一種Ni-Al基低摩擦抗磨損復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫潤滑材料領(lǐng)域，具體涉及一種N1-Al基寬溫域高溫低摩擦抗磨損復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代航空、航天、核技術(shù)及電力等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中普遍存在寬溫域(尤其是高溫)、特殊介質(zhì)和高速等極端苛刻工況，相關(guān)滑動(dòng)部件的潤滑和耐磨問題已成為影響整個(gè)系統(tǒng)可靠性和壽命的關(guān)鍵技術(shù)，因此對具有寬溫域連續(xù)潤滑功能的新型潤滑材料提出了越來越迫切的需求。鎳基高溫合金在650?1000°C范圍內(nèi)因具有較高的強(qiáng)度、良好的抗氧化性而廣泛應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域的高溫結(jié)構(gòu)件。因此，以鎳基合金為基體，運(yùn)用固體潤滑技術(shù)發(fā)展具有寬溫域連續(xù)潤滑功能的鎳基低摩擦抗磨損復(fù)合材料，在實(shí)際工程應(yīng)用中將具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前，多種金屬基高溫自潤滑耐磨材料已獲得了工程應(yīng)用，但大都集中在材料的高溫潤滑耐磨性能研究方面，在材料的寬溫域自潤滑功能設(shè)計(jì)和研究方面，尚未見到系統(tǒng)的報(bào)道。而在顯示有重要工程應(yīng)用價(jià)值的金屬基高溫自潤滑耐磨材料和高溫自潤滑合金方面，只見到國外少量可以使用到900°C左右的專利(相關(guān)專利:US4728448)，已在美國航空航天尖端技術(shù)領(lǐng)域獲得了成功的應(yīng)用，其余使用溫度均在800°C以下，尚未檢索到從室溫到900°C能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)潤滑的固體潤滑材料相關(guān)專利。國內(nèi)近年來在相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了許多探索性工作，取得了 700°C以下溫度區(qū)域良好的潤滑效果(相關(guān)專利:CN1611621A、CN1644749A、CN101463452A、CN101619406A等)，但能在700°C以上溫度區(qū)域具有良好潤滑效果的專利還非常少。如中國專利(200810012052，公開號:CN101613817A)公開了一種采用真空熱壓燒結(jié)并用熱等靜壓處理制備的高溫自潤滑耐磨材料。其制備的復(fù)合材料應(yīng)用于700~900°C大氣條件下處于摩擦磨損工況的高溫機(jī)構(gòu)滑動(dòng)部件，摩擦磨損低于Ni基合金，可用于代替Ni基高溫自潤滑耐磨材料。然而，采用該專利方法制備的高溫自潤滑耐磨材料不僅成分配方和工藝復(fù)雜，且其在700~900°C大氣條件下摩擦系數(shù)為0.22-0.29，磨損率為8.5-20 (10 14m3.N 1.m 1X相較于高新技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω邷刈詽櫥湍ゲ牧显絹碓礁叩囊髞碚f依然偏大。因此，如何降低在高溫階段復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料在高溫階段的低摩擦和抗磨損成為研制高溫自潤滑耐磨材料的關(guān)鍵。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種在室溫?900°C溫度范圍內(nèi)具有良好摩擦磨損性能和寬溫域潤滑性能的N1-Al基寬溫域高溫低摩擦抗磨損復(fù)合材料的制備方法。
[0005]—種N1-Al基低摩擦抗磨損復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法依次包括以下步驟:
I)將鎳、鋁粉末按鎳:58.2?61.7%、鋁:26.8?28.3%的質(zhì)量百分含量混合后采用濕法球磨50~70小時(shí)，轉(zhuǎn)速200-400r/min，球料質(zhì)量比5:1~10:1，然后將釩酸銀(Ag3VO4)的粉末按Ag3V04:10~15%的質(zhì)量百分含量加入上述混合物中，采用上述的濕法球磨工藝將其球磨5~10小時(shí)，混勻即可，經(jīng)烘干后，得到混合粉末；
2)稱取上述混合粉末放入石墨模具中進(jìn)行冷壓預(yù)成型，預(yù)成型壓力5?lOMPa，然后在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空度彡1.0X10 2Pa，燒結(jié)溫度為1250~1350°C，達(dá)到溫度后施加正壓力20?25MPa，保溫保壓時(shí)間為50?60min，隨爐自然冷卻，制備出N1-Al基低摩擦抗磨損復(fù)合材料。
[0006]本發(fā)明所述的鎳、鋁和釩酸銀粉末的純度均大于99.0%。
[0007]本發(fā)明的低摩擦抗磨損復(fù)合材料具有良好力學(xué)和耐高溫性能的N1-Al合金中加入釩酸銀(Ag3VO4), Ag3VO4在復(fù)合材料制備過程中分解出低溫潤滑相Ag，而在高溫摩擦?xí)r表面重新生成高溫潤滑相Ag3VO4,實(shí)現(xiàn)寬溫域連續(xù)潤滑功能。材料各組分的質(zhì)量百分含量分別為:鎳:58.2 ?61.7%，鋁:26.8 ?28.3%，釩酸銀:10~15%。
[0008]本發(fā)明NiAl- Ag3VO4寬溫域高溫低摩擦抗磨損復(fù)合材料在高溫摩擦試驗(yàn)機(jī)(CSM Instruments LTD，Switzerland)測試摩擦磨損性能(2N，0.287m/s，lh，大氣環(huán)境，Φ35mmX8mm Inconel718 合金對偶盤)。
[0009]本發(fā)明所述復(fù)合材料適用于在高溫氧化環(huán)境中工作的自潤滑軸承材料、滑板材料、高溫冶金機(jī)械自潤滑材料、高溫化工機(jī)械自潤滑材料及高溫發(fā)動(dòng)機(jī)材料等高溫條件下服役的零部件材料，實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍內(nèi)的潤滑，且在高溫階段(700~900°C)具有低摩擦、低磨損的特性。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有材料相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明所述的復(fù)合材料成分配方簡單、組織均勻，在室溫至900°c溫度范圍內(nèi)具有良好的摩擦磨損性能和寬溫域潤滑性能，并且隨著溫度的升高，摩擦系數(shù)呈現(xiàn)降低的趨勢，在室溫至900°C溫度范圍內(nèi)摩擦系數(shù)基本在0.3以下。
[0011]2、本發(fā)明所述的復(fù)合材料相對于很多高溫潤滑材料，在高溫自潤滑區(qū)間和摩擦磨損性能方面有很大提高，尤其是700~900°C溫度范圍內(nèi)摩擦系數(shù)在0.15以下，且在900°C時(shí)，摩擦系數(shù)降到0.057，磨損率達(dá)到1.08X10 V.N 1.m、
[0012]綜上所述，本發(fā)明制備的NiAl- Ag3VO4寬溫域低摩擦抗磨損復(fù)合材料在室溫至900°C溫度范圍內(nèi)具有摩擦磨損性能和寬溫域潤滑性能良好的優(yōu)點(diǎn)，用于解決高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中存在的寬溫域、特殊介質(zhì)和高速等工況下相關(guān)滑動(dòng)部件之間的潤滑和耐磨問題。
【附圖說明】
[0013]附圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的NiAl-Ag3VO4寬溫域高溫低摩擦抗磨損復(fù)合材料的摩擦系數(shù)-溫度曲線。
[0014]附圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的NiAl-Ag3VO4寬溫域高溫低摩擦抗磨損復(fù)合材料的磨損率-溫度曲線。
[0015]附圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制備的NiAl-Ag3VO4寬溫域高溫低摩擦抗磨損復(fù)合材料的摩擦系數(shù)-溫度曲線。
[0016]附圖4是本發(fā)明實(shí)施例2制備的NiAl-Ag3VO4寬溫域高溫低摩擦抗磨損復(fù)合材料的磨損率-溫度曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為進(jìn)一步闡述本發(fā)明特提供以下實(shí)施例，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于以下實(shí)施例。
[0018]實(shí)施例1
N1-Al基寬溫域高溫低摩擦抗磨損復(fù)合材料各組分及其質(zhì)量百分比為:Ni:58.2%，Al:26.8%，Ag3VO4:15%。首先將純度大于99.0%的鎳、鋁粉末按N1:58.2%，Al:26.8%質(zhì)量比(此時(shí)N1-50at.%A1)混合，將上述混合物在四罐行星式高能球磨機(jī)(FRITSCH，Germany)上采用濕法球磨工藝球磨，球磨時(shí)間為70h，轉(zhuǎn)速為250r/min，球料比為10:1。然后將粉末純度大于99.0%的釩酸銀(Ag3VO4)粉末按Ag3VO4: 15%的質(zhì)量比加入上述混合物中，再將上述混合物采用上述的濕法球磨工藝球磨5小時(shí)，經(jīng)烘干后，得到混合粉末。稱取上述混合粉末放入石墨模具中進(jìn)行冷壓預(yù)成型，預(yù)成型壓力為10 MPa，然后將上述石墨模具放入真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，先抽真空至1.0X102Pa以下，然后升溫到1300°C，達(dá)到溫度后施加正壓力25MPa，保溫保壓時(shí)間為60min，隨爐自然冷卻，即可得到NiAl- 48^04寬溫域高溫低摩擦抗磨損復(fù)合材料。本實(shí)施方式制備的N1-Al基復(fù)合材料，材料的維氏硬度(HV)為384，密度為6.21g/cm3，摩擦系數(shù)及磨損體積見圖1和圖2。
[0019]實(shí)施例2
N1-Al基寬溫域高溫低摩擦抗磨損復(fù)合材料各組分及其質(zhì)量百分比為:Ni:61.7%，Al:28.3%，Ag3VO4:10%。首先將純度大于99.0%的鎳、鋁粉末按N1:61.7%，Al:28.3%質(zhì)量比(此時(shí)N1-50at.%A1)混合，將上述混合物在四罐行星式高能球磨機(jī)(FRITSCH, Germany)上采用濕法球磨工藝球磨，球磨時(shí)間為70h，轉(zhuǎn)速為250r/min，球料比為10:1。然后將粉末純度大于99.0%的釩酸銀(Ag3VO4)粉末按Ag3VO4: 10%的質(zhì)量比加入上述混合物中，再將上述混合物采用上述的濕法球磨工藝球磨5小時(shí)，經(jīng)烘干后，得到混合粉末。稱取上述混合粉末放入石墨模具中進(jìn)行冷壓預(yù)成型，預(yù)成型壓力為10 MPa，然后將上述石墨模具放入真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，先抽真空至1.0X102Pa以下，然后升溫到1300°C，達(dá)到溫度后施加正壓力25MPa，保溫保壓時(shí)間為60min，隨爐自然冷卻，即可得到NiAl- 48^04寬溫域高溫低摩擦抗磨損復(fù)合材料。本實(shí)施方式制備的N1-Al基復(fù)合材料，材料的維氏硬度(HV)為426，密度為6.03g/cm3，摩擦系數(shù)及磨損體積見圖3和圖4。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種N1-Al基低摩擦抗磨損復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法依次包括以下步驟: 1)將鎳、鋁粉末按鎳:58.2?61.7%、鋁:26.8?28.3%的質(zhì)量百分含量混合后采用濕法球磨50~70小時(shí)，轉(zhuǎn)速200-400r/min，球料質(zhì)量比5:1~10:1，然后將釩酸銀(Ag3VO4)的粉末按Ag3V04:10~15%的質(zhì)量百分含量加入上述混合物中，采用上述的濕法球磨工藝將其球磨5~10小時(shí)，混勻即可，經(jīng)烘干后，得到混合粉末； 2)稱取上述混合粉末放入石墨模具中進(jìn)行冷壓預(yù)成型，預(yù)成型壓力5?lOMPa，然后在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空度彡1.0X10 2Pa，燒結(jié)溫度為1250~1350°C，達(dá)到溫度后施加正壓力20?25MPa，保溫保壓時(shí)間為50?60min，隨爐自然冷卻，制備出N1-Al基低摩擦抗磨損復(fù)合材料。2.如權(quán)利要求1所述復(fù)合材料的制備方法，其特征在于鎳、鋁和釩酸銀粉末的純度均大于99.0%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Ni-Al基寬溫域高溫低摩擦抗磨損復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明將具有良好力學(xué)和耐高溫性能的Ni-Al合金中加入釩酸銀，釩酸銀在復(fù)合材料制備過程中分解出低溫潤滑相Ag，而在高溫摩擦?xí)r表面重新生成高溫潤滑相Ag3VO4，實(shí)現(xiàn)寬溫域連續(xù)潤滑功能。復(fù)合材料在室溫至900℃溫度范圍內(nèi)具有連續(xù)穩(wěn)定的潤滑功能，且在高溫階段（700~900℃）具有低摩擦低磨損的特性，用于解決高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中存在的寬溫域、特殊介質(zhì)和高速等工況下相關(guān)滑動(dòng)部件之間的潤滑和耐磨問題。
【IPC分類】B22F3/16, C22C1/05, C22C19/03
【公開號】CN105714135
【申請?zhí)枴緾N201410711290
【發(fā)明人】陜鈺, 賈均紅, 劉二勇, 易戈文, 王文珍
【申請人】中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所