CN105463226A - 一种改性NiAl基自润滑材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料及制备方法，包括如下步骤：制备V2O5纳米线；按Ni：Al的摩尔比=1：1选取Ni粉和Al粉，按Ni粉、Al粉总质量的0.5-2.0wt.%选取所得V2O5纳米线，将V2O5纳米线与Ni粉、Al粉混合，得到配料；将上述配料置于振动混料机内混合干混，得到烧结配料；将烧结配料采用放电等离子烧结得到所述的一种以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料。该自润滑材料将V2O5纳米线原位复合在NiAl基体中，所得的自润滑材料具有优良的摩擦学性能，且制备方法简单新颖，制备过程中工艺参数容易控制。

Description

一种改性NiAl基自润滑材料及其制备方法
技术领域
本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种回收促进剂CBS废水中促进剂M的装置系统。
背景技术
NiAl合金因具有熔点高、抗蠕变强度大、耐腐蚀、耐氧化以及其稳定性高、高温强化和高温抗氧化性能强，已被广泛应用于航空、冶金、机械、电化学、环保工业等领域，并有进一步发展的潛力和扩大应用的需求（[1]MiracleDB.ThephysicalandmechanicalpropertiesofNiAl.ActaMetallMater1993;41:649-84.）。
近年来，在高技术领域中，对NiAl金属间化合物的摩擦学性能的研究也有报道（[2]ChenY,WangHM.MicrostructureoflasercladTiC/NiAl-Ni3(Al,Ti,C)wear-resistantintermetallicmatrixcompositecoatings.MaterLett2003;57:2029-36.;[3]MurakamiT,OuyangJH,SasakiS,UmedaK,YoneyamaY.High-temperaturetribologicalpropertiesofAl2O3,Ni-20mass%CrandNiAlspark-plasma-sinteredcompositescontainingBaF2-CaF2phase.Wear2005;259:626-33;[4]ZhuSY,BiQL,NiuMY,YangJ,LiuWM.TribologicalbehaviorofNiAlmatrixcompositeswithadditionofoxidesathightemperatures.Wear2012;274-275:423-34）。为进一步提高NiAl合金的摩擦学性能，国内外学者不断开展新的研究工作。而针对我国节能减排、降低污染的趋势，不仅对先进的工程材料的耐磨耐腐蚀性能，而且对材料的制备加工也提出了更高的要求。为此，研究人员积极寻求优良的润滑相，以满足摩擦学日益发展的需求，这类润滑相不仅具备良好的润滑性能与耐磨性能，而且易于加工制备，降低能源消耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料的制备方法，该自润滑材料将V2O5纳米线原位复合在NiAl基体中，所得的自润滑材料具有优良的摩擦学性能，且制备方法简单新颖，制备过程中工艺参数容易控制。
为实现上述目的，本分买那个采用以下技术方案：
一种改性NiAl基自润滑材料，它由Ni粉、Al粉和V2O5纳米线制备而成，其中Ni：Al的摩尔比=1：1，加入V2O5纳米线的质量为Ni粉和Al粉总质量的0.5-2.0%。
所述的改性NiAl基自润滑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）V2O5纳米线的制备：先将V2O5粉末置于3.5wt%NaOH溶液内，用HCl将pH值调为1.5-3.2，转移至聚四氟乙烯容器内，并将聚四氟乙烯容器置于耐高压不锈钢反应釜内，采用高压蒸汽密封，并加热至120-150℃，保温48小时，随后自然冷却至室温，得到V2O5纳米线；
（2）配料：按Ni：Al的摩尔比=1：1选取Ni粉和Al粉，按Ni粉、Al粉总质量的0.5-2.0%选取步骤（1）所得V2O5纳米线，将V2O5纳米线与Ni粉、Al粉混合，得到配料；
（3）干混：将步骤（2）得到的配料置于振动混料机内混合干混，得到烧结配料；
（4）烧结：将烧结配料采用放电等离子烧结得到以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料。
所述步骤（1）中V2O5与3.5wt%NaOH溶液的质量比为1:1.5。
所述步骤（1）中得到的V2O5纳米线直径为50nm，长度为1-10μm。
所述步骤（4）中的振动混料机的外罐为高压不锈钢罐，内置聚四氟乙烯罐，振动频率为30Hz，振动力为8000N，振荡时间为20-35分钟。
所述步骤（4）中放电等离子烧结工艺为：烧结温度为900-1000℃、升温速率为120℃/min、烧结压力为50MPa、真空度为1×10-2-1×10-1Pa、保温时间为5min。
本发明的有益效果：1、本发明选取V2O5纳米线为NiAl合金的润滑相和增强相，分别采用水热法合成V2O5纳米线，并以此纳米线为润滑相和增强相，采用放电等离子烧结制备新型改性NiAl基自润滑材料，所制备的自润滑材料的基体与V2O5纳米线界面结合良好。另外，这种采用放电等离子烧结技术制备的以板状晶体为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料，其纯度高、致密性好，且具有优良的摩擦学性能。2、性能优良、可行性高：自润滑材料采用SPS进行烧结，烧结反应稳定，周期短，且制备的以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料性能好，纯度高。3、制备方法新颖，制备简单、快捷，适用于规模化批量生产：V2O5纳米线制备温度低，节能环保，易操作。4、制备所需原材料价格适中，来源广泛。制备润滑相所需设备成本低、易操作，适合规模化广泛应用。5、采用SPS方法制备自润滑材料，提高合成效率，节约能源，在降低合成成本基础上避免了的因加入V2O5纳米线而可能导致的杂相产生。6、本发明制备的一种以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料具有稳定优良的摩擦学性能。
附图说明
图1是本发明的制备工艺流程图。
图2是本发明实施例1所制备的V2O5纳米线场发射扫面电镜照片。
图3是本发明实施例1所制备的新型改性NiAl基自润滑材料磨痕形貌图。
图4是本发明实施例2制备的新型改性NiAl基自润滑材料磨痕形貌图。
图5是本发明实施例3制得的新型改性NiAl基自润滑材料磨痕形貌图。
图6为本发明实施例1、2、3所制得的改性NiAl基自润滑材料的摩擦系数曲线。
图7为本发明实施例1、2、3所制得的改性NiAl基自润滑材料的磨损率曲线。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步对本发明进行说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料的制备方法，它包括如下步骤：
（1）先将3gV2O5粉末置于4.5g的3.5%NaOH溶液内，用HCl将pH值调为1.5，将初始溶液转移至聚四氟乙烯容器内，并将聚四氟乙烯容器置于耐高压不锈钢反应釜内，采用高压蒸汽密封，并加热至120℃，保温48小时，随后自然冷却至室温，得到V2O5纳米线；
（2）按Ni：Al的摩尔比=1：1选取11.7克Ni粉和5.4克Al粉和上述制备的V2O5纳米线0.09克；将Ni粉、Al粉和V2O5纳米线混合，得到配料；
（3）将上述配料置于振动混料机内干混，振动混料外罐为钢罐，内置聚四氟乙烯罐，振动频率为30Hz，振动力为8000N，振荡时间为20分钟，得到烧结配料；
（4）放电等离子烧结得到所述的一种以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料，放电等离子烧结工艺为：烧结温度为900℃、升温速率为120℃/min、烧结压力为50MPa、真空度为1×10-2Pa、保温时间为5min。
图2是实施例1所制备的V2O5纳米线场发射扫面电镜照片；图3是实施例1所制备的新型改性NiAl基自润滑材料磨痕形貌图。图2和3显示V2O5纳米线直径为50nm，长度为1-10μm。V2O5纳米线整体结构为条状，且表面平整光滑（图2），较V2O5粉末颗粒提高了与NiAl基体的结合强度，有利于促进复合材料整体的力学性能，从而提高耐磨性。
经过HVS-1000型数显显微硬度仪测试，实施例1所制备的一种以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料的硬度为5.25GPa，相对密度为99.4%。图6（a）和7（a）说明该自润滑复合材料的摩擦系数小（约0.18）且波动幅度较小，磨损率为2.2×10- 5mm3/(Nm)，体现出优良的摩擦学性能。
实施例2
本实施例的改性NiAl基自润滑材料的制备方法，步骤如下：
（1）先将3gV2O5粉末置于4.5g的3.5%NaOH溶液内，用HCl将pH值调为2.0，将初始溶液转移至聚四氟乙烯容器内，并将聚四氟乙烯容器置于耐高压不锈钢反应釜内，采用高压蒸汽密封，并加热至135℃，保温48小时，随后自然冷却至室温，得到V2O5纳米线；
（2）按Ni：Al的摩尔比=1：1选取11.7克Ni粉和5.4克Al粉和上述制备的V2O5纳米线0.20克；将Ni粉、Al粉和V2O5纳米线混合，得到配料；
（3）将上述配料置于振动混料机内干混，振动混料外罐为钢罐，内置聚四氟乙烯罐，振动频率为30Hz，振动力为8000N，振荡时间为28分钟，得到烧结配料；
（4）放电等离子烧结得到所述的一种以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料，放电等离子烧结工艺为：烧结温度为950℃、升温速率为120℃/min、烧结压力为50MPa、真空度为1×10-2Pa、保温时间为5min。
经过HVS-1000型数显显微硬度仪测试，实施例2所制备的一种以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料的硬度为5.99GPa，相对密度为99.5%。图4为本发明实施例2制备的新型改性NiAl基自润滑材料磨痕形貌图。图4表明，磨损表面光滑，耐磨性能优良，体现出优良的摩擦学性能。
实施例3
本实施例的改性NiAl基自润滑材料的制备方法，步骤如下：
（1）先将3gV2O5粉末置于4.5g的3.5%NaOH溶液内，用HCl将pH值调为3.2，将初始溶液转移至聚四氟乙烯容器内，并将聚四氟乙烯容器置于耐高压不锈钢反应釜内，采用高压蒸汽密封，并加热至150℃，保温48小时，随后自然冷却至室温，得到V2O5纳米线。
（2）按Ni：Al的摩尔比=1：1选取11.7克Ni粉和5.4克Al粉和上述制备的V2O5纳米线0.36克；将Ni粉、Al粉和V2O5纳米线混合，得到配料；
（3）将上述配料置于振动混料机内干混，振动混料外罐为钢罐，内置聚四氟乙烯罐，振动频率为30Hz，振动力为8000N，振荡时间为35分钟，得到烧结配料；
（4）放电等离子烧结得到所述的一种以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料，放电等离子烧结工艺为：烧结温度为1000℃、升温速率为120℃/min、烧结压力为50MPa、真空度为1×10-1Pa、保温时间为5min。
经过HVS-1000型数显显微硬度仪测试实施例3所制备的以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料的硬度为5.55GPa，相对密度为99.1%。图5是本发明实施例3制得的新型改性NiAl基自润滑材料磨痕形貌图。图5表明放电等离子烧结的摩擦学性能优良。图6（c）是室温条件下，测试本发明实施例3所制得以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料的摩擦系数曲线，测试条件为：载荷15N、滑动速度0.40m/s、时间40min、摩擦半径3mm。图6（c）说明该自润滑复合材料的摩擦系数小（约0.15）且波动幅度小。此外，图7（c）表明实施例3制备出的载荷15N、滑动速度0.40m/s、时间40min、摩擦半径3mm的磨损率为2.3×10-5mm3/(Nm)。载荷15N、滑动速度0.40m/s、时间40min、摩擦半径3mm表现出了优良的摩擦学性能。
图6和7分别为室温条件下，测试本发明实施例1、2、3所制得一种以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料的摩擦系数曲线和磨损率曲线，测试条件为：载荷15N、滑动速度0.40m/s、时间40min、摩擦半径3mm。
本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数(如频率、温度、时间、真空度等)的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种改性NiAl基自润滑材料，其特征在于：它由Ni粉、Al粉和V2O5纳米线制备而成，其中Ni：Al的摩尔比=1：1，加入V2O5纳米线的质量为Ni粉和Al粉总质量的0.5-2.0%。
2.根据权利要求1所述的改性NiAl基自润滑材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）V2O5纳米线的制备：将V2O5粉末置于3.5wt%NaOH溶液内，用HCl调pH值为1.5-3.2，转移至聚四氟乙烯容器内，并将聚四氟乙烯容器置于耐高压不锈钢反应釜内，采用高压蒸汽密封，并加热至120-150℃，保温48小时，随后自然冷却至室温，得到V2O5纳米线；
（2）配料：按Ni：Al的摩尔比=1：1选取Ni粉和Al粉，按Ni粉、Al粉总质量的0.5-2.0%选取步骤（1）所得V2O5纳米线，将V2O5纳米线与Ni粉、Al粉混合，得到配料；
（3）干混：将步骤（2）得到的配料置于振动混料机内混合干混，得到烧结配料；
（4）烧结：将烧结配料采用放电等离子烧结得到以V2O5纳米线为润滑相和增强相的新型改性NiAl基自润滑材料。
3.根据权利要求2所述的改性NiAl基自润滑材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中V2O5与3.5wt%NaOH溶液的质量比为1:1.5。
4.根据权利要求2所述的改性NiAl基自润滑材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中得到的V2O5纳米线直径为50nm，长度为1-10μm。
5.根据权利要求2所述的改性NiAl基自润滑材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中的振动混料机的外罐为高压不锈钢罐，内置聚四氟乙烯罐，振动频率为30Hz，振动力为8000N，振荡时间为20-35分钟。
6.根据权利要求2所述的改性NiAl基自润滑材料的制备方法，其特征在于：其特征在于：所述步骤（4）中放电等离子烧结工艺为：烧结温度为900-1000℃、升温速率为120℃/min、烧结压力为50MPa、真空度为1×10-2-1×10-1Pa、保温时间为5min。
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