CN102102155A

CN102102155A - 高致密的镍铝基自润滑材料的制备方法

Info

Publication number: CN102102155A
Application number: CN200910117746XA
Authority: CN
Inventors: 贾均红; 王爱芳; 张定军; 易戈文; 王文珍
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-22

Abstract

本发明公开了一种高致密的镍铝基自润滑材料的制备方法。该方法利用分步高能球磨结合粉末冶金技术制备的材料的致密性在98％以上。特别适用于在高温及腐蚀环境条件下工作的机械运动自润滑部件材料。

Description

高致密的镍铝基自润滑材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高致密的镍铝基自润滑材料的制备方法，属于耐高温润滑材料领域。

背景技术

镍基合金一直是作为燃气轮机叶片、高温发动机、高温冶金、高温化工、高温锅炉等高温腐蚀环境中应用的材料。在镍基合金中加入组元铝后，其高温抗氧化和耐腐蚀性能进一步提高。20世纪70年代以来，以金属间化合物镍₃铝为代表的新型高温材料备受世界关注，其优越的高温强度和抗高温氧化腐蚀性能，被认为在新一代发动机及高温化工和冶金等领域具有重要作用。

在含石墨的固体自润滑材料中，目前已研究开发的有铜-石墨，青铜-石墨，银-石墨，铝-石墨，镍合金-石墨，铁-石墨，锌-石墨等固体自润滑材料。其中镍合金-石墨基自润滑材料具有较好的抗高温氧化、耐腐蚀性强的优点，中国专利(03125236.2)公开了一种采用熔炼法制备镍-铝-石墨自润滑材料的方法，该方法可在铝含量为4.33wt％～12.73wt％的成分范围内，实现对镍-石墨合金中片状石墨的高效球化处理，得到冲击韧性较好，摩擦系数较小(0.12～0.36)的自润滑材料。但该方法存在熔炼温度高(1650℃)，工艺复杂(真空、氩气保护)等缺点，而且该专利只考察了材料的摩擦系数，而对材料的耐磨性并没有报道。牛淑琴等在几种高温自润滑材料的研制与性能研究(摩擦学学报，1995，15(4)：324～332)一文公开报道了采用粉末冶金工艺制备Ni-Cr-石墨，Ni-Cr-Ag-石墨，NI-Cr-PbO-Sb-石墨，Ni-Cr-SiC-石墨等多种固体自润滑材料的制备方法及成分和性能；所制备的各种复合材料致密度在97％以上、摩擦系数在0.30～0.43之间。但粉末冶金方法制备的材料由于基体中总是存在着一定数量的空洞和微裂纹，特别是石墨与基体之间难以达到紧密结合，因此材料的脆性较大，在摩擦过程中，石墨易脱落，耐磨性能降低。

发明内容

本发明的目的在于利用分步高能球磨结合粉末冶金技术，提供一种高致密制备镍-铝-石墨自润滑复合材料的制备方法。

本发明采用粉末冶金方法制备了镍-铝-石墨自润滑复合材料，材料的致密性在98％以上。

我们通过高能球磨实现镍-铝合金的机械合金化的同时，将石墨部分固溶在金属合金基体中，从而在烧结过程中析出均匀分散的细小石墨微粒。采用粉末冶金工艺，可在较宽范围改变组元配比，调节材料的摩擦磨损性能，并可同时实现高温高压，使基体金属合金在比其熔点低的很多的温度下合金化(如发生固-固反应)并烧结成材料，使润滑相(石墨)保留原有的特性并减少烧损，实现材料的高度致密化。

一种高致密的镍铝基自润滑材料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

首先将83～88wt％纯度为99.8％的电解镍粉和8～13wt％纯度大于99％的铝粉混合，高能球磨4～6小时，再加入3.5～5wt％鳞片石墨粉继续球磨2～4小时；球磨结束后过筛得到复合粉体，将复合粉体装入石墨模具，先进行冷压，冷压压力为30～40MPa，保压时间10～15分钟，然后在中频热压烧结炉进行热压烧结，烧结温度为900～1150℃，压力为10～20MPa，保温时间为15～40分钟；最后随炉冷却，制成高致密的镍-铝-石墨自润滑材料。

本发明高能球磨时球料比为10∶1，转速150～200rav/min。

本发明制备的镍-铝-石墨复合粉体颗粒细小，各相分散均匀，制备的高致密镍-铝-石墨自润滑复合材料结构均匀、致密，基本无可见孔隙。X射线衍射谱证明Ni₃Al新相的形成且石墨相保持，显微硬度约为204±5 HV0.2，经过SiC砂纸打磨和抛光之后涂层的表面粗糙度小于0.1μm。基体材料强度基本保持不变。复合材料与Al₂O₃对磨时的摩擦学性能见下表(载荷：30N，滑动速度：0.02m/s)。

本发明特别适用于制备在高温及腐蚀环境条件下工作的机械运动自润滑部件材料如：高温冶金机械自润滑材料、高温化工机械自润滑材料及高温发动机材料等。

具体实施方式

实施例1：

首先将85.0wt％纯度为99.8％的电解镍粉和10.0wt％纯度大于99％的铝粉混合，高能球磨4小时，再加入5.0wt％鳞片石墨粉继续球磨2小时，高能球磨时球料比为10∶1，转速200rav/min。球磨结束后将复合粉体过筛，称取适量的复合粉体装入石墨模具，先进行冷压，冷压压力为30MPa，保压时间15分钟，然后在中频热压烧结炉进行热压烧结，烧结温度为1100℃，压力为14MPa，保温时间为20分钟；然后随炉冷却，即可制的高致密(98.5％)的镍-铝-石墨自润滑材料。

实施例2：

首先将87.0wt％纯度为99.8％的电解镍粉和8.5.0wt％纯度大于99％的铝粉混合，高能球磨4小时，再加入4.5wt％鳞片石墨粉继续球磨3小时，高能球磨时球料比为10∶1，转速150rav/min。球磨结束后将复合粉体过筛，称取适量的复合粉体装入石墨模具，先进行冷压，冷压压力为34MPa，保压时间15分钟，然后在中频热压烧结炉进行热压烧结，烧结温度为1150℃，压力为12MPa，保温时间为25分钟；然后随炉冷却，即可制的高致密(99.1％)的镍-铝-石墨自润滑材料。

实施例3：

首先将86.0wt％纯度为99.8％的电解镍粉和9.0wt％纯度大于99％的铝粉混合，高能球磨4小时，再加入5.0wt％鳞片石墨粉继续球磨4小时，高能球磨时球料比为10∶1，转速200rav/min。球磨结束后将复合粉体过筛，称取适量的复合粉体装入石墨模具，先进行冷压，冷压压力为30MPa，保压时间10分钟，然后在中频热压烧结炉进行热压烧结，烧结温度为1000℃，压力为13.5MPa，保温时间为20分钟；然后随炉冷却，即可制的高致密(98.6％)的镍-铝-石墨自润滑材料。

实施例4：

首先将84.2wt％纯度为99.8％的电解镍粉和12.0wt％纯度大于99％的铝粉混合，高能球磨6小时，再加入3.8wt％鳞片石墨粉继续球磨3小时，高能球磨时球料比为10∶1，转速200rav/min。球磨结束后将复合粉体过筛，称取适量的复合粉体装入石墨模具，先进行冷压，冷压压力为30MPa，保压时间15分钟，然后在中频热压烧结炉进行热压烧结，烧结温度为1000℃，压力为20MPa，保温时间为15分钟；然后随炉冷却，即可制的高致密(98.8％)的镍-铝-石墨自润滑材料。

Claims

1.一种高致密的镍铝基自润滑材料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

将83～88wt％纯度为99.8％的电解镍粉和8～13wt％纯度大于99％的铝粉混合，高能球磨4～6小时，再加入3.5～5wt％鳞片石墨粉继续球磨2～4小时；球磨结束后过筛得到复合粉体，将复合粉体装入石墨模具，先进行冷压，冷压压力为30～40MPa，保压时间10～15分钟，然后在中频热压烧结炉进行热压烧结，烧结温度为900～1150℃，压力为10～20MPa，保温时间为15～40分钟；最后随炉冷却，制成高致密的镍-铝-石墨自润滑材料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于高能球磨时球料比为10∶1，转速150～200rav/min。