一種低摩擦鎳基高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低摩擦鎳基高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料，該復(fù)合材料的組成及各組分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：Ni基合金55～89%、石墨1～5%、WS25～20%、Ag5～20%；Ni基合金為霧化合金粉末，其組成及各組分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：Ni 60～95%、Cr 1～10%、Mo 1～5%、W 1～5%、Cu 1～10%、Al 1～10%。本發(fā)明還公開了該復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)熱壓燒結(jié)技術(shù)制備的復(fù)合材料從室溫到高溫500℃具有低摩擦（<0.2）和高耐磨性能。本發(fā)明所述復(fù)合材料適合制作高溫軸承、滑塊等部件，在高低溫、高低載、高低速等苛刻環(huán)境下具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種低摩擦鎳基高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種低摩擦鎳基高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法。該材料具有良好 的寬溫域潤(rùn)滑抗磨性能，在高低溫、高低載、高低速等苛刻環(huán)境下作為自潤(rùn)滑材料具有良好 的應(yīng)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展使得材料在高溫條件下的摩擦、磨損和潤(rùn)滑問(wèn)題日益受到重視。 在高溫條件下，常規(guī)的液體潤(rùn)滑技術(shù)很難實(shí)施，而表面固體潤(rùn)滑技術(shù)又存在壽命問(wèn)題或者 需要不斷的補(bǔ)充，在這種極端工況下最具潛力的潤(rùn)滑方式是自潤(rùn)滑。高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料 和技術(shù)是解決高溫苛刻環(huán)境中潤(rùn)滑問(wèn)題的有效途徑。然而，目前國(guó)內(nèi)外公開報(bào)道的高溫自 潤(rùn)滑復(fù)合材料摩擦系數(shù)較高(約為0.3)，其潤(rùn)滑性能不能滿足實(shí)際使用要求，嚴(yán)重阻礙了工 業(yè)化應(yīng)用。因此，迫切需要研發(fā)低摩擦系數(shù)(〈0.2)的新型高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料來(lái)解決高端 裝備的技術(shù)瓶頸。
[0003] 單一潤(rùn)滑劑難以滿足寬溫域自潤(rùn)滑性能的要求，而兩種或兩種以上的復(fù)合潤(rùn)滑劑 的使用可以實(shí)現(xiàn)從低溫到高溫的連續(xù)潤(rùn)滑性能。中國(guó)專利CN103639405A公開了一種金屬基 高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法，在鐵銅合金基體中添加石墨和二硫化鉬固體潤(rùn)滑劑制 備出自潤(rùn)滑復(fù)合材料，僅公開報(bào)道了 400 °C時(shí)的摩擦系數(shù)，沒有說(shuō)明摩擦條件。文獻(xiàn) (Composites: Part A 38 (2007) 348-352)報(bào)道了一種無(wú)壓燒結(jié)的PM304材料，與鎳基合 金Inconel X-750配副時(shí)，室溫至800 〇C的摩擦系數(shù)在0.32-0.40。文獻(xiàn)(Wear 2008; 265: 533-539)報(bào)道了在鎳基合金中添加石墨和二硫化鉬制備的自潤(rùn)滑復(fù)合材料，與鎳基合金對(duì) 磨的摩擦系數(shù)為0.4左右，與陶瓷配副時(shí)有較低的摩擦系數(shù)。眾所周知，材料的摩擦學(xué)性能 與摩擦體系（摩擦對(duì)偶、速度、載荷、介質(zhì)等)密切相關(guān)。針對(duì)高溫環(huán)境中普遍應(yīng)用的鎳基合 金的摩擦磨損問(wèn)題，本發(fā)明利用粉末冶金制備技術(shù)，通過(guò)材料成分組成的科學(xué)設(shè)計(jì)，發(fā)揮鎳 基合金基體相、原位生成抗磨相、復(fù)配固體潤(rùn)滑相等協(xié)同效應(yīng)，研制出具有滿足不同工況條 件下使用的低摩擦高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種從室溫到高溫500°C的低摩擦鎳基高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材 料。
[0005] 本發(fā)明所述復(fù)合材料通過(guò)多種潤(rùn)滑劑的復(fù)配來(lái)實(shí)現(xiàn)寬溫域低摩擦和高耐磨性能， 該材料主要用于制作高溫環(huán)境下使用的滑動(dòng)部件。
[0006] -種低摩擦鎳基高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料的組成及各組分所 占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:Ni基合金55~89%、石墨1~5%、WS25~20%、Ag5~20%;所述Ni基合金為 霧化合金粉末，其組成及各組分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:Ni 60~95%、Cr 1~10%、M〇 1~5%、W 1~5%、Cu 1~10%、A1 1~10%〇
[0007] -種低摩擦鎳基高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體步驟為:將Ni 基合金粉末和石墨、WS2、Ag固體潤(rùn)滑粉末置于高能球磨機(jī)中干混合得到復(fù)合粉末，然后將 復(fù)合粉末裝入石墨模具中并將其置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)，燒結(jié)參數(shù)為： 升溫速率10~50°C/min，真空度10- 2~10-1Pa,燒結(jié)溫度700~1000°C，燒結(jié)壓力10~40MPa， 保溫時(shí)間為10~60min，燒結(jié)完成后爐冷至室溫，得到塊體鎳基高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料。
[0008] 所述球磨的參數(shù)為:球磨時(shí)間4~8小時(shí)，球料比3-8:1，磨球?yàn)樘蓟u硬質(zhì)合金球， 轉(zhuǎn)速為200~300r/min。
[0009] 采用X射線衍射(XRD)分析材料的相組成;采用掃描電子顯微鏡（SEM)分析材料組 織結(jié)構(gòu)和磨斑形貌特征;采用HT-1000栓盤接觸式高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試材料的摩擦磨 損性能，盤為本發(fā)明的材料，尺寸為18.5 X 18.5mm3，對(duì)偶為鎳基合金GH4169栓，該栓與盤接 觸部分被加工成具有Φ6πιπι的半球形狀。實(shí)驗(yàn)條件如下：載荷15N，滑動(dòng)速率0.033m/s，運(yùn)行 時(shí)間8分鐘，測(cè)試溫度為室溫、200和450°C。其摩擦學(xué)性能見下表。
[0010] 本發(fā)明的特點(diǎn)之一是，本發(fā)明所述材料室溫到高溫的潤(rùn)滑性能優(yōu)良且抗磨損性能 良好。
[0011] 本發(fā)明的特點(diǎn)之二是，本發(fā)明所述材料硬度較高，潤(rùn)滑劑在基體中分布均勻，組織 結(jié)構(gòu)均勻。
[0012] 本發(fā)明的特點(diǎn)之三是，本發(fā)明所述材料可在多種環(huán)境氣氛條件下保持良好的自潤(rùn) 滑性能。
[0013] 本發(fā)明的特點(diǎn)之四是，本發(fā)明通過(guò)調(diào)整材料組成可以調(diào)控材料性能。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 實(shí)施例1 按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)68%的Ni基合金，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%的石墨，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%的WS2和質(zhì) 量百分?jǐn)?shù)為15%的Ag，分別稱取粉末材料，將其置于行星式高能球磨機(jī)中干混合，轉(zhuǎn)速為 300r/min，球料比為8:1，磨球?yàn)樘蓟瘚層操|(zhì)合金球，球磨時(shí)間為6小時(shí)，獲得均勾的混合粉 末。將該混合粉末裝入涂有六方氮化硼的石墨模具中，然后放入真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱 壓燒結(jié)，爐腔真空度為HT 2~HT1Pa,升溫速率為10°C/min，燒結(jié)溫度為950°C，燒結(jié)壓力為 35MPa，燒結(jié)時(shí)間為30min。燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫，得到致密的Ni-2%C-15%WS 2-15%Ag 高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料。
[0015] 實(shí)施例2 按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)65%的Ni基合金，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%的石墨，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20%的WS2和質(zhì) 量百分?jǐn)?shù)為10%的Ag，分別稱取粉末材料，將其置于行星式高能球磨機(jī)中干混合，轉(zhuǎn)速為 250r/min，球料比為6:1，磨球?yàn)樘蓟瘚層操|(zhì)合金球，球磨時(shí)間為4小時(shí)，獲得均勾的混合粉 末。將該混合粉末裝入涂有六方氮化硼的石墨模具中，然后放入真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱 壓燒結(jié)，爐腔真空度為HT 2~HT1Pa,升溫速率為20 °C/min，燒結(jié)溫度為950°C，燒結(jié)壓力為 25MPa，燒結(jié)時(shí)間為60min。燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫，得到致密的Ni-5%C-20%WS2-10%Ag 高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低摩擦鎳基高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料的組成及各組分所占 的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:Ni基合金55~89%、石墨1~5%、WS 25~20%、Ag5~20%;所述Ni基合金為霧 化合金粉末，其組成及各組分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:Ni 60~95%、Cr 1~10%、M〇 1~5%、W 1 ~5%、Cu 1~10%、A1 1~10%〇2. 如權(quán)利要求1所述的低摩擦鎳基高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體 步驟為:將Ni基合金粉末和石墨、WS2、Ag固體潤(rùn)滑粉末置于高能球磨機(jī)中干混合得到復(fù)合 粉末，然后將復(fù)合粉末裝入石墨模具中并將其置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)， 燒結(jié)參數(shù)為:升溫速率10~50°C/min，真空度10_ 2~10、&，燒結(jié)溫度700~1000°C，燒結(jié)壓 力10~40MPa，保溫時(shí)間為10~60min，燒結(jié)完成后爐冷至室溫，得到塊體鎳基高溫自潤(rùn)滑復(fù) 合材料。3. 如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述球磨的參數(shù)為:球磨時(shí)間4~8小時(shí)， 球料比3-8:1，磨球?yàn)樘蓟瘚層操|(zhì)合金球，轉(zhuǎn)速為200~300r/min。
【文檔編號(hào)】C22C1/05GK106086525SQ201610592419
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月26日 公開號(hào)201610592419.X, CN 106086525 A, CN 106086525A, CN 201610592419, CN-A-106086525, CN106086525 A, CN106086525A, CN201610592419, CN201610592419.X
【發(fā)明人】朱圣宇, 楊軍, 程軍, 喬竹輝, 劉維民
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所