一種銅基-石墨正梯度復合材料及其制備方法技術領域本發(fā)明涉及一種銅基-石墨正梯度復合材料及其制備方法，屬于自潤滑摩擦材料制備技術領域，尤其涉及正梯度自潤滑摩擦復合材料的制備。

背景技術：
銅基-石墨復合材料是一種優(yōu)良的自潤滑摩擦材料，被廣泛應用于制造受電弓滑板、電刷和自潤滑軸承等機械零件。銅基-石墨正梯度復合材料通過控制各組分在復合材料中呈梯度分布而改善其摩擦磨損性能。當石墨含量在復合材料體系中呈現(xiàn)正梯度變化時(即石墨含量由表及里呈線性降低)，在摩擦載荷作用下，由于基體表層的強度始終低于亞表層基體的強度，因而裂紋在銅基體中無法延伸擴展，從而提高了基體的耐磨性，這對銅基-石墨復合材料的發(fā)展和應用具有十分重要的意義。目前梯度復合材料制備主要有兩種：一種是疊層法，另一種是共同沉降法。疊層法首先將兩種粉末按不同比例配比、混合，壓制成薄片，然后根據組分梯度變化要求，將壓制的薄片排列組裝在石墨模具中，進行高溫熱壓燒結成型，獲得梯度復合材料。由于層厚的存在，采取疊層法難以保證固體潤滑劑在復合材料體系中的呈正梯度變化。共同沉降法是利用不同密度、不同大小的粉末顆粒在液體中具有不同沉降速度的原理，即密度大的粉末材料下降速度較大，密度小的粉末材料下降速度小，將兩種密度不同的粉末均勻混合并分布于液體中，讓其自由沉降，從而使得沉積層中下部密度大的粉末較多，密度低的材料上層比例較大，從下至上形成組分的梯度分布，壓制燒結后，形成梯度復合材料。共同沉降法對粉末自身密度、粒徑的梯度變化要求較高，工業(yè)生產難以保證。上述兩種制備方法工藝過程不僅比較復雜，而且難以保證固體潤滑劑如石墨在銅基體中的呈正梯度變化以及在任意截面上的分布均勻性，無法保證銅基體形成三維網絡結構體，不利于充分發(fā)揮銅基體合金導電、導熱及力學性能，此外，因銅合金與石墨熱膨脹系數(shù)不一致，高溫燒結時，兩者相互間的界面結合能力較弱，所獲得的復合材料孔隙率較高、致密度偏低、耐磨性較差，這極大地限制了銅基-石墨復合材料的發(fā)展和應用。

技術實現(xiàn)要素：
采取傳統(tǒng)的方法制備銅基-石墨復合材料時，不僅工藝過程復雜，而且難于控制石墨呈正梯度分布，無法保證石墨在銅基體中的分布均勻性，不利于構筑銅基體三維網絡結構，難以充分發(fā)揮銅基體和石墨的各自特性，此外，由于石墨與銅合金界面結合強度不足，導致復合材料耐磨性較差。本發(fā)明為一種銅基-石墨正梯度復合材料及其制備方法。所述的銅基-石墨正梯度復合材料由銅合金和具有正梯度結構的三維多孔石墨骨架復合而成。銅合金由Cu、WC、Sn組成，WC占銅的質量分數(shù)為1.0-2.0％，Sn占銅的質量分數(shù)為0.5-1.0％，余為Cu，各金屬組元的純度均大于99.5％；通過設計制備多孔石墨骨架控制石墨含量及其分布，即具有正梯度結構的三維多孔石墨骨架是指由表及里石墨含量呈線性降低，其梯度變化范圍為0.1％～10％；由表及里在復合材料任意截面上石墨分布相對均勻。為了保證銅合金基體與多孔石墨骨架結合強度，在所述的多孔石墨骨架上包覆有厚度為0.01-0.5mm過渡層組織，該過渡層為釬料NiCrPCu合金與C、Cu在高溫下形成的化合物。本發(fā)明采取鑄造方式銅合金液體澆注到三維多孔網絡石墨骨架中，因此，在復合材料內部銅合金自發(fā)地形成三維網絡結構，這有助于發(fā)揮銅合金的力學性能、導電導熱等性能。上述中的銅基-石墨正梯度復合材料制備方法主要包括以下幾個步驟：步驟一：采取選擇性激光燒結成形技術燒結石墨與酚醛樹脂的混合物，制備具有正梯度結構特征的三維多孔石墨骨架坯體；步驟二：將步驟一獲得的三維多孔石墨骨架坯體置于高溫碳化爐內，在氮氣或氬氣保護下進行碳化處理，獲得多孔石墨骨架。碳化處理可增強石墨骨架的強度，以防止鑄造過程中被合金溶液沖潰發(fā)生坍塌。步驟三：將多孔石墨骨架浸漬于NiCrPCu釬料溶液中，于950-1000℃條件下，保溫5-20min，使釬料包覆骨架并與石墨反應形成一層過渡層組織。步驟四：將步驟三處理后的多孔石墨骨架安裝在砂型鑄型型腔中，再將銅合金溶液澆注其中，待凝固冷卻后，獲得所需的銅基-石墨正梯度復合材料。所述步驟一的激光燒結混合粉末由石墨粉末(150目，純度為99.5％)和酚醛樹脂粉末(500目)組成，酚醛樹脂粉末作為粘接劑，酚醛樹脂粉末占混合粉末總質量的25％-50％(優(yōu)選為600目，酚醛樹脂粉末占混合粉末總質量的30％)。利用選擇性激光燒結成形技術制備多孔石墨骨架坯體，通過SLS模型控制石墨含量，保證由表及里呈線性降低。所述步驟二的多孔石墨骨架高溫碳化處理的參數(shù)為：先由室溫加熱到200℃時，升溫速度為60℃/h；再以較慢的升溫速度30℃/h升溫到600℃；然后再以50℃/h升溫到800℃；在800℃保溫1h；最后自然冷卻到室溫。所述步驟三的釬料為NiCrPCu合金，在950-1000℃條件下，將多孔石墨骨架浸漬于釬料溶液中，保溫5-30min，在多孔石墨骨架上包覆有厚度為0.01-0.5mm的過渡層組織，該過渡層...