本發(fā)明涉及一種金屬基自潤滑材料的制備方法，屬于自潤滑材料制備領域。
背景技術：
金屬基固體自潤滑材料是由金屬基體材料和固體潤滑組元復合而成,它兼有基體材料的特性和潤滑劑的摩擦學特性,適應在不同的大氣環(huán)境、化學環(huán)境、電氣環(huán)境以及高溫、高真空等特殊條件下使用。
銅基自潤滑復合材料是金屬基自潤滑材料的重要組成部分，是解決400～500℃工業(yè)摩擦學問題的首選材料。純銅，又稱紫銅，具有高的導熱性，保證摩擦過程散熱良好具有良好的塑性，銅粉易于壓制成型銅和氧的親和力小，抗氧化耐腐蝕等特點。但是由于純銅強度和硬度較低,所以很少采用純銅作為銅基復合材料的基體。
銅基石墨自潤滑復合材料不僅具有銅基材料良好的機械性能、抗氧化、耐腐蝕、耐磨、抗咬合以及優(yōu)良的導熱、導電等性能，同時也具備石墨優(yōu)良的減摩潤滑特性,在無油、少油條件下得到廣泛應用。銅基石墨自潤滑材料主要由固體潤滑劑石墨和銅基體材料組成，其中石墨發(fā)揮潤滑減摩作用，而復合材料強度主要取決于銅基體。由于石墨粉質軟,強度較低，并且和銅基體潤濕性較差，界面結合強度低，界面結合處存在縫隙，割裂基體較為嚴重，容易引起應力集中，削弱復合材料的機械及摩擦學性能。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術問題：針對目前常見的金屬基自潤滑材料主要由固體潤滑劑石墨和金屬基體材料組成，由于石墨和金屬基體潤濕性較差，界面結合強度低，界面結合處存在縫隙，割裂基體較為嚴重，容易引起應力集中，削弱復合材料的機械及摩擦學性能的缺陷，提供了一種金屬基自潤滑材料的制備方法，該方法以富含氨基酸的鱔魚和鳳梨復合酶解提取酶解液，用其對石墨粉表面改性提高石墨粉親水性，再在石墨粉表面包覆一層金屬鈀，起到催化和結晶形核中心的作用，最后化學鍍一層銅，即得金屬基自潤滑材料。本發(fā)明通過對石墨表面進行修飾，改善基體材料與石墨的界面結構及濕潤性，增強基體與石墨之間的界面結合，有助于提高銅基石墨自潤滑復合材料的綜合力學性能及其摩擦學性能，解決了石墨和金屬基體潤濕性較差，界面結合強度低，容易引起應力集中，削弱復合材料的機械及摩擦學性能的問題，具有廣闊的應用前景。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：
（1）稱取700～800g鱔魚，人工去除魚骨并將鱔魚肉放入石臼中搗碎，得到鱔魚肉漿，再稱取4～5kg鳳梨削去外皮切塊后放入榨汁機榨汁15～20min，用紗布過濾去除濾渣得到鳳梨汁；
（2）將上述制得的鱔魚肉漿和鳳梨汁混合后一起裝入陶瓷酶解罐中作為酶解底物，向酶解罐中加入酶解底物總質量10%的堿性蛋白酶，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)底物pH至8.0～8.5，將酶解罐放入25～35℃恒溫箱中，保溫酶解6～8h；
（3）待酶解結束后，將酶解產物離心分離去除沉淀，得到上清液，按固液比為1:3將200～300目的石墨粉末和上清液混合均勻后倒入錐形瓶中，放置在搖床上振蕩改性過夜，再用臥式離心機以6000～7000r/min轉速離心處理15～20min，分離得到沉淀，用去離子水沖洗3～5遍后干燥，得表面改性石墨粉末；
（4）稱取15～20g上述表面改性石墨粉末分散于500～600mL去離子水中，加入20～30mL質量濃度為20%鹽酸溶液和5～8g氯化亞錫，放置在磁力攪拌機上攪拌混合20～30min，過濾得到濾渣并水洗至中性，得敏化石墨粉；
（5）將上述敏化石墨粉加入到800～900mL質量濃度為5%鹽酸中，攪拌分散均勻后再加入0.2～0.5g氯化鈀，繼續(xù)攪拌反應30～40min后過濾得濾渣，稱取10～15g濾渣和40～50g磷酸二氫鈉粉末混合后加入到900～1000mL去離子水中，用超聲振蕩儀振蕩反應20～25min，最后將混合物移入布氏漏斗，用蒸餾水抽濾洗滌至淋洗液呈中性，將濾渣干燥后即得覆鈀石墨粉，備用；
（6）稱取15～20g硫酸銅、40～50g酒石酸鉀鈉和30～40g甲醛溶于1000～1200mL去離子水中，用玻璃棒攪拌10～15min后再用濃度為2mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)pH至10.0～11.0，制得化學鍍液；
（7）將8～10g備用的覆鈀石墨粉倒入上述制得的化學鍍液中并移入不銹鋼反應釜中，啟動攪拌器以200～300r/min轉速攪拌反應直至化學鍍液變澄清為止，將反應物用高速離心機以3000～4000r/min轉速離心分離得到下層沉淀，放入烘箱在105～110℃下干燥2～3h后出料，即得金屬基自潤滑材料。
本發(fā)明的物理性質：本發(fā)明制得的金屬基自潤滑材料密度為7.35～7.40g/cm3，相對密度為90～95%，其孔隙及界面微裂紋大量減少，硬度、壓潰強度提高幅度超過200%，沖擊韌性提高幅度在30～40%，具有極佳的力學性能。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明制得的金屬基自潤滑材料組織致密，相對密度顯著提高，其相對密度與傳統(tǒng)自潤滑材料相比提高了15～20%；
（2）本發(fā)明制得的金屬基自潤滑材料孔隙及界面微裂紋大量減少，硬度、壓潰強度提高幅度超過200%，沖擊韌性提高幅度在30～40%，具有極佳的力學性能。
具體實施方式
稱取700～800g鱔魚，人工去除魚骨并將鱔魚肉放入石臼中搗碎，得到鱔魚肉漿，再稱取4～5kg鳳梨削去外皮切塊后放入榨汁機榨汁15～20min，用紗布過濾去除濾渣得到鳳梨汁；將上述制得的鱔魚肉漿和鳳梨汁混合后一起裝入陶瓷酶解罐中作為酶解底物，向酶解罐中加入酶解底物總質量10%的堿性蛋白酶，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)底物pH至8.0～8.5，將酶解罐放入25～35℃恒溫箱中，保溫酶解6～8h；待酶解結束后，將酶解產物離心分離去除沉淀，得到上清液，按固液比為1:3將200～300目的石墨粉末和上清液混合均勻后倒入錐形瓶中，放置在搖床上振蕩改性過夜，再用臥式離心機以6000～7000r/min轉速離心處理15～20min，分離得到沉淀，用去離子水沖洗3～5遍后干燥，得表面改性石墨粉末；稱取15～20g上述表面改性石墨粉末分散于500～600mL去離子水中，加入20～30mL質量濃度為20%鹽酸溶液和5～8g氯化亞錫，放置在磁力攪拌機上攪拌混合20～30min，過濾得到濾渣并水洗至中性，得敏化石墨粉；將上述敏化石墨粉加入到800～900mL質量濃度為5%鹽酸中，攪拌分散均勻后再加入0.2～0.5g氯化鈀，繼續(xù)攪拌反應30～40min后過濾得濾渣，稱取10～15g濾渣和40～50g磷酸二氫鈉粉末混合后加入到900～1000mL去離子水中，用超聲振蕩儀振蕩反應20～25min，最后將混合物移入布氏漏斗，用蒸餾水抽濾洗滌至淋洗液呈中性，將濾渣干燥后即得覆鈀石墨粉，備用；稱取15～20g硫酸銅、40～50g酒石酸鉀鈉和30～40g甲醛溶于1000～1200mL去離子水中，用玻璃棒攪拌10～15min后再用濃度為2mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)pH至10.0～11.0，制得化學鍍液；將8～10g備用的覆鈀石墨粉倒入上述制得的化學鍍液中并移入不銹鋼反應釜中，啟動攪拌器以200～300r/min轉速攪拌反應直至化學鍍液變澄清為止，將反應物用高速離心機以3000～4000r/min轉速離心分離得到下層沉淀，放入烘箱在105～110℃下干燥2～3h后出料，即得金屬基自潤滑材料。
實例1
稱取700g鱔魚，人工去除魚骨并將鱔魚肉放入石臼中搗碎，得到鱔魚肉漿，再稱取4kg鳳梨削去外皮切塊后放入榨汁機榨汁15min，用紗布過濾去除濾渣得到鳳梨汁；將上述制得的鱔魚肉漿和鳳梨汁混合后一起裝入陶瓷酶解罐中作為酶解底物，向酶解罐中加入酶解底物總質量10%的堿性蛋白酶，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)底物pH至8.0，將酶解罐放入25℃恒溫箱中，保溫酶解6h；待酶解結束后，將酶解產物離心分離去除沉淀，得到上清液，按固液比為1:3將200目的石墨粉末和上清液混合均勻后倒入錐形瓶中，放置在搖床上振蕩改性過夜，再用臥式離心機以6000r/min轉速離心處理15min，分離得到沉淀，用去離子水沖洗3遍后干燥，得表面改性石墨粉末；稱取15g上述表面改性石墨粉末分散于500mL去離子水中，加入20mL質量濃度為20%鹽酸溶液和5g氯化亞錫，放置在磁力攪拌機上攪拌混合20min，過濾得到濾渣并水洗至中性，得敏化石墨粉；將上述敏化石墨粉加入到800mL質量濃度為5%鹽酸中，攪拌分散均勻后再加入0.2g氯化鈀，繼續(xù)攪拌反應30min后過濾得濾渣，稱取10g濾渣和40g磷酸二氫鈉粉末混合后加入到900mL去離子水中，用超聲振蕩儀振蕩反應20min，最后將混合物移入布氏漏斗，用蒸餾水抽濾洗滌至淋洗液呈中性，將濾渣干燥后即得覆鈀石墨粉，備用；稱取15g硫酸銅、40g酒石酸鉀鈉和30g甲醛溶于1000mL去離子水中，用玻璃棒攪拌10min后再用濃度為2mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)pH至10.0，制得化學鍍液；將8g備用的覆鈀石墨粉倒入上述制得的化學鍍液中并移入不銹鋼反應釜中，啟動攪拌器以200r/min轉速攪拌反應直至化學鍍液變澄清為止，將反應物用高速離心機以3000r/min轉速離心分離得到下層沉淀，放入烘箱在105℃下干燥2h后出料，即得金屬基自潤滑材料。
本發(fā)明制得的金屬基自潤滑材料密度為7.35g/cm3，相對密度為90%，其孔隙及界面微裂紋大量減少，硬度、壓潰強度提高幅度超過205%，沖擊韌性提高幅度為30%，具有極佳的力學性能。
實例2
稱取750g鱔魚，人工去除魚骨并將鱔魚肉放入石臼中搗碎，得到鱔魚肉漿，再稱取4kg鳳梨削去外皮切塊后放入榨汁機榨汁18min，用紗布過濾去除濾渣得到鳳梨汁；將上述制得的鱔魚肉漿和鳳梨汁混合后一起裝入陶瓷酶解罐中作為酶解底物，向酶解罐中加入酶解底物總質量10%的堿性蛋白酶，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)底物pH至8.3，將酶解罐放入30℃恒溫箱中，保溫酶解7h；待酶解結束后，將酶解產物離心分離去除沉淀，得到上清液，按固液比為1:3將250目的石墨粉末和上清液混合均勻后倒入錐形瓶中，放置在搖床上振蕩改性過夜，再用臥式離心機以6500r/min轉速離心處理18min，分離得到沉淀，用去離子水沖洗4遍后干燥，得表面改性石墨粉末；稱取18g上述表面改性石墨粉末分散于550mL去離子水中，加入25mL質量濃度為20%鹽酸溶液和7g氯化亞錫，放置在磁力攪拌機上攪拌混合25min，過濾得到濾渣并水洗至中性，得敏化石墨粉；將上述敏化石墨粉加入到850mL質量濃度為5%鹽酸中，攪拌分散均勻后再加入0.4g氯化鈀，繼續(xù)攪拌反應35min后過濾得濾渣，稱取13g濾渣和45g磷酸二氫鈉粉末混合后加入到950mL去離子水中，用超聲振蕩儀振蕩反應23min，最后將混合物移入布氏漏斗，用蒸餾水抽濾洗滌至淋洗液呈中性，將濾渣干燥后即得覆鈀石墨粉，備用；稱取18g硫酸銅、45g酒石酸鉀鈉和35g甲醛溶于1100mL去離子水中，用玻璃棒攪拌13min后再用濃度為2mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)pH至10.5，制得化學鍍液；將9g備用的覆鈀石墨粉倒入上述制得的化學鍍液中并移入不銹鋼反應釜中，啟動攪拌器以250r/min轉速攪拌反應直至化學鍍液變澄清為止，將反應物用高速離心機以3500r/min轉速離心分離得到下層沉淀，放入烘箱在108℃下干燥3h后出料，即得金屬基自潤滑材料。
本發(fā)明制得的金屬基自潤滑材料密度為7.38g/cm3，相對密度為93%，其孔隙及界面微裂紋大量減少，硬度、壓潰強度提高幅度超過210%，沖擊韌性提高幅度為35%，具有極佳的力學性能。
實例3
稱取800g鱔魚，人工去除魚骨并將鱔魚肉放入石臼中搗碎，得到鱔魚肉漿，再稱取5kg鳳梨削去外皮切塊后放入榨汁機榨汁20min，用紗布過濾去除濾渣得到鳳梨汁；將上述制得的鱔魚肉漿和鳳梨汁混合后一起裝入陶瓷酶解罐中作為酶解底物，向酶解罐中加入酶解底物總質量10%的堿性蛋白酶，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)底物pH至8.5，將酶解罐放入35℃恒溫箱中，保溫酶解8h；待酶解結束后，將酶解產物離心分離去除沉淀，得到上清液，按固液比為1:3將300目的石墨粉末和上清液混合均勻后倒入錐形瓶中，放置在搖床上振蕩改性過夜，再用臥式離心機以7000r/min轉速離心處理20min，分離得到沉淀，用去離子水沖洗5遍后干燥，得表面改性石墨粉末；稱取20g上述表面改性石墨粉末分散于600mL去離子水中，加入30mL質量濃度為20%鹽酸溶液和8g氯化亞錫，放置在磁力攪拌機上攪拌混合30min，過濾得到濾渣并水洗至中性，得敏化石墨粉；將上述敏化石墨粉加入到900mL質量濃度為5%鹽酸中，攪拌分散均勻后再加入0.5g氯化鈀，繼續(xù)攪拌反應40min后過濾得濾渣，稱取15g濾渣和50g磷酸二氫鈉粉末混合后加入到1000mL去離子水中，用超聲振蕩儀振蕩反應25min，最后將混合物移入布氏漏斗，用蒸餾水抽濾洗滌至淋洗液呈中性，將濾渣干燥后即得覆鈀石墨粉，備用；稱取20g硫酸銅、50g酒石酸鉀鈉和40g甲醛溶于1200mL去離子水中，用玻璃棒攪拌15min后再用濃度為2mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)pH至11.0，制得化學鍍液；將10g備用的覆鈀石墨粉倒入上述制得的化學鍍液中并移入不銹鋼反應釜中，啟動攪拌器以300r/min轉速攪拌反應直至化學鍍液變澄清為止，將反應物用高速離心機以4000r/min轉速離心分離得到下層沉淀，放入烘箱在110℃下干燥3h后出料，即得金屬基自潤滑材料。
本發(fā)明制得的金屬基自潤滑材料密度為7.40g/cm3，相對密度為95%，其孔隙及界面微裂紋大量減少，硬度、壓潰強度提高幅度超過215%，沖擊韌性提高幅度在40%，具有極佳的力學性能。