本發(fā)明屬于自潤(rùn)滑耐磨材料領(lǐng)域，涉及一種銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明所述復(fù)合材料適用于在經(jīng)受交變載荷沖擊作用下工作的自潤(rùn)滑軸承、滑板、受電弓及航空泵用動(dòng)密封等部件，該復(fù)合材料在交變載荷作用下不產(chǎn)生裂紋且在油膜被破壞或油潤(rùn)滑不充分的情況下自身仍具備良好的低摩擦、抗干磨特性。

背景技術(shù)：
現(xiàn)代航空、航天、高速鐵路及電力等行業(yè)的應(yīng)用中普遍存在震動(dòng)、交變載荷和高速等極端苛刻工況，而其相關(guān)運(yùn)動(dòng)部件的潤(rùn)滑、耐磨及密封性能的提高已成為影響整個(gè)系統(tǒng)可靠性和壽命的關(guān)鍵技術(shù)。因此，對(duì)在交變載荷作用下仍具有低摩擦、抗干磨性能的新型潤(rùn)滑耐磨材料提出了迫切需求。近年來，在銅基自潤(rùn)滑耐磨材料和自潤(rùn)滑合金方面，已經(jīng)進(jìn)行了許多卓有成效的工作，取得了比較好的潤(rùn)滑效果（專利：CN101985703A、CN103436730A、CN102051553A、CN102925741A等），多種材料已獲得了工程應(yīng)用。但大部分工作都集中在如何提高銅基復(fù)合材料的耐磨性能研究上，尚未檢索到既考慮材料的低摩擦耐磨損特性，又考慮材料耐沖擊性能的相關(guān)專利。而相關(guān)涉及銅基潤(rùn)滑材料的沖擊韌性研究的論文（郭斌等“銅基受電弓滑板材料抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性研究”，材料科學(xué)與工藝，2003,1（11）：59-63）得到Cu-石墨復(fù)合材料的最大沖擊韌性僅為1.38J/cm2。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種同時(shí)具備良好摩擦磨損性能和耐沖擊性能的銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料及其制備方法。雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料相比單層復(fù)合材料在提高復(fù)合材料韌性方面有它的優(yōu)勢(shì)，雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由于“分層”效應(yīng)的存在，在交變載荷作用下由于交變載荷垂直于雙層結(jié)合界面，而雙層界面的結(jié)合又相比同種材料弱，所以在交變載荷作用下界面會(huì)產(chǎn)生二次裂紋，使垂直于結(jié)合界面的原始裂紋伸展受阻，并且松馳了應(yīng)力，因而可提高材料的韌性。因此，本發(fā)明基于雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選用具有良好力學(xué)和耐沖擊性能的銅基合金CuSn10為支撐層，設(shè)計(jì)以CuSn10為基體，添加強(qiáng)化相、潤(rùn)滑相等成分的潤(rùn)滑層，制備了銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的一種銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料由支撐層和潤(rùn)滑層組成，所述支撐層為CuSn10合金，所述潤(rùn)滑層由CuSn10合金、強(qiáng)化相和潤(rùn)滑相組成；所述強(qiáng)化相所含組分為鎳、鉻和鈦；所述潤(rùn)滑相所含組分為二硫化鉬和石墨，所述潤(rùn)滑層中各組分的質(zhì)量百分含量分別為：鎳：10～15%，鉻：0.5～1%，鈦：0～1%，CuSn10：67~79.5%，二硫化鉬：10～15%，石墨：0～1%。銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法包括以下步驟：1）將鎳、鉻、鈦和CuSn10的粉末按鎳：10～15%、鉻：0.5～1%、鈦：0～1%、CuSn10：67~79.5%的質(zhì)量百分含量混合后采用濕法球磨15~20小時(shí)，轉(zhuǎn)速為300~400r/min，球料質(zhì)量比為5：1~10：1，然后將二硫化鉬和石墨的粉末按二硫化鉬：10～15%、石墨：0～1%的質(zhì)量百分含量混合后加入上述混合物中，采用上述的濕法球磨工藝將其球磨5~10小時(shí)，混勻即可，經(jīng)烘干后，得到混合粉末；2）稱取CuSn10合金粉末和上述混合粉末在石墨模具中進(jìn)行分步雙層鋪粉，冷壓預(yù)成型，然后在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空度≥1.0×10-2Pa，燒結(jié)溫度為650~750℃，達(dá)到溫度后施加正壓力20～25MPa，保溫保壓時(shí)間為50～60min，隨爐自然冷卻，即可制備銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料。所述鎳、鉻、鈦、CuSn10、二硫化鉬和石墨的純度均大于99.0%。本發(fā)明銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料的沖擊韌性在JB6型沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)得（αKU），而材料潤(rùn)滑層的摩擦磨損性能在M-2000型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)得（200N，0.424m/s，1h，大氣環(huán)境，φ40mm的淬火45#鋼對(duì)偶環(huán)，干磨狀態(tài)）。本發(fā)明所述的具備支撐層（沖擊韌性：55J/cm2）和潤(rùn)滑層（沖擊韌性：4J/cm2）的新型雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，既具備易磨合、抗干磨、自潤(rùn)滑、不粘銅的性能，又具備足夠的沖擊韌性（支撐層/潤(rùn)滑層厚度比為7:3時(shí)，αKU>46J/cm2）。相對(duì)于很多潤(rùn)滑材料，此種新型雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在經(jīng)受交變載荷作用下材料基體不產(chǎn)生裂紋，且在油潤(rùn)滑不充分的情況下材料自身仍具備良好的低摩擦、抗干磨性能，并且在二硫化鉬和石墨的協(xié)同潤(rùn)滑下材料的摩擦系數(shù)為0.349，磨損體積僅為0.53mm3。綜上所述，本發(fā)明制備的銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料同時(shí)具備良好的摩擦磨損性能和耐沖擊性能，滿足復(fù)雜工況條件下對(duì)自潤(rùn)滑耐磨復(fù)合材料沖擊韌性的要求，可用于解決現(xiàn)代航空、航天、高速鐵路及電力等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中普遍存在的震動(dòng)、交變載荷和高速等極端苛刻工況下相關(guān)滑動(dòng)部件的潤(rùn)滑和耐磨問題。具體實(shí)施方式為進(jìn)一步闡述本發(fā)明特提供以下實(shí)施例，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料潤(rùn)滑層各組分及其質(zhì)量百分含量分別為：鎳：10%、鉻：0.5%、鈦：1%、CuSn10：78.5%、二硫化鉬：10%。首先將純度大于99.0%的鎳、鉻、鈦、CuSn10粉末按鎳：10%、鉻：0.5%、鈦：1%、CuSn10：78.5%的質(zhì)量百分含量混合后采用濕法球磨20小時(shí)，轉(zhuǎn)速400r/min，球料比10：1，然后將粉末純度大于99.0%的二硫化鉬（MoS2）粉末按10%的質(zhì)量百分含量加入上述混合物中，再將上述混合物采用上述的濕法球磨工藝球磨5小時(shí)，混勻即可，經(jīng)烘干后，得到混合粉末，稱取支撐層合金粉末和上述混合粉末在石墨模具中進(jìn)行分步雙層鋪粉，冷壓預(yù)成型，然后在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空度1.0×10-2Pa，燒結(jié)溫度為700℃，達(dá)到溫度后施加正壓力25MPa，保溫保壓時(shí)間為60min，隨爐自然冷卻，即可制備銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料（支撐層和潤(rùn)滑層的厚度比為7:3）。本實(shí)施方式制得的銅基復(fù)合材料，材料潤(rùn)滑層的布氏硬度（HB）為192，抗壓強(qiáng)度為739MPa，抗彎強(qiáng)度為407MPa，摩擦系數(shù)為0.346，磨損體積為1.84mm3；雙層金屬?gòu)?fù)合材料整體的沖擊韌性為47.9J/cm2。實(shí)施例2銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料潤(rùn)滑層各組分及其質(zhì)量百分含量分別為：鎳：15%、鉻：0.5%、鈦：1%、CuSn10：73.5%、二硫化鉬：10%。首先將純度大于99.0%的鎳、鉻、鈦、CuSn10粉末按鎳：15%、鉻：0.5%、鈦：1%、CuSn10：73.5%的質(zhì)量百分含量混合后采用濕法球磨20小時(shí)，轉(zhuǎn)速400r/min，球料比10：1，然后將粉末純度大于99.0%的二硫化鉬（MoS2）粉末按10%的質(zhì)量百分含量加入上述混合物中，再將上述混合物采用上述的濕法球磨工藝球磨5小時(shí)，混勻即可，經(jīng)烘干后，得到混合粉末，稱取支撐層合金粉末和上述混合粉末在石墨模具中進(jìn)行分步雙層鋪粉，冷壓預(yù)成型，然后在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空度1.0×10-2Pa，燒結(jié)溫度為700℃，達(dá)到溫度后施加正壓力25MPa，保溫保壓時(shí)間為60min，隨爐自然冷卻，即可制備銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料（支撐層和潤(rùn)滑層的厚度比為7:3）。本實(shí)施方式制得的銅基復(fù)合材料，材料潤(rùn)滑層的布氏硬度（HB）為196，抗壓強(qiáng)度為751MPa，抗彎強(qiáng)度為392MPa，摩擦系數(shù)為0.327，磨損體積為1.55mm3；雙層金屬?gòu)?fù)合材料整體的沖擊韌性為47.3J/cm2。實(shí)施例3銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料潤(rùn)滑層各組分及其質(zhì)量百分含量分別為：鎳15%、鉻：1%、鈦：1%、CuSn10：68%、二硫化鉬：15%。首先將純度大于99.0%的鎳、鉻、鈦、CuSn10粉末按鎳：15%、鉻：1%、鈦：1%、CuSn10：67%的質(zhì)量百分含量混合后采用濕法球磨20小時(shí)，轉(zhuǎn)速400r/min，球料比10：1，然后將粉末純度大于99.0%的二硫化鉬（MoS2）粉末按15%的質(zhì)量比加入上述混合物中，再將上述混合物采用上述的濕法球磨工藝球磨5小時(shí)，混勻即可，經(jīng)烘干后，得到混合粉末，稱取支撐層合金粉末和上述混合粉末在石墨模具中進(jìn)行分步雙層鋪粉，冷壓預(yù)成型，然后在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空度1.0×10-2Pa，燒結(jié)溫度為700℃，達(dá)到溫度后施加正壓力25MPa，保溫保壓時(shí)間為60min，隨爐自然冷卻，即可制備銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料（支撐層和潤(rùn)滑層的厚度比為7:3）。本實(shí)施方式制得的銅基復(fù)合材料，材料潤(rùn)滑層的布氏硬度（HB）為201，抗壓強(qiáng)度為705MPa，抗彎強(qiáng)度為287MPa，摩擦系數(shù)為0.329，磨損體積為1.11mm3；雙層金屬?gòu)?fù)合材料整體的沖擊韌性為47.1J/cm2。實(shí)施例4銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料潤(rùn)滑層各組分及其質(zhì)量百分含量分別為：鎳：15%、鉻：1%、CuSn10：69%、二硫化鉬：14%、石墨：1%。首先將純度大于99.0%的鎳、鉻、CuSn10粉末按鎳：15%、鉻：1%、CuSn10：69%的質(zhì)量百分含量混合后采用濕法球磨20小時(shí)，轉(zhuǎn)速400r/min，球料比10：1，然后將粉末純度大于99.0%的二硫化鉬（MoS2）、石墨（Gr）粉末按二硫化鉬：14%、石墨：1%的質(zhì)量百分含量混合，并加入上述混合物中，再將上述混合物采用上述的濕法球磨工藝球磨5小時(shí)，混勻即可，經(jīng)烘干后，得到混合粉末，稱取支撐層合金粉末和上述混合粉末在石墨模具中進(jìn)行分步雙層鋪粉，冷壓預(yù)成型，然后在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空度1.0×10-2Pa，燒結(jié)溫度為700℃，達(dá)到溫度后施加正壓力25MPa，保溫保壓時(shí)間為60min，隨爐自然冷卻，即可制備銅基耐磨耐沖擊雙金屬?gòu)?fù)合材料（支撐層和潤(rùn)滑層的厚度比為7:3）。本實(shí)施方式制得的銅基復(fù)合材料，材料潤(rùn)滑層的布氏硬度（HB）為194，抗壓強(qiáng)度為520MPa，抗彎強(qiáng)度為220MPa，摩擦系數(shù)為0.349，磨損體積為0.53mm3；雙層金屬?gòu)?fù)合材料整體的沖擊韌性46.7J/cm2。