CN101463439B - 镍铝金属间化合物基高温自润滑复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种镍铝金属间化合物基高温自润滑复合材料的制备方法。本发明针对在宽温域(室温至1000℃)工作状态下对润滑和耐磨材料的迫切需求，利用粉末冶金技术发展了一种在宽温域下具有良好自润滑耐磨性能且具有应用潜力的高温自润滑复合材料的制备方法。
Description
技术领域
本发明叙述了一种室温至1000℃宽温域下具有良好自润滑耐磨性能的镍铝金属间化合物Ni3Al基高温自润滑复合材料的制备方法。
背景技术
用传统意义上油/脂润滑的方式不可能解决高温润滑和耐磨问题。一般而言，常规油/脂类润滑材料的最高使用温度通常不超过200℃，聚合物基自润滑材料(包括有机涂层)的极限使用温度为400℃。超过400℃，机械的润滑问题会变得异常困难，此时可选用的润滑材料和技术的面迅速变窄。而对于大多数军用发动机而言，运动部件所处的温度一般高于800℃，对于目前先进的战机而言，发动机入口温度可达1000℃以上，相关运动件在如此高的温度下的润滑和耐磨性是影响整个系统的性能、可靠性以及寿命的技术关键。因此高温润滑材料和技术的研究，特别是高温自润滑耐磨材料，近年来一直是摩擦学新材料领域研究的热点之一。
截至目前，从国内外高温自润滑耐磨材料和技术的发展情况来看，在显示有重要工程应用价值的金属基高温自润滑耐磨材料和高温自润滑合金方面，只检索到国外有1篇可以使用到900℃左右的专利，其余材料长期使用温度均在800℃以下，尚未见到有从室温到1000℃能够实现连续润滑的相关专利。据报道，美国NASA等国际著名研究机构也正在致力于1000℃范围高温润滑技术的研究，但由于多方面的原因，对于所采用的技术路线尚无法了解。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍铝金属间化合物Ni3Al基高温自润滑复合材料的制备方法。
一种镍铝金属间化合物基高温自润滑复合材料的制备方法，其特征在于制备方法包括：按质量比10-15∶3∶3∶1∶1分别称取Ni3Al粉、氟化金属粉、银粉、钨粉以及Al2O3粉，其中氟化金属选自CaF2、BaF2、CeF2中的一种或两种，在球磨机中干混，装入石墨模具中；将装有粉料的石墨模具置于烧结炉中，启动真空装置，冷态用3～5MPa的压力加压一次，当烧结炉真空度小于6.0×10-2Pa时，启动加热器，温度上升到500℃-600℃，用3～6MPa的压力加压一次，并在此温度保温，继续加热反应器到950℃-980℃，再用3～6MPa的压力加压一次，在此温度保温；停止加热，材料随炉冷却至室温，然后从容器中取出。
在上述方法中，还可以加入钼粉，钼粉与Al2O3粉的质量比为1∶1。
在上述方法中，还可以加入TiC粉，TiC粉与Al2O3粉的质量比为1∶1。
本发明制备镍铝金属间化合物Ni3Al基高温自润滑复合材料的性能特点：
本发明所制备的高温自润滑复合材料具有优异的组织结构和力学性能。各种添加项(低温/高温润滑相、改性相和增强相)与基体相熔合良好，组织致密均匀，使得复合材料具有优异的力学性能，复合材料在室温时的压缩强度为1120～1540MPa；由于镍铝金属间化合物材料具有反温度效应(即在700℃左右，材料的强度随温度升高而增加)，材料在中温下强化；同时由于镍铝金属间化合物材料在高温下具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性，且与所添加的其它相的相容性较强，还有陶瓷相的弥散强化作用，使得复合材料在1000℃高温下依然保持一定的强度，压缩强度大于80MPa，突破了目前高温材料的性能极限。
室温至1000℃的宽温域范围内优异的摩擦学性能。在摩擦学设计上，选用性能比较稳定且润滑性能优异的不活泼软金属作为室温和中温下的润滑剂，选用高温稳定性好且润滑性能优异的氟化物作为高温润滑剂，实现了从室温到1000℃的宽温域范围内的连续润滑。复合材料从室温到1000℃摩擦系数不大于0.35，磨损率小于5.0×10-5mm3/Nm。
本发明制备的材料性能重现性好，所测性能数据离散度不大于10％。
在SANS CMT-5202万能试验机上测定了材料的压缩强度，试样尺寸为Φ10×16mm，加载速度为0.1mm/min。高温磨损试验是在中国科学院兰州化物所研制的球一盘式高温摩擦磨损试验机上进行的，盘为本发明的复合材料，尺寸为19×19×6mm，对偶为Φ10mm的Si3N4陶瓷球；载荷100N，速度为360转/分钟，温度为室温到1000℃，运转时间120分钟。
本发明针对在宽温域(室温至1000℃)工作状态下对润滑和耐磨材料的迫切需求，利用粉末冶金技术发展了一种在宽温域下具有良好自润滑耐磨性能且具有应用潜力的高温自润滑复合材料的制备方法。
具体实施方式
实施例1：
分别称取Ni3Al粉50g，CaF2/BaF2共晶物粉15g，银粉15g，钨粉5g，钼粉5g，Al2O3粉5g和TiC粉5g，在球磨机中干混6小时，装入石墨模具中；将装有粉料的石墨模具置于烧结炉中。启动真空装置，冷态用3～5MPa的压力加压一次，当烧结炉真空度小于6.0×10-2Pa时，启动加热器，温度上升到600℃，用3～6MPa的压力加压一次，并在此温度保温1小时，继续加热反应器到960℃左右，再用3～6MPa的压力加压一次，在此温度保温1小时。停止加热，材料随炉冷却至室温，然后从容器中取出。
材料的室温压缩强度为1150MPa，高温压缩强度为82MPa；从室温到1000℃摩擦系数不大于0.35，磨损率4.1×10-5mm3/Nm。
实施例2：TiC分别称取Ni3Al粉60g，CeF2粉15g，银粉15g，钨粉5g，Al2O3粉5g，在球磨机中干混10小时，装入石墨模具中；将装有粉料的石墨模具置于烧结炉中。启动真空装置，冷态用3～5MPa的压力加压一次，当烧结炉真空度小于6.0×10-2Pa时，启动加热器，温度上升到500℃，用3～6MPa的压力加压一次，并在此温度保温1小时，继续加热反应器到960℃左右，再用3～6MPa的压力加压并在此温度保温1小时。停止加热，材料随炉冷却至室温，然后从容器中取出。
材料的室温压缩强度为1310MPa，高温压缩强度为87MPa；从室温到1000℃摩擦系数不大于0.35，磨损率4.6×10-5mm3/Nm。
Claims (3)
1.一种镍铝金属间化合物基高温自润滑复合材料的制备方法，其特征在于制备方法包括：按质量比10-15∶3∶3∶1∶1分别称取Ni3Al粉、氟化金属粉、银粉、钨粉以及Al2O3粉，其中氟化金属选自CaF2、BaF2、CeF2中的一种或两种，在球磨机中干混，装入石墨模具中；将装有粉料的石墨模具置于烧结炉中，启动真空装置，冷态用3～5MPa的压力加压一次，当烧结炉真空度小于6.0×10-2Pa时，启动加热器，温度上升到500℃-600℃，用3～6MPa的压力加压一次，并在此温度保温，继续加热反应器到950℃-980℃，再用3～6MPa的压力加压一次，在此温度保温；停止加热，材料随炉冷却至室温，然后从容器中取出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还可以加入钼粉，钼粉与Al2O3粉的质量比为1∶1。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于还可以加入TiC粉，TiC粉与Al2O3粉的质量比为1∶1。
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