一種含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】一種含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料，按質(zhì)量百分含量比，其特征在于，包括以下組分：鎳：49.28～54.32%，鉻：12.32～13.58%，納米釔穩(wěn)定氧化鋯：26.4～29.1%，硫酸鍶：3～12%，其制備方法的步驟為：采用干法球磨工藝將上述各組分的粉末混合，將混合后粉末在石墨模具中冷壓預(yù)成型，然后在真空熱壓燒結(jié)爐中進行熱壓燒結(jié)，即可基于固相反應(yīng)制備含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料；該材料在800～1000℃范圍內(nèi)具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，制備方法簡單，制備過程中工藝參數(shù)容易控制，可用于解決航天發(fā)動機、燃氣機、石油鉆機相關(guān)運動部件的高溫潤滑問題。
【專利說明】
一種含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于高溫潤滑材料領(lǐng)域，涉及一種含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料，本發(fā) 明還涉及基于固相反應(yīng)制備該高溫潤滑復(fù)合材料的方法，特別適用于解決800~1000 tC范 圍內(nèi)相關(guān)運動部件的潤滑問題。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航天航空、石油工業(yè)、核技術(shù)等領(lǐng)域要求材料在高溫、高速、重載等苛刻環(huán)境 下工作，尤其對用于關(guān)鍵運動部件的潤滑材料的使用工況要求愈加苛刻，例如，在高速運轉(zhuǎn) 過程中產(chǎn)生的摩擦熱使得材料表面溫度高達1280°C，即要求潤滑材料在高溫下具有連續(xù)、 穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和可靠的耐磨性。為了避免材料在變溫條件下摩擦演變過程中所引起的嚴 重損耗甚至永久損害，迫切需要開發(fā)新型的高溫潤滑材料解決相關(guān)運動部件的交變溫度下 磨損失效問題，已經(jīng)成為當(dāng)今摩擦學(xué)領(lǐng)域的前沿課題之一。運用固體潤滑技術(shù)設(shè)計制備高 溫下具有優(yōu)異摩擦學(xué)性能的新型潤滑材料是解決相關(guān)運動部件高溫磨損失效問題的有效 途徑，對于航天航空、石油工業(yè)、能源等領(lǐng)域的發(fā)展具有十分重要的意義。
[0003] 目前，大多數(shù)的高溫潤滑材料通過復(fù)配不同固體潤滑劑以實現(xiàn)在變溫條件下連續(xù) 潤滑。但是，固體潤滑劑與金屬陶瓷基體相的潤濕性不匹配不僅破壞了金屬陶瓷基體相的 連續(xù)性，而且還降低了燒結(jié)復(fù)合材料的強度和耐磨性，例如，在燒結(jié)溫度較高時，一些固體 潤滑劑(如MoS 2, WS2)會發(fā)生分解，將嚴重破壞燒結(jié)復(fù)合材料的潤滑性能。因此，改善固體潤 滑劑與基體材料之間的潤濕性則是增強基體與固體潤滑劑之間的界面結(jié)合和改善潤滑材 料力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能的關(guān)鍵技術(shù)手段之一，針對固體潤滑劑與金屬陶瓷基體相的潤濕 問題，基于摩擦表面發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)生成潤滑物質(zhì)的觀點，采用固相反應(yīng)的方法制備了 含有鋯酸鍶的高溫潤滑材料，用于解決航天發(fā)動機、燃氣機、石油鉆機等相關(guān)運動部件的高 溫磨損失效問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種含有鋯酸鍶的高溫潤滑 復(fù)合材料及其制備方法，具有燒結(jié)反應(yīng)穩(wěn)定、制備工藝簡單、應(yīng)用前景廣闊的特點。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合 材料，按質(zhì)量百分含量比，其特征在于，包括以下組分：鎳：49.28~54.32%，鉻：12.32~ 13 · 58%，釔穩(wěn)定氧化鋯：26 · 4~29 · 1%，硫酸鍶：3~12%。
[0006] 所述的鎳、鉻為元素粉末或為80Ni-20Cr合金粉，所述的釔穩(wěn)定氧化鋯為納米粉 末，所述的硫酸鍶為粉末。
[0007] 所述的含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 首先，將純度大于99.0%的Ni粉末49.28~54.32%與Cr粉末12.32~13.58%混合，將上 述混合物采用干法球磨10小時，轉(zhuǎn)速200-300r/min，球料比10:1; 其次，將粉末純度大于99.0%的由91.5%Zr〇2和8.5% Y2〇3組成的納米釔穩(wěn)定氧化鋯 (Zr02-5mol%Y2〇3)26.4~29.1%與硫酸鍶（SrS〇4)粉末3~12%混合，并加入上步驟的混合物 中，再將所得的混合物采用干法球磨工藝，得到混合粉末； 最后，稱取適量的上一步獲得的混合粉末放入石墨模具中進行冷壓預(yù)成型，將石墨模 具放入真空熱壓燒結(jié)爐中進行熱壓燒結(jié)，真空度I .OX HT2Pa,燒結(jié)溫度為1150°C，達到溫度 后施加正壓力20~25MPa，保溫保壓時間為50~90min，隨爐自然冷卻，即可基于固相反應(yīng)制 備含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是： 1)本發(fā)明的高溫潤滑材料采用熱壓進行燒結(jié)，燒結(jié)反應(yīng)穩(wěn)定，且制備的含有鋯酸鍶的 高溫潤滑材料在800~1000 tC具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。采用球盤接觸式高溫摩擦試驗機測 試材料的摩擦學(xué)性能，盤為本發(fā)明的材料，球為φ 3mm氧化鋁球，試驗條件如下，載荷10N，滑 動速度〇. lm/s，運行時間Ih，大氣環(huán)境，測試溫度為800°C和1000°C，其摩擦性能見下表：
不反明的市?奮丄乙何早，通SK力和丄乙的調(diào)塋，柯科?'王酡口」調(diào)設(shè)，作73肌大反動 機、燃氣機、石油鉆機等相關(guān)尚溫、尚速運動部件具有廣闊的應(yīng)用如景。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料的X-射線衍射圖譜。
[0010]圖2是本發(fā)明實施例4制備的含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料的800°C摩擦系數(shù)-時間曲線。
[0011] 圖3是本發(fā)明實施例4制備的含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料的1000 tC摩擦系數(shù)-時間曲線。
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0013] 實施例1 含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比，包括以下組分:Ni : 50.4%，Cr: 12.6%， Zr〇2_5mol%Y2〇3:27%，SrSO4:10%。
[0014] 實施例2 含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比，包括以下組分：Ni :54.32%，Cr: 13 · 58%，Zr〇2_5mo 1%Υ2〇3:29 · 1%，SrSO4:3%〇
[0015] 實施例3 含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比，包括以下組分：Ni :49.28%，Cr: 12 · 32%，Zr〇2_5mo I %Υ2〇3:26 · 4%，Sr SO4:12% 〇
[0016] 實施例4 含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料，按質(zhì)量百分比，包括以下組分:Ni : 53.2%，Cr: 13.3%， Zr〇2-5mol%Y2〇3:28 · 5%，SrS〇4:5%。
[0017] 實施例5 含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 首先，將純度大于99.0%的Ni粉末50.4%與Cr粉末12.6%混合，將混合物在行星式高能 球磨機(QM-1SP2,中國）上采用干法球磨工藝混合，球磨時間10h，轉(zhuǎn)速300r/min，球料比 10:1； 其次，將粉末純度大于99.0%的由91.5%Zr02和8.5% Y2O3所組成的Zr〇2-5mol%Y2〇3納米 粉末27%與SrS〇4粉末10%混合，并加入上步驟的混合物中，再將該混合物采用干法球磨工 藝，得到混合粉末； 最后，稱取65g的上述混合粉末放入石墨模具中進行冷壓預(yù)成型，將石墨模具放入真空 熱壓燒結(jié)爐中進行熱壓燒結(jié)，先抽真空至1.〇乂1〇_知，然后升溫到1150°(：，達到溫度后施加 正壓力25MPa，保溫保壓時間為60min，隨爐自然冷卻，即可基于固相反應(yīng)制備含有鋯酸鍶的 高溫潤滑復(fù)合材料。
[0018] 實施例6 含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 首先，將純度大于99.0%的Ni粉末54.32%與Cr粉末13.58%混合，將混合物在行星式高 能球磨機(QM-1SP2，中國）上采用干法球磨工藝混合，球磨時間IOh，轉(zhuǎn)速200r/min，球料比 10:1； 其次，將粉末純度大于99.0%的由91.5%Zr02和8.5% Y2O3所組成的Zr〇2-5mol%Y2〇3納米 粉末29.1%與SrS〇4粉末3%混合，并加入上步驟的混合物中，再將該混合物采用干法球磨工 藝，得到混合粉末； 最后，稱取65g的上述混合粉末放入石墨模具中進行冷壓預(yù)成型，將石墨模具放入真空 熱壓燒結(jié)爐中進行熱壓燒結(jié)，先抽真空至1.〇乂1〇_知，然后升溫到1150°(：，達到溫度后施加 正壓力20MPa，保溫保壓時間為50min，隨爐自然冷卻，即可基于固相反應(yīng)制備含有鋯酸鍶的 高溫潤滑復(fù)合材料。
[0019] 實施例7 含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 首先，將純度大于99.0%的Ni粉末49.28%與Cr粉末按13.58%混合，將混合物在行星式 高能球磨機(QM-1SP2，中國）上采用干法球磨工藝混合，球磨時間IOh，轉(zhuǎn)速300r/min，球料 比10山 其次，將粉末純度大于99.0%的由91.5%Zr02和8.5% Y2O3所組成的Zr〇2-5mol%Y2〇3納米 粉末26.4%與SrS〇4粉末12%混合，并加入上步驟的混合物中，再將該混合物采用干法球磨工 藝，得到混合粉末； 最后，稱取65g的上述混合粉末放入石墨模具中進行冷壓預(yù)成型，將上述石墨模具放入 真空熱壓燒結(jié)爐中進行熱壓燒結(jié)，先抽真空至1.0乂10_如，然后升溫到1150°(：，達到溫度后 施加正壓力25MPa，保溫保壓時間為90min，隨爐自然冷卻，即可基于固相反應(yīng)制備含有鋯酸 鍶的高溫潤滑復(fù)合材料。
[0020] 實施例8 含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 首先，將純度大于99.0%的Ni粉末53.2%與Cr粉末13.3%混合，將混合物在行星式高能 球磨機(QM-1SP2,中國）上采用干法球磨工藝混合，球磨時間10h，轉(zhuǎn)速250r/min，球料比 10:1； 其次，將粉末純度大于99.0%的由91.5%Zr02和8.5% Y2O3所組成的Zr〇2-5mol%Y2〇3納米 粉末28.5%與SrS〇4粉末5%混合，并加入上步驟的混合物中，再將該混合物采用干法球磨工 藝，得到混合粉末； 最后，稱取65g的上述混合粉末放入石墨模具中進行冷壓預(yù)成型，將石墨模具放入真空 熱壓燒結(jié)爐中進行熱壓燒結(jié)，先抽真空至1.〇乂1〇_知，然后升溫到1150°(：，達到溫度后施加 正壓力25MPa，保溫保壓時間為60min，隨爐自然冷卻，即可基于固相反應(yīng)制備含有鋯酸鍶的 高溫潤滑復(fù)合材料。
【主權(quán)項】
1. 一種含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料，按質(zhì)量百分含量比，其特征在于，包括以下組 分:鎳:49 · 28~54 · 32%，鉻：12 · 32~13 · 58%，釔穩(wěn)定氧化鋯：26 · 4~29 · 1%，硫酸鍶：3~12%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料，其特征在于，所述的 鎳、鉻為元素粉末或為80Ni-20Cr合金粉，所述的釔穩(wěn)定型氧化鋯為納米粉末，所述的硫酸 鍶為粉末。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含有鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于，包括以下步驟： 首先，將純度大于99.0%的Ni粉末49.28~54.32%與Cr粉末12.32~13.58%混合，將上 述混合物采用干法球磨10小時，轉(zhuǎn)速200-300r/min，球料比10:1; 其次，將粉末純度大于99.0%的由91.5%Zr02和8.5% Y2〇3所組成的納米釔穩(wěn)定氧化鋯和 硫酸鍶按納米釔穩(wěn)定氧化鋯26.4~29.1%與硫酸鍶3~12%混合，并加入上步驟的混合物中， 再將所得的混合物采用干法球磨工藝，得到混合粉末； 最后，稱取上一步獲得的混合粉末放入石墨模具中進行冷壓預(yù)成型，將石墨模具放入 真空熱壓燒結(jié)爐中進行熱壓燒結(jié)，真空度1.0 X l(T2Pa，燒結(jié)溫度為1150°C，達到溫度后施加 正壓力20~25MPa，保溫保壓時間為50~90min，隨爐自然冷卻，即可基于固相反應(yīng)制備含有 鋯酸鍶的高溫潤滑復(fù)合材料。
【文檔編號】C22C1/10GK106086524SQ201610456874
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】劉峰, 張驍勇, 曹偉鋒, 周勇
【申請人】西安石油大學(xué)