一种具有自润滑性能的钢石墨复合型材及其制备方法

本发明涉及钢材制造，具体而言，涉及一种具有自润滑性能的钢石墨复合型材及其制备方法。

背景技术：

1、钢/石墨复合材料，凭借其独特的组合特性，即钢的高强度与高硬度，以及石墨的出色减摩、导热、减震和对铝的不润湿性能，展现出一系列优于纯钢的性能，如自润滑、减震、优良的导热性和防铝粘附等。因此，这类材料在轧辊、小模数干摩擦齿轮、无润滑轴承、铝合金挤压模具及铝合金冲压模具等工业领域具有广泛的应用。

2、为扩大钢/石墨材料的应用范围，特别是用于热铝型材挤压成型模具和铝合金切削刀具等高温领域，必须提升其自润滑度，并增强其在高温环境下的稳定性和耐久性。鉴于此，我们迫切需要研发一种创新的制备方法，以实现对具有自润滑性能的钢石墨复合型材的有效制备。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种具有自润滑性能的钢石墨复合型材及其制备方法，旨在解决当前技术中钢石墨复合型材自润滑度低的问题。

2、本发明提出了一种具有自润滑性能的钢石墨复合型材的制备方法，包括以下步骤：

3、将废钢和锰铁熔化，获得铁水；

4、将所述铁水进行均质处理后冷却成固态，获得固态料；

5、将所述固态料制成粉末料；

6、将所述粉末料与石墨粉混合后进行热压成型，再进行冷却固化获得所述钢石墨复合型材。

7、优选的，将废钢和锰铁熔化前，对废钢和锰铁进行预处理；所述预处理包括对废钢和锰铁进行酸洗和水洗，去除废钢和锰铁表面的油污和杂质。

8、优选的，在对废钢和锰铁进行酸洗和水洗后进行干燥处理，去除其中的水分，防止熔化过程中产生气泡和缺陷。

9、优选的，将所述铁水进行均质处理包括：

10、在所述铁水中加入硅铁和石墨粉，然后进行机械搅拌，以调整氧含量。

11、优选的，所述铁水、硅铁和石墨粉的重量比为100:1:2-4。

12、优选的，将所述铁水进行均质处理还包括：

13、在所述铁水中加入硅铁和石墨粉，然后进行机械搅拌后，向所述铁水中添加稀土元素进行精炼。

14、优选的，将所述铁水进行均质处理后冷却成固态，获得固态料时，所述冷却的过程包括：

15、当温度大于1200℃时，冷却速率为100-120℃/min；

16、当温度为900-1200℃时，冷却速率为40-80℃/min；

17、当温度小于900℃时，先进行热拉伸，再进行继续冷却，冷却速率为10-20℃/min；

18、冷却结束后获得所述固态料。

19、优选的，所述热拉伸的步骤包括：

20、施加500-600牛顿的拉伸力，对材料进行形变，形变后保持10-15min，重复前述过程至少2次。

21、优选的，将所述固态料制成粉末料，包括：

22、将所述固态料进行机械粉碎、筛分以及精细研磨，获得所述粉末料；

23、其中，所述粉末料的粒径为100-1000微米。

24、优选的，将所述粉末料与石墨粉混合后进行热压成型，再进行冷却固化获得所述钢石墨复合型材，包括：

25、将所述粉末料和石墨粉进行混合，并采用气流搅拌的方式均匀混合；

26、将混合后的粉末料放入热压机的模具中，进行热压成型；

27、完成热压成型后，将获得的复合型材在模具中冷却至室温，获得所述钢石墨复合型材。

28、优选的，所述粉末料与石墨粉的重量比为100：15-20。

29、优选的，将所述粉末料与石墨粉混合后进行热压成型，再进行冷却固化获得所述钢石墨复合型材，还包括：

30、在将所述粉末料与石墨粉进行混合的过程中，需同时加入碳纤维。

31、优选的，所述粉末料与碳纤维的重量比为100：6-8。

32、优选的，将混合后的粉末料放入热压机的模具中，进行热压成型时的温度为1200-1400℃，压力为100-150mpa。

33、另一方面，本发明还提供了一种具有自润滑性能的钢石墨复合型材，所述具有自润滑性能的钢石墨复合型材通过任一所述的制备方法制备获得，

34、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

35、本发明公开了一种具有自润滑性能的钢石墨复合型材的制备方法，通过对制备工艺的精心设计和优化，使所得材料不仅保留了钢材的强度和刚性，而且大幅度提高了其自润滑性能。这种复合型材的制备方法克服了传统钢材料在摩擦磨损过程中润滑性能不足的缺点，显著提高了材料的使用寿命和性能稳定性。

36、首先，本发明通过精确控制石墨的添加量和分布状态，使石墨在钢材基体中形成均匀、细小的分散相，从而实现了石墨与钢材的有机结合。这种结构设计使得材料在受到外界压力时，石墨粒子能够有效减轻钢材之间的直接摩擦，从而降低摩擦系数，提高润滑效果。

37、其次，本发明在制备过程中采用了先进的热处理技术，使钢材基体与石墨粒子之间形成牢固的界面结合。这种界面结合不仅增强了材料的整体强度，而且使石墨粒子在摩擦过程中不易脱落，从而保证了材料长期稳定的自润滑性能。

38、此外，本发明还通过优化制备工艺参数，如温度、压力等，使石墨粒子在钢材基体中的分散更加均匀，进一步提高了材料的润滑性能。同时，本发明还采用了环保、低成本的原材料和制备工艺，使得所得材料具有良好的经济效益和广泛的应用前景。

39、综上所述，本发明的钢石墨复合型材的制备方法具有显著的优势和创新点。通过精确控制石墨的添加量和分布状态、采用先进的热处理技术以及优化制备工艺参数，本发明成功制备出了一种具有优异自润滑性能的钢石墨复合型材。这种材料不仅克服了传统钢材料在摩擦磨损过程中润滑性能不足的缺点，而且具有高强度、高刚性和良好的经济效益，为工业领域提供了一种新型、高效的润滑材料解决方案。

技术特征：

1.一种具有自润滑性能的钢石墨复合型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有自润滑性能的钢石墨复合型材的制备方法，其特征在于，将废钢和锰铁熔化前，对废钢和锰铁进行预处理；所述预处理包括对废钢和锰铁进行酸洗和水洗，去除废钢和锰铁表面的油污和杂质。

3.根据权利要求1所述的具有自润滑性能的钢石墨复合型材的制备方法，其特征在于，将所述铁水进行均质处理包括：

4.根据权利要求3所述的具有自润滑性能的钢石墨复合型材的制备方法，其特征在于，将所述铁水进行均质处理还包括：

5.根据权利要求1所述的具有自润滑性能的钢石墨复合型材的制备方法，其特征在于，将所述铁水进行均质处理后冷却成固态，获得固态料时，所述冷却的过程包括：

6.根据权利要求5所述的具有自润滑性能的钢石墨复合型材的制备方法，其特征在于，所述热拉伸的步骤包括：

7.根据权利要求1所述的具有自润滑性能的钢石墨复合型材的制备方法，其特征在于，将所述固态料制成粉末料，包括：

8.根据权利要求1所述的具有自润滑性能的钢石墨复合型材的制备方法，其特征在于，将所述粉末料与石墨粉混合后进行热压成型，再进行冷却固化获得所述钢石墨复合型材，包括：

9.根据权利要求8所述的具有自润滑性能的钢石墨复合型材的制备方法，其特征在于，将所述粉末料与石墨粉混合后进行热压成型，再进行冷却固化获得所述钢石墨复合型材，还包括：

10.一种具有自润滑性能的钢石墨复合型材，其特征在于，所述具有自润滑性能的钢石墨复合型材通过权利要求1-9任一项所述的制备方法制备获得。

技术总结本发明涉及钢材制造技术领域，公开了一种具有自润滑性能的钢石墨复合型材及其制备方法，该制备方法包括将废钢和锰铁熔化，获得铁水；将所述铁水进行均质处理后冷却成固态，获得固态料；将所述固态料制成粉末料；将所述粉末料与石墨粉混合后进行热压成型，再进行冷却固化获得所述钢石墨复合型材。本发明通过对制备工艺的精心设计和优化，使所得材料不仅保留了钢材的强度和刚性，而且大幅度提高了其自润滑性能。这种复合型材的制备方法克服了传统钢材料在摩擦磨损过程中润滑性能不足的缺点，显著提高了材料的使用寿命和性能稳定性。技术研发人员：刘保建,杨超,颜国君,王子逾受保护的技术使用者：西安理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13