摩擦性能。
【專利說明】鎂基復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于冶金復合材料領域，尤其涉及一種鎂基復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作 為原料，經過成形和燒結，制取金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工業技術。目前，粉 末冶金技術已被廣泛應用于交通、機械、電子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工業 等領域，成為新材料科學中最具發展活力的分支之一。粉末冶金技術具備顯著節能、省材、 性能優異、產品精度高且穩定性好等一系列優點，非常適合于大批量生產。另外，部分用傳 統鑄造方法和機械加工方法無法制備的材料和復雜零件也可用粉末冶金技術制造，因而備 受工業界的重視。現有技術的鎂基復合材料容易磨損，使用壽命不長。
【發明內容】
[0003] 本發明針對現有技術的不足，提供一種鎂基復合材料及其制備方法，復合材料的 耐摩擦性能優異。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案： 鎂基復合材料，含有以下質量百分含量的組分：粒度20?30 μ m、純度彡99. 8%的鎳粉 10?15%，粒度5?100 μ m、純度彡99. 9%的銅粉5?10%，粒度10?50 μ m、純度彡99. 5% 的硅化鈦1?2%，粒度1?50 μ m、純度彡99. 8%的硫化銅4?5%，粒度20?30 μ m、純度 彡99. 3%的硫化鋅4?6%，粒度60?80 μ m、純度彡99. 8%的石墨化碳4?6%，粒度100? 200 μ m、純度彡99. 1%的氧化鉛2?3%，其余為粒度40?200 μ m、純度彡99. 9%的鎂粉。
[0005] 作為對本發明的進一步改進，鎂基復合材料，含有以下質量百分含量的組分：鎳粉 12%、銅粉6%、硅化鈦1. 2%、硫化銅4. 5%、硫化鋅5%、石墨化碳5%、氧化鉛2. 5%、其余為鎂粉。
[0006] 作為對本發明的進一步改進，鎳粉含量是銅粉含量的兩倍。
[0007] 上述鎂基復合材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 將鎳粉、銅粉、硅化鈦、硫化銅、硫化鋅、石墨化碳、氧化鉛、鎂粉混勻，放入真空干燥 箱中烘干； (2) 在600?700MPa的壓力下壓制成型； (3) 燒結爐中燒結，燒結溫度為400?1000°C，燒結壓力為2?3MPa，保溫時間為30? 40min ； (4) 降溫冷卻至15?30DC。
[0008] 作為對本發明的進一步改進，步驟（3)燒結爐各段溫度設置如下，預燒段400? 500°C，燒結段900?KKKTC，預冷段500?600°C。
[0009] 作為對本發明的進一步改進，步驟（4)降溫速率為I. 5°C /min。
[0010] 原理：石墨化碳是碳黑在惰性氣體（通常為氬氣保護下加熱到2700 °C左右生成 的一種碳材料。石墨化碳由微弱的范德華力結合，排列松馳的網狀層面組成的球狀質點膠 體單元所組成，屬于較低石墨化程度的碳素物質在高溫條件下，碳黑內部和表面的大空隙 結構被破壞，表面生成光滑、無孔的石墨晶型結構，石墨化碳表面的碳原子之間都是SP2雜 化，有單電子對和活潑離子，并具有六邊形的微觀結構，單電子對和鎂粉電子結合，且形式 穩定，提高復合材料的耐摩擦性能。
[0011] 有益效果 本發明復合材料的摩擦力為63. 8?70. 8N，摩擦系數為0. 40?0. 43,說明本發明具有 良好的耐摩擦性能。
【具體實施方式】
[0012] 下面通過具體實施例對本發明作進一步詳細介紹，但不局限于此。
[0013] 實施例1 鎂基復合材料，含有以下質量百分含量的組分：粒度20?30 μ m、純度彡99. 8%的鎳粉 12%，粒度5?100 μ m、純度彡99. 9%的銅粉6%，粒度10?50 μ m、純度彡99. 5%的硅化鈦 1. 2%，粒度1?50 μ m、純度彡99. 8%的硫化銅4. 5%，粒度20?30 μ m、純度彡99. 3%的硫化 鋅5%，粒度60?80 μ m、純度彡99. 8%的石墨化碳5%，粒度100?200 μ m、純度彡99. 1%的 氧化鉛2. 5%，其余為粒度40?200 μ m、純度彡99. 9%的鎂粉。
[0014] 上述鎂基復合材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 將鎳粉、銅粉、硅化鈦、硫化銅、硫化鋅、石墨化碳、氧化鉛、鎂粉混勻，放入真空干燥 箱中烘干； (2) 在600?700MPa的壓力下壓制成型； (3) 燒結爐中燒結，燒結溫度為400?1000°C，燒結壓力為2?3MPa，保溫時間為30? 40min〇
[0015] (4)降溫冷卻至15?30°C。
[0016] 步驟（3)燒結爐各段溫度設置如下，預燒段400?50(TC，燒結段900?KKKTC， 預冷段500?600 °C。
[0017] 步驟（4)降溫速率為I. 5°C /min。
[0018] 實施例2 鎂基復合材料，含有以下質量百分含量的組分：粒度20?30 μ m、純度彡99. 8%的鎳粉 10%,粒度5?100 μ m、純度彡99. 9%的銅粉5%，粒度10?50 μ m、純度彡99. 5%的硅化鈦 1%，粒度1?50 μ m、純度彡99. 8%的硫化銅4%，粒度20?30 μ m、純度彡99. 3%的硫化鋅 4%，粒度60?80 μ m、純度彡99. 8%的石墨化碳4%，粒度100?200 μ m、純度彡99. 1%的氧 化鉛2%，其余為粒度40?200 μ m、純度彡99. 9%的鎂粉。
[0019] 上述鎂基復合材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 將鎳粉、銅粉、硅化鈦、硫化銅、硫化鋅、石墨化碳、氧化鉛、鎂粉混勻，放入真空干燥 箱中烘干； (2) 在600?700MPa的壓力下壓制成型； (3) 燒結爐中燒結，燒結溫度為400?1000°C，燒結壓力為2?3MPa，保溫時間為30? 40min〇
[0020] (4)降溫冷卻至15?30°C。
[0021] 步驟（3)燒結爐各段溫度設置如下，預燒段400?50(TC，燒結段900?KKKTC， 預冷段500?600 °C。
[0022] 步驟（4)降溫速率為I. 5°C /min。
[0023] 實施例3 鎂基復合材料，含有以下質量百分含量的組分：粒度20?30 μ m、純度彡99. 8%的鎳粉 15%，粒度5?100 μ m、純度彡99. 9%的銅粉10%，粒度10?50 μ m、純度彡99. 5%的硅化鈦 2%，粒度1?50 μ m、純度彡99. 8%的硫化銅5%，粒度20?30 μ m、純度彡99. 3%的硫化鋅 6%，粒度60?80 μ m、純度彡99. 8%的石墨化碳6%，粒度100?200 μ m、純度彡99. 1%的氧 化鉛3%，其余為粒度40?200 μ m、純度彡99. 9%的鎂粉。
[0024] 上述鎂基復合材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 將鎳粉、銅粉、硅化鈦、硫化銅、硫化鋅、石墨化碳、氧化鉛、鎂粉混勻，放入真空干燥 箱中烘干； (2) 在600?700MPa的壓力下壓制成型； (3) 燒結爐中燒結，燒結溫度為400?1000°C，燒結壓力為2?3MPa，保溫時間為30? 40min〇
[0025] (4)降溫冷卻至15?30°C。
[0026] 步驟（3)燒結爐各段溫度設置如下，預燒段400?500°C，燒結段900?KKKTC， 預冷段500?600 °C。
[0027] 步驟（4)降溫速率為I. 5°C /min。
[0028] 實施例4 鎂基復合材料，含有以下質量百分含量的組分：粒度20?30 μ m、純度彡99. 8%的鎳粉 11%，粒度5?100 μ m、純度彡99. 9%的銅粉7%，粒度10?50 μ m、純度彡99. 5%的硅化鈦 1. 2%，粒度1?50 μ m、純度彡99. 8%的硫化銅4. 3%，粒度20?30 μ m、純度彡99. 3%的硫化 鋅4. 3%，粒度60?80 μ m、純度彡99. 8%的石墨化碳4. 3%，粒度100?200 μ m、純度彡99. 1% 的氧化鉛2. 3%，其余為粒度40?200 μ m、純度彡99. 9%的鎂粉。
[0029] 上述鎂基復合材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 將鎳粉、銅粉、硅化鈦、硫化銅、硫化鋅、石墨化碳、氧化鉛、鎂粉混勻，放入真空干燥 箱中烘干； (2) 在600?700MPa的壓力下壓制成型； (3) 燒結爐中燒結，燒結溫度為400?1000°C，燒結壓力為2?3MPa，保溫時間為30? 40min〇
[0030] (4)降溫冷卻至15?30°C。
[0031] 步驟（3)燒結爐各段溫度設置如下，預燒段400?50(TC，燒結段900?KKKTC， 預冷段500?600 °C。
[0032] 步驟（4)降溫速率為I. 5°C /min。
[0033] 對比例I 與實施例1相同，不同在于：活性炭代替石墨化碳。
[0034] 性能測試試驗 材料的耐磨擦性能：將材料放在MMW-I型磨擦磨損試驗機上，干磨擦旋轉運動，采用小 指推圈磨擦副試驗方法，對偶材料為45鋼淬火鋼環，硬度為50HRC，主軸轉速為250r/min， 載荷為40N，時間為lOmin。
[0035] 測試結果見下表1。
[0036] 表 1
【權利要求】
1. 鎂基復合材料，其特征在于，含有以下質量百分含量的組分：粒度20?30 y m、純 度彡99. 8%的鎳粉10?15%，粒度5?100 ii m、純度彡99. 9%的銅粉5?10%，粒度10? 50 ii m、純度> 99. 5%的硅化鈦1?2%，粒度1?50 ii m、純度> 99. 8%的硫化銅4?5%，粒 度20?30 ii m、純度彡99. 3%的硫化鋅4?6%，粒度60?80 ii m、純度彡99. 8%的石墨化 碳4?6%，粒度100?200 ii m、純度彡99. 1%的氧化鉛2?3%，其余為粒度40?200 ii m、 純度彡99. 9%的鎂粉。
2. 根據權利要求1所述的鎂基復合材料，其特征在于含有以下質量百分含量的組分： 鎳粉12%、銅粉6%、硅化鈦1. 2%、硫化銅4. 5%、硫化鋅5%、石墨化碳5%、氧化鉛2. 5%、其余為 鎂粉。
3. 根據權利要求1所述的鎂基復合材料，其特征在于，鎳粉含量是銅粉含量的兩倍。
4. 基于權利要求1所述的鎂基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將鎳粉、銅粉、硅化鈦、硫化銅、硫化鋅、石墨化碳、氧化鉛、鎂粉混勻，放入真空干燥 箱中烘干； (2) 在600?700MPa的壓力下壓制成型； (3) 燒結爐中燒結，燒結溫度為400?1000°C，燒結壓力為2?3MPa，保溫時間為30? 40min ； (4) 降溫冷卻至15?30DC。
5. 根據權利要求4所述的鎂基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟（3)燒結爐各段 溫度設置如下，預燒段400?500°C，燒結段900?1000°C，預冷段500?600°C。
6. 根據權利要求4所述的鎂基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟（4)降溫速率為 L 5〇C /min〇
【文檔編號】B22F1/00GK104353825SQ201410563511
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】劉莉, 王爽, 邱晶, 劉曉東, 黃明明 申請人:蘇州萊特復合材料有限公司