CN103394688A - 一种耐热抗磨自润滑材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种耐热抗磨自润滑材料及其制备方法，属于粉末冶金固体自润滑材料技术领域。该自润滑材料的原料组分质量百分数为：铜包铁复合金属粉10-20%，镍包覆石墨复合粉10-20%，镍包覆二硫化钼复合粉3-10%，金属钼粉1-3%，余量为1％Al₂O₃弥散强化的金属铁粉；将原料按比例配后混合均匀，装入磨具，采用放电等离子烧结，获得该材料。优点在于，制备的固体自润滑材料的物理和机械性能为：硬度≥HRC20，抗压强度1100－1200MPa，与钢的干摩擦系数，室温下为0.1-0.2，500℃温度下为0.15-0.22。

Description

一种耐热抗磨自润滑材料及其制备方法

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别涉及一种耐热抗磨自润滑材料及其制备方法，适用于冶金、机械、化工等领域制作耐热抗磨轴承、摩擦副配偶件、高级密封环等部件。

背景技术

目前，铁基自润滑材料主要有三种，第一种是浸油式的，材料有一定的孔隙度，靠油膜润滑，其强度和使用温度都较低；第二种是非浸油式的，通常要加入一定量的低熔点金属，而合金元素和固体润滑剂的加入量有限，加上采用普通的烧结工艺制成，因此密度较低，导致其使用温度、润滑性和耐磨性较差，如日本专利昭58－133346A、昭58－133347A；第三种是在第二种材料基础上加入复合型的固体自润滑剂和合金元素，同时采用热压、等静压等新的成形与烧结工艺，从而获得使用温度、润滑性和耐磨性良好的自润滑材料，如中国专利CN1018657B。

在现代机械制造过程中，机械和机构中的所有转动零件都需要轴承、轴瓦和轴套来支撑。由于现在机器与机构的运转速度和负荷在急剧的增加,以及高温、多尘、重载等恶劣工况的需求，由固体自润滑材料制成的金属基配件起着越来越重要的作用。金属基固体自润滑材料制成的固体自润滑部件就是在相对润滑的摩擦副表面间，由固体润滑剂实现润滑的效用。因此，固体润滑剂性能的利用与发挥在整个固体自润滑部件中起至关重要的作用。

过去曾经有人在制造固体自润滑材料时，将石墨和二硫化钼等固体润滑剂与金属粉末直接混合，然后通过粉末冶金工艺制备得到固体自润滑材料。众所周知，石墨和二硫化钼等固体润滑剂的密度较小，在混料过程中容易发生偏析，造成材料的成分不均，严重的影响了固体自润滑复合材料的润滑性能与加工性能；而且大部分的固体润滑剂对于金属润湿性较差，与金属烧结成型后强度低，经过长时间高温烧结，易造成挥发损失，因此得不到较好的效果。专利CN100408230C采用羰基金属气相沉积的办法包覆制备了石墨、BN、MoS₂、WS₂的复合粉末，然后通过冷等静压工艺成形，进而通过真空－氢气烧结得到具有自润滑效果的金属自润滑制品。该工艺方法虽然一定程度上解决了自润滑剂的偏析，保持了较好的自润滑性能，但自润滑剂的烧损并没有很好解决，工艺路线亦较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐热抗磨自润滑材料及其制备方法，可用于要求高强抗磨、耐中高温、自润滑性能优异的特殊环境下的自润滑材料和部件。

本发明的铁基耐热抗磨自润滑材料的原料组分质量百分数为：铜包铁复合金属粉10-20%，镍包覆石墨复合粉10-20%，镍包覆二硫化钼复合粉3-10%，金属钼粉1-3%，余量为1％Al₂O₃弥散强化的金属铁粉；将原料按比例配后混合均匀，装入磨具，采用放电等离子烧结，获得该材料。

所述的铜包铁复合金属粉中铜铁的质量比为1:1，镍包覆石墨复合粉中镍和石墨的质量比为3:7，镍包覆二硫化钼复合粉中镍和二硫化钼的质量比为3:7，所有组分的粒度均为-100目。

上述技术方案中，Al₂O₃弥散强化的金属铁粉在于提高基体材料的强度、耐磨性和耐温性，镍包覆石墨复合粉和镍包覆二硫化钼复合粉在于提高材料的自润滑性能，金属钼能固溶于铁基体中起固溶强化作用，同时它与铜包铁复合金属粉中的铜发生复合作用，使合金在高温下保持高强热性。

本发明的制备方法采用粉末冶金工艺，工艺中控制的技术参数如下：

（1）配料：将原料组分比例配料，原料组分质量百分数为：铜包铁复合金属粉10-20%，镍包覆石墨复合粉10-20%，镍包覆二硫化钼复合粉3-10%，金属钼粉1-3%，余量为1％Al₂O₃弥散强化的金属铁粉；

（2）混料：将步骤（1）配好的料在混料机中混合均匀，并装入磨具；

（3）烧结：采用放电等离子烧结，烧结温度900-950℃、烧结压力10-20MPa、保温保压时间5-10分钟。

本发明突出了原料选择和工艺的结合，简单实用，为多功能高性能固体自润滑材料的生产提供了一种新的方法。本发明制备的固体自润滑材料优异的物理和机械性能体现在：硬度≥HRC20，抗压强度1100－1200MPa，与钢的干摩擦系数，室温下为0.1-0.2，500℃温度下为0.15-0.22。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但实施例不限制本发明，且发明中未述及之处适用于现有技术。

实施例1

首先称取铜包铁复合金属粉（铜铁的质量比为1:1）1Kg、镍包覆石墨复合粉（镍和石墨的质量比为3:7）1Kg、镍包覆二硫化钼复合粉（镍和二硫化钼的质量比为3:7）1Kg、金属钼粉0.1Kg、弥散强化的金属铁粉7Kg（含1％Al₂O₃），以上粉末粒度均为-100目，然后将其加入到V型混料器中进行充分混合，将混合好的粉末装入模具，最后将装好粉的模具装入放电等离子烧结设备（SPS），采用以下工艺条件烧结：温度950℃、压力10MPa、保温保压时间5分钟。烧结完成待冷至200℃以下时出炉，对制备的自润滑材料进行物理和机械性能测试，结果见表1。

实施例2～4

工艺过程同实施例1，只是改变原料配比和SPS烧结工艺条件，具体参数见表2。相应制备的自润滑材料的物理和机械性能测试结果见表1。

表1 实施例1～4样品的物理和机械性能

表2 实施例1～4原料配比和SPS烧结工艺条件

Claims (3)

1.一种铁基耐热抗磨自润滑材料，其特征在于，原料组分质量百分数为：铜包铁复合金属粉10-20%，镍包覆石墨复合粉10-20%，镍包覆二硫化钼复合粉3-10%，金属钼粉1-3%，余量为1％Al₂O₃弥散强化的金属铁粉；将原料按比例配后混合均匀，装入磨具，采用放电等离子烧结。

2.根据权利要求1所述的耐热抗磨自润滑材料，其特征在于，所述的铜包铁复合金属粉中铜铁的质量比为1:1，镍包覆石墨复合粉中镍和石墨的质量比为3:7，镍包覆二硫化钼复合粉中镍和二硫化钼的质量比为3:7，所有组分的粒度均为-100目。

3.一种权利要求1或2所述的自润滑材料的制备方法，采用粉末冶金工艺，其特征在于，工艺中控制的技术参数如下：

（1）配料：将原料组分比例配料，原料组分质量百分数为：铜包铁复合金属粉10-20%，镍包覆石墨复合粉10-20%，镍包覆二硫化钼复合粉3-10%，金属钼粉1-3%，余量为1％Al₂O₃弥散强化的金属铁粉；

（2）混料：将步骤（1）配好的料在混料机中混合均匀，并装入磨具；

（3）烧结：采用放电等离子烧结，烧结温度900-950℃、烧结压力10-20MPa、保温保压时间5-10分钟。