CN1047805C - 高温用高强度自润滑复合材料及其制造方法 - Google Patents

高温用高强度自润滑复合材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种能用于空气中和真空中的、强度和高温抗氧化能力优异的自润滑复合材料。它是含有20~70vol%的由石墨颗粒和WS2颗粒构成的混合物作为固体润滑剂成分、且气孔率为25vol%或以下的Cu-Ni-Sn复合烧结体、在其结构中固体润滑剂颗粒被组成为两相合金的基质所包围,该两相合金由Cu-Ni合金颗粒和均匀分散于合金颗粒的晶界以把它们互相牢固粘结在一起的Sn单相或Sn-Ni金属间化合物所组成。基质的合金组成含有5~40wt%的Ni、4~15wt%的Sn及余量Cu的不可避免的杂质。

Description

高温用高强度自润滑复合材料及其制造方法
本发明涉及一种能用于大气中和真空中的、强度高和抗高温氧化性能优异的自润滑复合材料,以及其制方法。
对于含有弥散在金属内的固体润滑剂的自润滑复合材料来说,自50年代以来主要在美国进行了大量的研究。这些材料中,日本也研究了用铜合金作为基质的复合材料并已投入实际使用,典型的是Cu-Sn型复合材料。例如日本公开特许公报No.62-196351描述了一项涉及一种自润滑复合材料的技术,该材料含有10至80%的由润滑材料主成分和金属粘结相所组成的主体相,其中主体相含有许多不大于30微米的晶粒,该材料的粒径为30到1000μm。这项原有技术避免同时添加润滑材料的原料粉末和金属粘结相的粉末,提前在润滑材料中添加粘结辅助剂并形成主体相。
日本公开特许公报NO.4-99834揭示了一项通过向Cu-Sn合金添加石墨、二硫化钼、WS2等而提高咬合性、耐磨性等性能的技术。这项原有技术的目的是通过添加Pb而提高耐润滑油腐蚀的性能。
然而根据原有技术的材料在高温下都分解或氧化,且它们连续实际使用的上限是300℃,它们的问题还在于机械强度和屈服强度低。
最近,对于高强度机械滑动部件的需求一直在增加,要求它们在300℃以上的高温区内的氧化气氛中保持优异的润滑性能,而在此条件下不能使用润滑油,并且对于高真空气氛用的高强度滑动部件的需求也一直增加。换言之,以润滑性能和安全的角度来看,通过研究基质金属所用的耐热合金系统的金属成分,希望复合材料的技术进步能尽可能经济地制备那些无论使用气氛和加载条件如何都象固体润滑剂一样有润滑特性的自润滑复合材料,并希望开发一种其制备方法。
如上所述,以传统Cu型合金为基质的自润滑复合材料在高温气氛下不能用作本来需要无润滑的滑动部件材料,该自润滑复合材料具有机械性能低的特性,也是由于这个原因限制了它用作结构材料。
作为研究固体润滑剂种类和数量、基质金属和制备方法的优化以便得到能耐高温使用并且高温润滑特性高的自润滑复合材料的结果,本发明旨在提供一种能在真空中高达700℃和大气中高达500℃以下使用、机械和摩擦特性优异的自润滑复合材料,以及其制备方法。为达到上述目的,本发明的要点在于下述几点:
(1)一种高温用高强度自润滑复合材料,其特征在于该复合材料是含有20到70vol%的由石墨和WS2颗粒组成的混和颗粒作为固体润滑剂成分、且气孔率不大于25%的Cu-Ni-Sn型复合烧结体,而且该复合材料具这样的结构即基质是两相合金,包括一种Cu-Ni合金颗粒和均匀分散于合金颗粒的晶界并牢固粘结合金颗粒的一种Sn单相或一种Sn-Ni金属间化合物,并且基质合金包裹固体润滑剂颗粒。
(2)根据第一项的高温用高强度自润滑复合材料,其中基质含有5~40wt%的Ni、4~15wt%的Sn以及余量的Cu和不可避免的杂质作为合金的组成。
(3)根据第一项的高温用高强度自润滑复合材料,其中每一种基质合金的Cu-Ni颗粒和Sn单相或Sn-Ni金属间化合物的颗粒的粒径为5到100μm。
(4)根据第一项的高温用高强度自润滑复合材料,其中作为固体润滑剂成分的石墨和WS2的体积比为15∶1到1∶1,润滑剂颗粒具有球形或片状形状,粒径为10到500μm。
(5)根据第一项的高温用高强度自润滑复合材料,其中该复合材料具有优异的自润滑性能,能用作真空中和大气中不需加油的滑动部件,能在空气中500℃和真空中700℃下作为滑动部件的耐热材料使用。
(6)一种高温用高强度自润滑复合材料的制备方法,该材料是以石墨颗粒和WS2颗粒为固体润滑剂成分的Cu-Ni-Sn型复合烧结体,该方法包括下列步骤:对石墨颗粒和WS2颗粒的混合粉末进行造粒,把Cu-Ni合金粉末、Sn粉末与所得的固体润滑剂造粒物混合以制备混合物,对混合物进行压制成形,然后在非氧化性气氛或真空中烧结压制成形体。
(7)一种根据第6项的高温用高强度自润滑复合材料的制备方法,其中造粒是通过向石墨颗粒和WS2颗粒的混合物添加粘结剂而进行的。
(8)一种根据第6项的高温用高强度自润滑复合材料的制备方法,其中压制成形是通过在100到500MPa的成形压力下用金属模压机或等静压机进行的。
图1是根据本发明的自润滑复合材料的制备工艺的流程图。
图2是表明根据本发明的自润滑复合材料的精细结构的示意图。
图3(A)到(D)的每个图表明了本发明材料和以Cu-Sn为基质的原有技术材料之间机械特性的差别,其中图3(A)是室温抗压强度和石墨含量之间的关系,图3(B)是高温抗压强度和石墨含量之间的关系,图3(C)是屈服强度和石墨含量之间的关系,图3(D)是弹性模量和石墨含量之间的关系。
图4(A)和(B)是在大气中和真空中本发明和原有技术之间材料的摩擦系数的比较,其中图4(A)是大气中摩擦系数和温度之间的关系,图4(B)是真空中摩擦系数和温度之间的关系。
选择Cu-Ni-Sn三元合金系统作为本发明的第一个特征的原因在于这些元素在烧结温度和使用温度下不与作为固体润滑剂的石墨和WS2反应,并且在高温气氛下烧结能力和抗氧化能力优异。另一个最重要的原因之一是因为通过确实排除其它合金系统,Cu-Ni-Sn合金作为基质能比Cu-Sn合金提高更多的机械特性,尤其是弹性模量、屈服点和高温强度。
在普通用Cu-Ni合金作为基质的情况下烧结温度变得高于1000℃,此温度下合金元素与WS2、石墨进行反应以及得不到所想要的自润滑性能。
另一方面,添加Sn虽然降低了抗氧化能力,但能把烧结温度降低到800℃以下。另外它使Cu-Ni合金颗粒互相牢固结合。在这一点上添加Sn极其有效果。结果,基质比传统Cu-Sn合金具有优异得多的抗氧化能力和机械强度。
换言之,Cu-Ni作为根据本发明的复合材料的基质比作为传统基质金属的Cu-Sn合金等具有更优异的抗氧化能力和机械强度,并且它覆盖在固体润滑剂的周围从而使其隔断空气,限制了复合材料内部固体润滑剂成分的氧化。然而在本发明的烧结温度低于800℃的温度下,Cu-Ni作为单一物质很难烧结。添加Sn能使烧结温度下出现液相,它均匀渗透进Cu-Ni和固体润滑剂颗粒的晶界内,起着颗粒间粘结剂的作用,冷却时Sn或部分Sn与Ni反应生成Ni-Sn金属间化合物。在它均匀淀析在Cu-Ni晶界的状态下可把它识别出。
本发明的第二个特征是选择了石墨与WS2的混合颗粒。选择这些材料无论使用气氛和加载条件如何都可得到优异的滑动特性。以生产成本的角度来看极其经济,并且使材料具有轻质的特征。WS2作为固体润滑剂具有优异的性能,但它在大气中的最高抗氧化温度为425℃,该温度比石墨的抗氧化温度低大约100℃。此外,WS2本身价格昂贵。另一方面,与WS2相比,石墨质量轻、抗氧化能力高、更经济,然而它的润滑性能对气氛和加载条件极其敏感,据认为特别在真空中得不到其润滑特性。
本发明通过向石墨添加预定量的WS2,大幅度地提高了石墨的滑动特性,并且尤其在真空中也得到了自润滑效果。
这样所添加的WS2被石墨包裹,即使在高温下也避免了其氧化。当混合比为大约1∶1时可观察到添加WS2提高滑动特性的效果,但即使WS2添加量再加大也观察不到显著的提高效果,相反却重新出现了例如抗氧化能力下降、重量增大、成本升高等问题。
下面将具体地说明本发明中的界限的原因。
根据本发明的基质包含由5~40wt%的Ni、4~15wt%的Sn、余量的Cu及不可避免的杂质组成的Cu-Ni-Sn合金,并均匀分散有总量为20~70vol%的石墨颗粒和WS2颗粒作为固体润滑剂成分。合金中Ni的含量被设定为5~40wt%是因为如果Ni量少于5wt%则与传统Cu-Sn合金系统相比不能显著提高材料的抗氧化能力和机械强度。
另一方面,当Ni添加量超过40wt%时,材料的烧结能力下降,合金中Sn的比例被限制在4到15wt%是因为如果Sn量少于4wt%则合金的烧结能力下降,如果超过15wt%则高温下的抗氧化能力下降。Ni和Sn的更优选的范围分别是20~30wt%和8~12wt%。
作为固体润滑剂成分的石墨颗粒和WS2颗粒以混和比15∶1到1∶1使用的原因如下:
与其它固体润滑剂相比石墨使用更普遍,其抗氧化能力优异,仅次于BN。然而石墨的润滑特性取决于气氛条件,据认为特别在真空中石墨将失去其润滑性能。而WS2的润滑特性不取决于气氛且在真空中润滑特性优异,因此添加少量WS2时材料就有可能在大气中和真空中使用。为了在低载荷时得到小的摩擦系数,WS2的混合十分必要。
石墨与WS2的混合比被限定在15∶1到1∶1的原因如下:如果WS2的量少于15∶1则得不到添加WS2的效果,如果量大于1∶1则因WS2的氧化/分解而造成的高温性能下降就会显著。因此优选地,石墨和WS2的比例以体积比来说为15∶1到1∶1,更优选的范围是5~10∶1。
虽然没有特别限定石墨和WS2的平均粒径,但从烧结体的强度和润滑特性的角度来看,优选地为10到60μm。
固体润滑剂成分的添加量被限定在20到70vol%的原因如下:如果添加量小于20vol%则润滑特性不足,如果超过70vol%则润滑特性的提高幅度小而强度的下降大,添加量的确定取决于使用条件,但当要求高强度时,添加量为20到35wt%,当要求润滑特性时添加量优选地为50到70vol%。
至于气孔率,当气孔率尽可能低时机械强度和抗氧化能力会变高。然而本发明的材料从一开始就难以烧结,它一般含有大约10到大约20vol%的气孔。如果材料含有大于25%的气孔则机械强度和抗氧化能力会显著降低。因此气孔率被限定在该范围。为了在常压烧结时不使气孔象在本发明中一样,可增大作为液相成分的Sn的含量,但由于Sn量的增加会导致抗氧化能力和机械强度的恶化,因此不希望增加Sn量。由于这些原因,虽然气孔是本发明的复合材料的精细结构中的结构成分,它们也是本来不想要的。
根据本发明的复合材料的结构是Cu-Ni-Sn型复合烧结体,它含有20到70vol%的石墨与WS2的混合颗粒作为固体润滑剂成分,并有不大于25vol%的气孔率,其中基质包含由Cu-Ni合金颗粒和均匀分散于Cu-Ni合金颗粒的晶界并牢固粘结它们的Sn单相或Sn-Ni金属间化合物构成的两相合金,该基质合金包裹固体润滑剂颗粒。基质合金的Cu-Ni颗粒和Sn单相或Sn-Ni金属间化合物的颗粒的粒径为5到150μm,优选地为5到100μm。润滑剂颗粒具有球形或片状形状,粒径为10到500μm。相对于基质和固体润滑剂的总和,固体润滑剂的体积比为20到70vol%,气孔率不大于25vol%。该复合材料的特性是,它具有优异的自润滑性能、能在真空中和大气中用作不需加油的滑动部件、耐热、能在空气中500℃下使用,真空中700℃下使用。
固体润滑剂的抗氧化能力在大气中是决定速率的因素,在真空中该速率由基质金属的软化所决定。这个温度远高于过去一直使用的Cu-Sn合金型自润滑复合材料在空气中的温度300℃。本发明的复合材料在机械特性如强度、屈服强度、硬度等方面远比传统材料优越,例如其抗压强度高达3到5倍。
下面将说明根据第二项发明的制备方法。
称量预定量的粒径为2~100μm的石墨颗粒和粒径为2~100μm的WS2并用混合机例如球磨机把它们充分混合。向该混合粉末添加适宜的粘结剂,充分捏合该混合物,然后把该混合物造粒到粒径为10到500μm。粘结剂必须是那些在脱脂温度下不与WS2和石墨反应的那些。对于造粒,可使用网造粒(net granulation),Spartan造粒、喷雾干燥等造粒方法。另外,干压造粒法是指压制不含粘结剂的混合粉末然后粉碎所得的压制体并进行分级。
以上述方式制备出弥散于成分材料中的固体润滑剂颗粒。这样该制备工艺事先制备了待弥散在复合材料内的固体润滑剂混合颗粒。起始粉末的粒径不十分重要。简言之,两种材料需均匀混合。然后如果起始粉末太细则较难均匀混合,如果太粗,则在粒径最大500μm的颗粒的造粒过程中难以均化。
接着向经上述方法造粒过的固体润滑剂混合颗粒添加Cu-Ni合金粉末和Sn粉末,把它们均匀混合。混合可用湿法或干法进行,但最好使用能把氧化降至最低的方法或介质。从成形能力和烧结能力的观点来看,合金成分原料粉末的平均粒径优选地为5到30μm。
然后用模压机或等静压机成形混合粉末,坯体优选地尽可能致密,成形压力优选地为100到500MPa。任何成形方法,只要它是用于普通粉末冶金的一种,都能使用。
最后在非氧化性气氛如Ar、还原气氛如CO/CO2、或真空中于700到800℃烧结坯体,烧结时间为约30到约180分钟。根据固体润滑剂的含量和基质金属的组成确定合适的回火温度。当固体润滑剂的含量变小,基质中Ni量变小,Sn量变大时,烧结温度变低(最高700℃)。当固体润滑剂含量变大,基质中Ni量变大,Sn量变小时烧结温度变高(最高800℃)。然而为了避免WS2与基质金属之间的反应,烧结温度不能超过800℃。烧结温度取决于坯体的烧结能力而变化。如果坯体保温不足30分钟就不能致密,另一方面当保温超过180分钟时,晶粒生长会十分显著以致烧结体的强度下降。因此更优选的保温时间是30到90分钟。
烧结温度由固体润滑剂的含量而定,当固体润滑剂的含量小时温度不能超过700℃,当含量大时不能超过800℃,以避免WS2的分解和它与基质金属的反应。
下面进一步通过实施例具体地说明本发明。
实施例:
用于本发明的实施例和比较例的起始粉末如下:石墨:         片状颗粒,平均粒径50μm,WS2           片状颗粒,平均粒径2μm,Cu-Ni合金:    70wt%Cu-30wt%Ni合金颗粒,平均粒径15μm,Sn:           球形颗粒,平均粒径10μm,Cu:           球形颗粒,平均粒径10μm,
图1是流程图。
表1中列出了全部本发明的实施例和比较例的组成、制备条件和所得烧结体的机械性能。性能的测试方法如下:首先,根据JISR2205用煤油测量气孔率和容重。用直径10mm、高10mm的试件在压头速率为0.5mm/min下测试室温抗压强度、屈服点和弹性模最;利用如上述同样的试件和加压速率在大气中测量于150、250、350和450℃下的抗压强度。
至于滑动特性,表2列出了全部摩擦系数的载荷依从性、大气中和真空中摩擦系数的滑动速度依从性和环境温度依从性。各摩擦系数依从性的测试方法如下:首先在恒定滑动速度0.4m/sec条件下利用一个双线系统摩擦计(two-Line system tribometer)以SUS304作为配合材料而测量摩擦系数的载荷依从性,滑动速度依从性是在恒定载荷20kgf下用同样的仪器测量的。另一方面,大气中和真空中摩擦系数的环境温度依从性是用圆销-圆盘方法(pin-on-disc method)在恒定速度0.4m/sec和恒定载荷2.2kgf下用SUS 304作为圆盘材料而测量的。
实施例1
按体积比4∶1称量石墨颗粒和WS2颗粒,用球磨机把它们均匀干混以得到均匀混合粉末。在300MPa的压力下单向压制该混合粉末,然后粉碎并分级以得到平均粒径为50μm的固体润滑剂复合造粒物(1)。
称量基质金属混合颗粒(2)以使Cu-Ni合金和Sn的重量比为9∶1,称量固体润滑剂造粒物(1)和基质金属混合颗粒(2)以使(1)和(2)的体积比为25∶75,用球磨机把它们均匀混合,然后在30MPa的压力下用模压机成形混合物,所得的坯体埋在粗焦碳颗粒内并在真空中于740℃加热60分钟以得到烧结体。
图2是所得烧结体的精细结构的示意图。图中仅表明了复合材料构成成分的分布而不表明其形状。从图中可看出作为基质主成分的Cu-Ni合金颗粒被晶界处的Sn或Sn-Ni合金牢固结合在一起,且石墨和WS2的固体润滑剂造粒物均匀弥散在基质金属中。与不含Ni但含相同体积比的固体润滑剂的比较例1相比,可发现弹性模量和屈服点变为大约三倍,也可发现在超过350℃的高温下的强度显著提高。另外,与含有相同体积比的固体润滑剂成分的比较例1相比,在几乎所有载荷、速度和温度条件下摩擦系数都更低,滑动特性更高。
比较例1
为了研究基质内添加Ni的效果,在与实施例1同样的条件下用不含Ni的90wt%Cu-10wt%Sn作为基质金属制备了具有除Ni外与实施例1同样组成的自润滑复合材料。
实施例2
用与实施例1同样的方式成形石墨与WS2的体积混合比为7∶1、固体润滑剂成分与基质金属的体积比为40∶60的自润滑复合材料,在750℃下烧结60分钟得到烧结体。与含相同体积比的固体润滑剂成分的比较例2相比,发现弹性模量、屈服点、高温强度以与实施例1中同样的方式有巨大提高。与比较例2相比,在几乎所有条件下摩擦系数也都降低。
比较例2
为了研究基质内添加Ni的效果,在与实施例2同样的条件下制备了具有除使用不含Ni的90wt%Cu-10wt%Sn外与实施例2相同组成的自润滑复合材料。
实施例3
用与实施例1同样的方式成形石墨与WS2的体积混合比为10∶1、固体润滑剂成分与基质金属的体积比为55∶45的自润滑复合材料,在770℃下烧结60分钟得到烧结体。与不含Ni的比较例3相比,可发现弹性模量、屈服点和高温强度以与实施例1和2同样的方式有巨大提高。
为了进一步阐明添加Ni对机械特性的影响,通过用固体润滑剂的体积分数为参数,图3(A)到图3(D)表明了本发明的实施例1到3和根据原有技术的比较例1到3的结果。在图3(A)到3(D)中,图3(A)是室温抗压强度,图3(B)是高温抗压强度,图3(C)是屈服点,图3(D)是弹性模量分别与石墨含量的关系。从这些图可看出,通过添加Ni可大幅度提高复合材料的机械特性。
图4(A)和4(B)分别是大气中和真空中摩擦系数的温度依从性。在图4(A)和4(B)中,图4(A)是大气中摩擦系数与温度之间的关系,图4(B)是真空中的两者关系。从这些图可看出,根据本发明的自润滑复合材料在从室温到500℃的宽阔温度范围内在大气中和真空中都表现出摩擦系数不大于0.2的优异滑动特性。在基质不含Ni的比较例3的情况下,当复合材料在大气中使用时基质金属在300℃以上的高温下氧化,且摩擦系数大幅度提高。
在不含WS2作为固体润滑剂成分的比较例4的情况下,复合材料在大气中表现出接近实施例3的低摩擦系数,但在真空中所有温度范围内摩擦系数都超过0.2。
比较例3
为了研究基质内添加Ni的效果,在与实施例3同样的条件下制备了具有除使用不含Ni的90wt%Cu-10wt%Sn外与实施例3相同组成的自润滑复合材料。
比较例4
为了研究固体润滑剂成分中存在和没有WS2的效果,制备了在与实施例3相同的基质中仅含55vol%的石墨的自润滑复合材料。
实施例4
固体润滑剂复合造粒物和基质金属颗粒的混合粉末具有与实施例3相同的组成并进行同样的粉末处理。把混合粉末装进直径60mm、高90mm、内表面涂有氮化硼的碳模内。混合物在氩气中于40MPa压力、630℃下热压60分钟以得到烧结体。与产物是经真空烧结而制备的实施例3相比,经热压而得的烧结体具有小的气孔率,且该方法尤其适用于含大量固体润滑剂成分的材料。
实施例5
具有与实施例3相同组成的同样固体润滑剂复合造粒物和基质金属的混合粉末经同样的粉末处理后装进碳模内,使800A的直流电流在碳压棒之间流动大约40秒,这时烧结体的温度为700℃,通过收缩系数测定仪确认达到完全致密。根据该实施例,虽然烧结时间短,但可得到具有与热压时相同致密度的致密自润滑复合材料。
根据本发明,基质用Cu-Ni-Sn合金,石墨和WS2颗粒均匀弥散在基质内作为固体润滑剂成分并且它们被Sn单相或Sn-Ni金属间化合物包裹以形成精细结构。这样本发明得到的自润滑复合材料比以前所得的材料具有高的抗氧化能力、高的强度和高的屈服强度,并且不但能用于大气中,还能用于真空中。
                          表1
    测试项 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 比较例1 比较例2 比较例3 比较例4
    测试方法 真空烧结 真空烧结 真空烧结     热压 通电加压烧结 真空烧结 真空烧结 真空烧结 真空烧结
基质组成wt%     Cu     63     63     63     63     63     90     90     90     63
    Ni     27     27     27     27     27     -     -     -     27
    Sn     10     10     10     10     10     10     10     10     10
润滑剂vol% 石墨     4     7     10     10     10     4     7     10     1
  WS2     1     1     1     1     1     1     1     1     0
    润滑剂含量vol%     25     40     55     55     55     25     40     55     55
    容重     6.25     5.54     4.73     5.32     5.34     5.96     5.16     4.67     4.11
    气孔率(%)     19.6     12.7     10.6     3.0     1.9     19.5     20.4     13.8     15.8
    弹性模具(GPa)     91     50     29     48     45     34     14     13     23
    屈服点(MPa)     138     87     63     108     107     49     33     24     26
抗压强度MPa 室温     268     131     76     118     117     162     113     56     70
 150℃     266     135     68     109     109     282     111     49     71
 250℃     242     123     67     101     99     232     105     61     71
 350℃     225     118     62     95     91     146     87     52     73
 450℃     176     91     54     91     87     72     44     32     70
                      表2
    测试项 实施例1 实施例2 实施例3    实施例4 实施例5     比较例1 比较例2 比较例3 比较例4
    载荷依从性速度条件0.4m/s  2kgf  0.275  0.263     0.160     0.143  0.150     0.475     0.468     0.255     0.210
 5kgf  0.230  0.200     0.160     0.120  0.142     0.272     0.190     0.180     0.190
 10kgf  0.280  0.273     0.220     0.121  0.133     0.435     0.335     0.170     0.205
 20kgf  0.233  0.170     0.110     0.098  0.102     0.360     0.165     0.120     0.146
 40kgf  0.210  0.152     0.085     0.092  0.110     0.310     0.143     0.102     0.113
    速度依从性载荷条件20kgf  0.2m/s  0.300  0.210     0.168     0.139  0.138     0.360     0.283     0.195     0.245
 0.4m/s  0.233  0.170     0.110     0.098  0.102     0.360     0.165     0.120     0.146
 0.8m/s  0.145  0.143     0.070     0.085  0.090     0.310     0.123     0.073     0.128
1.6m/s  0.168  0.085     0.043     0.059  0.063     0.158     0.070     0.048     0.095
 2.4m/s  0 095  0.035     0.028     0.021  0.024     0.129     0.055     0.040     0.052
温度依从性速度条件0.4m/s载荷条件10kgf 真空中 roomtemp. 0.090 0.085 0.065 0.062 0.061 - - 0.248 0.265
 200℃  0.059  0.055     0.164     0.079  0.058      -      -     0.175     0.277
 300℃  0.045  0.032     0.105     0.075  0.074      -      -     0.128     0.244
 400℃  0.027  0.023     0.046     0.070  0.065      -      -     0.085     0.210
 500℃  0.064  0.032     0.046     0.074  0.068      -      -     0.078     0.212
空气中 室温temp.  0.270  0.198     0.162     0.092  0.099      -      -     0.318     0.210
 200℃  0.172  0.141     0.135     0.085  0.082      -      -     0.191     0.163
 300℃  0.150  0.112     0.098     0.076  0.076      -      -     0.182     0.138
 400℃  0.129  0.101     0.084     0.070  0.068      -      -     0.409     0.126
 500℃  0.121  0.103     0.082     0.063  0.071      -      -     0.523     0.133

Claims (8)

1.一种高温用高强度自润滑复合材料,其特征在于所说的复合材料是含有20~70vol%的石墨和WS2颗粒的混和颗粒作为固体润滑剂成分且气孔率不大于25vol%的Cu-Ni-Sn型复合烧结体,且该复合材料具有这样的结构即基质是两相合金,包括一种Cu-Ni合金颗粒和均匀分散于所说的合金颗粒的晶界并牢固粘结所说的合金颗粒的一种Sn单相或一种Sn-Ni金属间化合物,并且所说的基质合金包裹固体润滑剂颗粒。
2.根据权利要求1的高温用高强度自润滑复合材料,其中所说的基质含有5-40wt%的Ni,4~15wt%的Sn及余量的Cu和不可避免的杂质作为合金的组成。
3.根据权利要求1的高温用高强度自润滑复合材料,其中每一种所说的基质合金的所说的Cu-Ni颗粒、所说的Sn单相或所说的Sn-Ni金属间化合物的颗粒的粒径为5到100μm。
4.根据权利要求1的高温用高强度自润滑复合材料,其中作为所说的固体润滑剂成分的石墨和WS2的比例以体积比来表示为15∶1到1∶1,所说的润滑剂颗粒具有球形或片状形状,粒径为10到500μm。
5.根据权利要求1的高温用高强度自润滑复合材料,其中所说的复合材料具有优异的自润滑性能,能用作真空中和大气中不需加油的滑动部件,能在空气中500℃、真空中700℃下使用作为滑动部件的耐热材料。
6.一种高温用高强度自润滑复合材料的制备方法,该材料是通过含有石墨颗粒和WS2颗粒作为其固体润滑剂成分而烧结的Cu-Ni-Sn型复合材料,所说方法包括下列步骤:
对由所说的石墨颗粒和所说的WS2颗粒构成的混合粉末进行造粒,
把Cu-Ni合金粉末和Sn粉末与所得的固体润滑剂造粒物混合以制备混合物,
压制成形所说的混合物,以及
然后在非氧化性气氛或真空中烧结所说的压制成形体。
7.根据权利要求6的高温用高强度自润滑复合材料的制备方法,其中所说的造粒步骤是通过向由所说的石墨颗粒和所说的WS2颗粒构成的所说的混合物添加粘结剂而进行的。
8.根据权利要求6的高温用高强度自润滑复合材料的制备方法,其中所说的压制成形步骤是通过在100到500MPa的成形压力下用金属模压机或等静压机进行的。
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