CN1051592A - 自润滑金属陶瓷 - Google Patents

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查家宁
王静波
欧阳锦林
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Abstract

一种在高温大气条件下使用的自润滑金属陶 瓷。碳化钨-镍作为该材料的基体，其它由氧化铅和 二氧化硅组成。在500～700℃下摩擦系数、磨损率 及抗压强度分别为：0.12～0.29、(0.98～2.22)× 10-8mm3/N·mm、(4.58～5.59)×108Pa。本发明 采用中频感应炉高温热压的方法成型，使用寿命长。

Description

本发明是关于在高温大气条件下使用的自润滑材料，属碳化钨-镍基金属陶瓷。
随着科学技术、工业技术的不断发展，出现了愈来愈多的高温自润滑问题，尤其要求润滑材料在500℃以上具有良好的润滑性能、耐磨损性能及机械性能。高温环境中的自润滑问题是许多产业部门长期存在的，如金属热加工中的模具、热轧系统中的轧辊轴颈、热核动力的机械滑阀，以及原子能技术中的滑动部件等。在这种环境下，若使用目前应用较为广泛的固体润滑剂如二硫化钼、石墨等，由于热分解温度偏低或氧化，使其减摩、耐磨性能变差以至失效。因此，研制在高温大气条件下使用，具有良好机械性能、自润滑性能和耐磨损性能的材料是人们研究的课题。
苏联的kalabukbova S.V.将Al2O3、MoS2和LiF等加到陶瓷混合料中，从而制成了强度和摩擦学性能较好的材料[SU950702（1980，12，11）]，其配方（重量百分比）为：TiC 30～32%、Ni 43～45%、MoC 8～9%、Al2O313～18%、MoS20.5～1.5%、LiF 0.5～1.5%，它可用作高速切割工具的支撑物;试验表明，将Al2O3、MoS2和LiF加到混合料中可使材料的弯曲强度提高25～29%，减小摩擦系数并使磨损率降低5%以上。苏联专利公布的一种减摩耐磨材料[Koshelev Yu.I.SU975683（1981，5，18]，其主要组成为（重量百分比）为：SiC 24～53%、C 15～35%、Si0.5～3.8%、Ni  8.2～60.5%，该材料可用于离心泵上的支撑和止推滑动轴承、端面密封等。
本发明的目的在于提供一种自润滑金属陶瓷，该自润滑金属陶瓷在高温大气条件下使用，具有低摩擦、耐磨损以及良好的机械性能。
本发明是这样实现的，选用碳化钨-镍作为自润滑材料的基体，再加入适量的氧化铅，亦可加入少量的二氧化硅。自润滑金属陶瓷各组份的重量百分含量范围为：WC 45～60%、Ni 30～40%、PbO 5～25%、SiO20～2.5%。优先选择的各组份含量（重量百分比）为：WC 51～57%、Ni 34～38%、PbO 5～15%、SiO20～1.5%。本发明选用WC-Ni为自润滑金属陶瓷的基体，依靠WC-Ni基体保证了材料在高温下具有良好的机械性能和耐磨损性能;适量的氧化铅在高温摩擦过程中起到了自润滑作用;为了抑制氧化铅在高温条件下的挥发，可以添加少量的二氧化硅。
在工艺上，本发明采用中频感应炉高温加热、模压的方法成型，制得的自润滑金属陶瓷的密度大于理度密度的95%。本发明的具体制备过程是这样的，将WC、Ni、PbO和SiO2粉料按一定比例混合均匀后装入石墨模具中，放入中频感应炉内烧结，中频感应炉快速升温（十分钟由室温升至烧结温度）并在升温过程中逐渐给物料加压，当温度升至1250～1350℃时，保温保压1～10分钟，最终压力为4.0～9.0MPa，然后使其自然降温保压至700℃以下，再随炉冷却至室温出料。
本发明的WC、Ni、PbO、SiO2可选用相应的金属、非金属粉料，WC、Ni、SiO2粉料选用工业纯，PbO选用化学纯粉料，粒度为200～500目。
按上述的配方和制备工艺所制得的自润滑金属陶瓷的主要性能指标及技术指标列于表1。
表1、自润滑金属陶瓷的性能及技术指标
温度（℃） 摩擦系数 磨损率（mm3/N·mm) 抗压强度（Pa)
室温 0.32～0.35 (13.23～15.42)×10-8 (6.48～7.41)×108
100 0.42～0.45 (13.55～14.77)×10-8
200 0.28～0.35 (1.41～1.99)×10-8 (5.54～5.78)×108
300 0.25～0.35 (0.65～1.20)×10-8
400 0.25～0.30 (1.01～1.50)×10-8 (5.62～5.75)×108
500 0.22～0.29 (0.98～1.34)×10-8 (5.07～5.59)×108
600 0.14～0.18 (1.20～1.67)×10-8 (4.76～5.49)×108
700 0.12～0.14 (1.43～2.22)×10-8 (4.58～5.35)×108
由表1可见，自润滑金属陶瓷在室温～700℃下，其抗压强度变化不大，为（4.58～7.41）×108Pa;随着温度的升高摩擦系数变小，在500～700℃下，摩擦系数为0.12～0.29;自润滑金属陶瓷在500～700℃下磨损率为（0.98～2.22）×10-8mm3/N·mm。显然，本发明所述的自润滑金属陶瓷特别适宜在500～700℃范围内使用。该材料在室温下的硬度为HRA 70～85，冲击强度大于14kg·cm/cm2。
自润滑金属陶瓷可广泛用于500～700℃高温下的滑动部件、密封部件等与润滑有关的部件上。本发明具有制备工艺简便，成本低、使用寿命长的优点。
本发明实施例列于表2。
表2、自润滑金属陶瓷具体实施例
自润滑金属陶瓷各组份组成（重量百分含量）％
实施例 WC Ni PbO SiO
123456789 575451484554514857 383634323036343238 5101520259.113.718.24.5 000000.91.31.80.5

Claims (3)

1、一种可在高温大气下使用的自润滑金属陶瓷，其特征是自润滑金属陶瓷各组份的重量百分含量为：WC45～60%、Ni30～40%、PbO.5～25%、SiO20～2.5%。
2、如权利要求1所述的自润滑金属陶瓷，其特征是最佳组份的重量百分含量范围为WC 51～57%、Ni 34～38%、PbO 5～15%、SiO20～1.5%。
3、一种可在高温大气下使用的自润滑金属陶瓷，采用中频感应炉高温加热、模压成型工艺制备，其操作步骤是按比例将WC、Ni、PbO、SiO2等粉料混合物均匀后放入石墨模具中，在中频炉内快速升温并加压，其特征在于当温度升至1250～1350℃时，保温保压1-10分钟，最终压力为4.0～9.0MPa。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1036796C (zh) * 1992-07-17 1997-12-24 中国科学院兰州化学物理研究所 高温自润滑金属陶瓷材料
CN105821275A (zh) * 2015-01-04 2016-08-03 山东科技大学 一种碳化钨合金块体的感应加热合成方法
CN106399789A (zh) * 2016-08-31 2017-02-15 贵州德江韫韬科技有限责任公司 一种杀虫灯合金材料

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