CN103343263B - MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金及其制备方法 - Google Patents

MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金及其制备方法 Download PDF

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MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金及其制备方法，按照质量百分比由以下组分组成C：0.3-0.4%、N：0.03-0.08%、Cu：2-5%、Ni：8-16%、MoS2：2-25%，余量为铝基族，上述组分的质量百分比之和为100%。本发明MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金，具有低摩擦、耐磨损的良好自润滑特性，又具有较高机械强度和抗腐蚀性，适合制作冶金、能源、核电等工业生产领域的无润滑、干摩擦、氦气氛环境中、高温状态下工作的轴承保持架、轴套、滑板、密封件和控制阀等干摩擦部件，具有特别的应用需求；其制备方法能够方便、快捷地制备合金，具有合金组分烧损小、成分容易控制的特点。

Description

MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金及其制备方法
技术领域
本发明属于合金技术领域，涉及一种MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金，本发明还涉及该MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的制备方法。 
背景技术
随着社会经济的发展，现代工业制造、核电和军事等领域都对高温无润滑特殊环境提出了越来越多的迫切需求。高温下作为摩擦部件使用的工程材料，要在恶劣甚至是干摩擦的环境和条件下工作。高温氧化、高的摩擦和严重的磨损会导致工程材料很快失效。由于不允许有油或其他物料润滑，研究表明，从材料的机械和摩擦学综合性能来看，可供选择的现成材料还十分有限，选用了已公开的部分专利产品亦不能满足要求。因此，迫切需要开发能抵抗高温和干摩擦等恶劣环境和摩擦学条件破坏的新型耐磨损、抗腐蚀材料，并探讨新的润滑机理。 
利用过渡族金属元素硫属化合物的低摩擦特性实现有效自润滑，制备自润滑材料的方法已为人们所知，并在实际中采用。其中，在铁基和镍基合金中加入活性元素S或Se，并有选择地形成某些合金元素和S或Se元素的化合物而使合金具有减磨、耐磨自润滑特性，是制备高温自润滑耐磨材料的一种有效方法。 
美国专利《自润滑铁基合金》（申请号：US19720270398，公开号：US3825416A，公开日：1974-07-23）公开了一种自润滑铁基合金，包括5～ 30%Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo和W中至少一种合金元素，0.5～5%S或Se，与两位Fe的自润滑铁基合金，并指出：摩擦系数的减小明显是由于合金中形成了非铁合金元素和S或Se元素的化合物。所以，合金中加入的S或Se元素的量，应与非铁合金元素的量相适应。 
中国专利《自润滑镍-铬基合金》（申请号：92108932.5，公开号：1082620，公开日：1994-02-23）公开了在镍基合金中加入元素S，制成具有较高机械强度、耐磨热性、高温抗氧化性和良好自润滑特性的自润滑镍-铬基合金；中国专利《镍基自润滑合金》（申请号：01130431.6，公开号：1360075，公开日：2002-07-24）公开了在镍基合金中加入Se，制备成良好耐磨性和自润滑性的镍基自润滑合金。 
选用以上专利公开的合金材料制成的第四代核电装置中高温、氦气氛和高粉尘工况条件的轴承保持架，经过实验运行仅4小时就会磨蚀散架，其耐磨性和抗腐蚀性均不好。 
发明内容
本发明的目的是提供一种MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金，解决了现有合金耐磨性和抗腐蚀性差的问题。 
本发明的另一目的是提供上述MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的制备方法。 
本发明所采用的技术方案是，MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金，按照质量百分比由以下组分组成C：0.3-0.4%、N：0.03-0.08%、Cu：2-5%、Ni：8-16%、MoS2：2-25%，余量为铝基族，上述组分的质量百分比之和为100%。 
本发明所采用的第二个技术方案是，MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的制备方法，包括以下操作步骤： 
步骤1，在无污染环境中，按照质量百分比分别称取C：0.3-0.4%、Cu：2-5%、Ni：8-16%、MoS2：2-25%，余量为铝基族，然后用三维混料机混合均质； 
步骤2，将步骤1混合均质的混合料装入成型模具中预压成型，然后等静压使致密度达到99.99%，再经过烧结，即得到MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金。 
本发明的特点还在于， 
步骤2中烧结在氮气环境下进行，温度为1450～1510℃。 
本发明所采用的第三个技术方案是，MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金，按照质量百分比由以下组分组成C：0.3-0.4%、N：0.03-0.1%、Cu：2-5%、Al：6-16%、MoS2：2-25%，余量为镍基族，上述组分的质量百分比之和为100%。 
本发明所采用的第四个技术方案是，MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的制备方法，包括以下操作步骤： 
步骤1，在无污染环境中，按照质量百分比分别称取C：0.3-0.4%、Cu：2-5%、Al：6-16%、MoS2：2-25%，余量为镍基族，上述组分的质量百分比之和为100%，然后用三维混料机混合均质； 
步骤2，将步骤1混合均质的混合料装入成型模具中预压成型，然后等静压使致密度达到99.99%，再经过烧结，即得到MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金。 
本发明的特点还在于， 
步骤2中烧结在氮气环境下进行，温度为1450～1510℃。 
本发明的有益效果是， 
1.本发明MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金，具有较高机械强度、抗腐蚀性，并在-30℃～680℃温度范围内呈现低摩擦、耐磨损的良好自润滑特性，适合制作冶金、能源、核电等工业生产领域的无润滑、干摩擦、氦气氛环境中、高温状态下工作的轴承保持架、轴套、滑板、密封件和控制阀等干摩擦部件，具有特别的应用需求。 
2.本发明MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的制备方法能够方便、快捷地制备合金，具有合金组分烧损小、成分容易控制的特点。 
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。 
MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金，按照质量百分比由以下组分组成C：0.3-0.4%、N：0.03-0.08%、Cu：2-5%、Ni：8-16%、MoS2：2-25%，余量为铝基族，上述组分的质量百分比之和为100%。 
上述MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的制备方法，包括以下操作步骤： 
步骤1，在无污染环境中，按照质量百分比分别称取C：0.3-0.4%、N：0.03-0.08%、Cu：2-5%、Ni：8-16%、MoS2：2-25%，余量为铝基族，上述组分的质量百分比之和为100%，然后用三维混料机混合均质； 
步骤2，将步骤1混合均质的混合料装入成型模具中预压成型，然后等静压使致密度达到99.99%，再在氮气环境下、1450～1510℃温度下烧结，即得到MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金。 
将合金的组分精确控制在上述范围是因为： 
（1）C：元素C主要与合金元素Ni、Al、Cu和Mo作用，形成各型碳化物硬质耐磨相，弥散分布在固溶体中提高合金的硬度和耐磨性。当C的含量超过0.40%时，合金的硬度过大，变脆，不适合制造轴承零件。所以，C 的含量严格控制在0.3-0.4%的范围内。 
（2）Ni：元素Ni也能与元素C作用，形成各型弥散分布的碳化物硬质相，还能溶入合金基体中起到固溶强化作用。添加Ni有利于提高合金的机械强度和高温抗腐蚀性。如果的Ni的含量低于8.0%，合金的机械强度和高温抗腐蚀等提高不显著，若Ni含量高于16%，合金的机械强度和抗腐蚀等不再有明显提高。故Ni的含量应控制在8.0-16%的范围内。 
（3）MoS2能固溶于合金基体中。 
（4）硫化物润滑相使合金具有自润滑性，改善合金的摩擦磨损性能。含量低于2%，合金的自润滑性不显著；含量大于25%的合金，因冲击强度过低而影响实际使用。 
（5）N：在合金中加入0.03-0.08%的元素N可以改善晶界形态，提高合金的持久使用寿命，并显著改善持久缺口敏感性。 
（6）Cu：在合金中加入少量Cu元素能明显提高合金熔体的流动性，是粉沫冶金的粘接剂，其最佳含量为2-5%。 
MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金，按照质量百分比由以下组分组成C：0.3-0.4%、N：0.03-0.1%、Cu：2-5%、Al：6-16%、MoS2：2-25%，余量为镍基族，上述组分的质量百分比之和为100%。 
上述MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的制备方法，包括以下操作步骤： 
步骤1，在无污染环境中，按照质量百分比分别称取C：0.3-0.4%、Cu：2-5%、Al：6-16%、MoS2：2-25%，余量为镍基族，上述组分的质量百分比之和为100%，然后用三维混料机混合均质； 
步骤2，将步骤1混合均质的混合料装入成型模具中预压成型，然后等静压使致密度达到99.99%，再在氮气环境下、1450～1510℃温度下烧结， 即得到MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金。 
本发明MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金，具有较高机械强度、抗腐蚀性，并在-30℃～680℃温度范围内呈现低摩擦、耐磨损的良好自润滑特性，适合制作冶金、能源、核电等工业生产领域的无润滑、干摩擦、氦气氛环境中、高温状态下工作的轴承保持架、轴套、滑板、密封件和控制阀等干摩擦部件，具有特别的应用需求。 
本发明MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的制备方法能够方便、快捷地制备合金，具有合金组分烧损小、成分容易控制的特点。 
实施例1 
步骤1，在无污染环境中，按照质量百分比分别称取C：0.3%、Cu：3%、Ni：12%、MoS2：20%，余量为铝基族，上述组分的质量百分比之和为100%，然后用三维混料机混合均质； 
步骤2，将步骤1混合均质的混合料装入成型模具中预压成型，然后等静压使致密度达到99.99%，再在氮气环境下、1450℃温度下烧结，即得到MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金。 
实施例2 
步骤1，在无污染环境中，按照质量百分比分别称取C：0.4%、Cu：5%、Ni：8%、MoS2：25%，余量为铝基族，上述组分的质量百分比之和为100%，然后用三维混料机混合均质； 
步骤2，将步骤1混合均质的混合料装入成型模具中预压成型，然后等静压使致密度达到99.99%，再在氮气环境下、1510℃温度下烧结，即得到MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金。 
实施例3 
步骤1，在无污染环境中，按照质量百分比分别称取C：0.35%、Cu：2%、Ni：16%、MoS2：2%，余量为铝基族，上述组分的质量百分比之和为100%，然后用三维混料机混合均质； 
步骤2，将步骤1混合均质的混合料装入成型模具中预压成型，然后等静压使致密度达到99.99%，再在氮气环境下、1490℃温度下烧结，即得到MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金。 
实施例4 
步骤1，在无污染环境中，按照质量百分比分别称取C：0.3%、Cu：3.5%、Al：10%、MoS2：25%，余量为镍基族，上述组分的质量百分比之和为100%，然后用三维混料机混合均质； 
步骤2，将步骤1混合均质的混合料装入成型模具中预压成型，然后等静压使致密度达到99.99%，再在氮气环境下、1510℃温度下烧结，即得到MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金。 
实施例5 
步骤1，在无污染环境中，按照质量百分比分别称取C：0.4%、Cu：2%、Al：6%、MoS2：18%，余量为镍基族，上述组分的质量百分比之和为100%，然后用三维混料机混合均质； 
步骤2，将步骤1混合均质的混合料装入成型模具中预压成型，然后等静压使致密度达到99.99%，再在氮气环境下、1450℃温度下烧结，即得到MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金。 
实施例6 
步骤1，在无污染环境中，按照质量百分比分别称取C：0.35%、Cu：5%、Al：16%、MoS2：2%，余量为镍基族，上述组分的质量百分比之和为 100%，然后用三维混料机混合均质； 
步骤2，将步骤1混合均质的混合料装入成型模具中预压成型，然后等静压使致密度达到99.99%，再在氮气环境下、1480℃温度下烧结，即得到MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金。 
实施例1制备得到的MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的物理机械性能如表1所示。 
表1实施例1制备得到的MoS2
基自润滑耐磨抗腐蚀合金的物理机械性能 
实施例1制备得到的MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的摩擦磨损性能如表2所示。 
表2实施例1制备得到的MoS2
基自润滑耐磨抗腐蚀合金的摩擦磨损性能 
温度℃ 摩擦系数 磨损率×10-14，m3(N·m)
20 0.29～0.43 1.37～3.69
500 0.20～0.33 0.36～2.63
680 0.18～0.32 0.33～1.57

Claims (6)

1.MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金，其特征在于，按照质量百分比由以下组分组成C：0.3-0.4％、N：0.03-0.08％、Cu：2-5％、Ni：8-16％、MoS2：2-25％，余量为Al，上述组分的质量百分比之和为100％。
2.权利要求1所述的MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
步骤1，在无污染环境中，按照质量百分比分别称取C：0.3-0.4％、N：0.03-0.08％、Cu：2-5％、Ni：8-16％、MoS2：2-25％，余量为Al，上述组分的质量百分比之和为100％，然后用三维混料机混合均质；
步骤2，将步骤1混合均质的混合料装入成型模具中预压成型，然后等静压使致密度达到99.99％，再经过烧结，即得到MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金。
3.根据权利要求2所述的MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，烧结在氮气环境下进行，温度为1450～1510℃。
4.MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金，其特征在于，按照质量百分比由以下组分组成C：0.3-0.4％、N：0.03-0.1％、Cu：2-5％、Al：6-16％、MoS2：2-25％，余量为Ni，上述组分的质量百分比之和为100％。
5.权利要求4所述的MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
步骤1，在无污染环境中，按照质量百分比分别称取C：0.3-0.4％、Cu：2-5％、Al：6-16％、MoS2：2-25％，余量为Ni，上述组分的质量百分比之和为100％，然后用三维混料机混合均质；
步骤2，将步骤1混合均质的混合料装入成型模具中预压成型，然后等静压使致密度达到99.99％，再经过烧结，即得到MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金。
6.根据权利要求5所述的MoS2基自润滑耐磨抗腐蚀合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，烧结在氮气环境下进行，温度为1450～1510℃。
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