CN103572137A

CN103572137A - 一种NiCr-Al2O3自润滑复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103572137A
Application number: CN201210266694.4A
Authority: CN
Inventors: 贾均红; 刘峰; 王文珍; 易戈文; 陕钰
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: CN103572137B

Abstract

本发明公开了一种NiCr-Al₂O₃自润滑复合材料及其制备方法。材料各组分以及质量百分含量由镍35.04～39.36%、铬8.76～9.84%、纳米三氧化二铝29.2～32.8%、硫酸锶9～11%以及银9～16%组成。材料在室温至1000℃温度范围内具有摩擦磨损性能和宽温域润滑性能良好的优点，可用于解决航空航天、石油、化工等工业领域中特殊环境条件下相关部件之间的润滑和耐磨问题。

Description

一种NiCr-Al2O3自润滑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高温润滑材料领域，具体涉及一种NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域高温自润滑复合材料，本发明还涉及该高温自润滑复合材料的制备方法，特别适用于制备高温条件下服役的零部件材料，实现宽温度范围（室温-1000℃）内的润滑和耐磨。

背景技术

随着高科技的发展，航空、航天、核技术、电子和能源等工业部门要求材料能在高温（＞400℃）、低温、高真空（10^-6Pa）、强辐射、重载荷下和高速运动等特殊工况下工作。其中，磨损是机械零件失效的主要方式之一，大约占零件失效总量的60%～80%。因此，相关运动部件的润滑和耐磨问题已成为影响整个系统可靠性和寿命乃至决定整个系统设计成败的技术关键。自润滑复合材料作为润滑领域里的一类新型材料，可以满足在苛刻条件下（高温、低温、高真空、强辐射、重载荷、高速运动等）润滑的需要，解决某些机械系统中运动部件的高温磨损失效问题，因此，引起了世界各国科学工作者的广泛关注。

目前，在高温润滑耐磨材料和技术研究方面，国内外以开展了许多工作，多种金属基高温自润滑耐磨材料已获得了工程应用，但大都集中在材料的高温润滑耐磨性能研究方面，在材料的宽温域自润滑功能设计和研究方面，尚未见到系统的研究报道。而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，只见到国外少量可以使用到900℃左右的专利（相关专利：US4728448），已在美国航空航天尖端技术领域获得了成功的应用，其余使用温度均在800℃以下，尚未检索到从室温到1000℃能够实现连续润滑的固体润滑材料相关专利。美国NASA、WPAFB等国际著名研究机构也正在致力于1000℃范围高温润滑技术和宽温域自润滑技术的研究。国内近年来在相关领域已经进行了许多探索性工作，取得了700℃以下温度区域良好的润滑效果（相关专利：CN1220320A、CN1082620A、CN1101681A、CN1360075A、CN101078071A、CN102337427A等），为进一步发展高性能高温自润滑复合材料技术奠定了重要的基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在室温～1000℃温度范围内具有摩擦磨损性能和宽温域润滑性能良好的NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域高温自润滑复合材料及其制备方法。

一种NiCr-Al₂O₃自润滑复合材料，其特征在于材料各组分以及质量百分含量由镍35.04～39.36%、铬8.76～9.84%、纳米三氧化二铝29.2～32.8%、硫酸锶9～11%以及银9～16%组成。

一种NiCr-Al₂O₃自润滑复合材料的制备方法，其特征在于该方法首先将纯度大于99.0% 的Ni、Cr粉末按镍35.04～39.36%，铬8.76～9.84%质量比混合，将上述混合物采用湿法球磨，然后将粉末纯度大于99.0% 的纳米Al₂O₃、SrSO₄、Ag粉末按纳米三氧化二铝29.2～32.8%，硫酸锶9～11%，银9～16%质量比混合，并加入上述混合物中，再将上述混合物采用上述的湿法球磨工艺；经烘干后，得到混合粉末，取上述混合粉末放入石墨模具中进行冷压预成型，然后将上述石墨模具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，真空度1.0×10^-2Pa，烧结温度为1000～1100℃，达到温度后施加正压力20～25MPa，保温保压时间为50～60min，随炉自然冷却，得到NiCr-Al₂O₃自润滑复合材料。

本发明所述的方法，镍铬组元以元素粉末或Ni20Cr合金粉形式加入。

本发明所述的方法，纳米三氧化二铝以粉末形式加入。

本发明所述的方法，硫酸锶以粉末形式加入。

本发明所述的方法，银以粉末形式加入。

本发明NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域高温自润滑复合材料在高温摩擦试验机（CSM Instruments LTD，Switzerland）测试摩擦磨损性能（10N，0.1m/s，1h，大气环境，Φ3mm氧化铝对偶）。其摩擦学性能见下表。

本发明采用上述组分配比及制备方法，制备的NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域自润滑复合材料具有以下优点：

1、在室温至1000℃温度范围内具有良好的摩擦磨损性能和宽温域润滑性能。

2、使用过程中其摩擦磨损性能更加可靠，并随着温度的升高，磨损率呈现降低的趋势。

本发明制备的NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域自润滑复合材料组织均匀，相对于很多高温润滑材料，在高温自润滑区间和摩擦磨损性能方面有很大提高，尤其是磨损率随着温度的升高呈现降低的趋势，并且在1000℃时，磨损率达到0.546×10^-14m³·N^-1·m^-1。

综上所述，本发明制备的NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域自润滑复合材料在室温至1000℃温度范围内具有摩擦磨损性能和宽温域润滑性能良好的优点，用于解决航空航天、石油、化工等工业领域中特殊环境（高低温，高比负荷，高低速度等）条件下相关部件之间的润滑问题。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域自润滑复合材料的室温摩擦系数-时间曲线。

图2是本发明实施例1制备的NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域自润滑复合材料的400℃摩擦系数-时间曲线。

图3是本发明实施例1制备的NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域自润滑复合材料的800℃摩擦系数-时间曲线。

图4是本发明实施例1制备的NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域自润滑复合材料的1000℃摩擦系数-时间曲线。

图5是本发明实施例1制备的NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域自润滑复合材料的摩擦磨损-温度曲线。曲线为摩擦-温度曲线；曲线2为磨损率-温度曲线。

具体实施方式

实施例1

本发明NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域高温自润滑复合材料组分及其质量百分比为：Ni：38.4%，Cr：9.6%，Al₂O₃：32%，SrSO₄：10%，Ag：10%。首先将纯度大于99.0% 的Ni、Cr粉末按Ni：38.4%，Cr：9.6%质量比混合，将上述混合物在四罐行星式高能球磨机（FRITSCH, Germany）上采用湿法球磨工艺混合，球磨时间20h，转速250r/min，球料比10：1。然后将粉末纯度大于99.0% 的Al₂O₃、SrSO₄、Ag粉末按纳米Al₂O₃：32%，SrSO₄：10%，Ag：10%质量比混合，并加入上述混合物中，再将上述混合物采用上述的湿法球磨工艺，经烘干后，得到混合粉末。称取50g的上述混合粉末放入石墨模具中进行冷压预成型，然后将上述石墨模具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，先抽真空至1.0×10^-2Pa，然后升温到1100℃，达到温度后施加正压力25MPa，保温保压时间为60min，随炉自然冷却，即可得到NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域自润滑复合材料。

实施例2

本发明NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域高温自润滑复合材料组分及其质量百分比为：Ni：36%，Cr：9%，纳米Al₂O₃：30%，SrSO₄：9%，Ag：16%。首先将纯度大于99.0% 的Ni、Cr粉末按Ni：36%，Cr：9 %质量比混合，将上述混合物在四罐行星式高能球磨机（FRITSCH, Germany）上采用湿法球磨工艺混合，球磨时间20h，转速200r/min，球料比10：1。然后将粉末纯度大于99.0% 的Al₂O₃、SrSO₄、Ag粉末按纳米Al₂O₃：30%，SrSO₄：9%，Ag：16%质量比混合并加入上述混合物中，再将上述混合物采用上述的湿法球磨工艺，经烘干后，得到混合粉末。称取50g的上述混合粉末放入石墨模具中进行冷压预成型，然后将上述石墨模具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，先抽真空至1.0×10^-2Pa，然后升温到1100℃，达到温度后施加正压力20MPa，保温保压时间为50min，随炉自然冷却，即可得到NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域自润滑复合材料。

实施例3

本发明NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域高温自润滑复合材料组分及其质量百分比为：Ni：38.4 %，Cr：9.6%，Al₂O₃：32%，SrSO₄：11%，Ag：9%。首先将纯度大于99.0% 的Ni、Cr粉末按Ni：38.4%，Cr：9.6%质量比混合，将上述混合物在四罐行星式高能球磨机（FRITSCH, Germany）上采用湿法球磨工艺混合，球磨时间20h，转速250r/min，球料比10：1。然后将粉末纯度大于99.0% 的Al₂O₃、SrSO₄、Ag粉末按纳米Al₂O₃：32%，SrSO₄：11%，Ag：9%质量比混合并加入上述混合物中，再将上述混合物采用上述的湿法球磨工艺，经烘干后，得到混合粉末。称取50g的上述混合粉末放入石墨模具中进行冷压预成型，然后将上述石墨模具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，先抽真空至1.0×10^-2Pa，然后升温到1100℃，达到温度后施加正压力20MPa，保温保压时间为60min，随炉自然冷却，即可得到NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域自润滑复合材料。

实施例4

本发明Ni20Cr-Al₂O₃宽温域高温自润滑复合材料组分及其质量百分比为：Ni：36%，Cr：9%，Al₂O₃：30%，SrSO₄：10%，Ag：15%。首先将纯度大于99.0% 的Ni、Cr粉末按Ni：36%，Cr：9%质量比混合，将上述混合物在四罐行星式高能球磨机（FRITSCH, Germany）上采用湿法球磨工艺混合，球磨时间20h，转速250r/min，球料比10：1。然后将粉末纯度大于99.0% 的Al₂O₃、SrSO₄、Ag粉末按纳米Al₂O₃：30%，SrSO₄：10%，Ag：15%质量比混合并加入上述混合物中，再将上述混合物采用上述的湿法球磨工艺，经烘干后，得到混合粉末。称取50g的上述混合粉末放入石墨模具中进行冷压预成型，然后将上述石墨模具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，先抽真空至1.0×10^-2Pa，然后升温到1100℃，达到温度后施加正压力25MPa，保温保压时间为60min，随炉自然冷却，即可得到NiCr-Al₂O₃金属陶瓷基宽温域自润滑复合材料。

Claims

1.一种NiCr-Al₂O₃自润滑复合材料，其特征在于材料各组分以及质量百分含量由镍35.04～39.36%、铬8.76～9.84%、纳米三氧化二铝29.2～32.8%、硫酸锶9～11%以及银9～16%组成。

2.一种如权利要求1所述的NiCr-Al₂O₃自润滑复合材料的制备方法，其特征在于该方法首先将纯度大于99.0% 的Ni、Cr粉末按镍35.04～39.36%，铬8.76～9.84%质量比混合，将上述混合物采用湿法球磨，然后将粉末纯度大于99.0% 的纳米Al₂O₃、SrSO₄、Ag粉末按纳米三氧化二铝29.2～32.8%，硫酸锶9～11%，银9～16%质量比混合，并加入上述混合物中，再将上述混合物采用上述的湿法球磨工艺；经烘干后，得到混合粉末，取上述混合粉末放入石墨模具中进行冷压预成型，然后将上述石墨模具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，真空度1.0×10^-2Pa，烧结温度为1000～1100℃，达到温度后施加正压力20～25MPa，保温保压时间为50～60min，随炉自然冷却，得到NiCr-Al₂O₃自润滑复合材料。