CN105986147A - 一种宽温域镍基自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种宽温域镍基自润滑复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105986147A
CN105986147A CN201610592466.4A CN201610592466A CN105986147A CN 105986147 A CN105986147 A CN 105986147A CN 201610592466 A CN201610592466 A CN 201610592466A CN 105986147 A CN105986147 A CN 105986147A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite material
temperature range
nickel
composite
lubricating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610592466.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105986147B (zh
Inventor
杨军
刘维民
甄金明
朱圣宇
程军
乔竹辉
李斐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Original Assignee
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS filed Critical Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority to CN201610592466.4A priority Critical patent/CN105986147B/zh
Publication of CN105986147A publication Critical patent/CN105986147A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105986147B publication Critical patent/CN105986147B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0089—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with other, not previously mentioned inorganic compounds as the main non-metallic constituent, e.g. sulfides, glass

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种宽温域镍基自润滑复合材料，该复合材料的组成及各组分的重量百分含量为：镍基合金 50～92%、Ag 0～15%、CaF2 3～10%、MoS2 5～25%；镍基合金为预烧结合金粉末，其组成及各组分的重量百分含量为：Ni 69～82%、Cr 9～12%、Mo 6～10%、V 1～3%、Al 2～6%。本发明还公开了该复合材料的制备方法，复合材料通过热压烧结技术制备。本发明所述复合材料在室温至高温700℃温度范围内具有低摩擦系数磨损率，并且同时具有高的强度。本发明所述复合材料适合制作在低温至700℃范围使用的轴承、轴衬、滑块及密封件等部件，在航空航天、机械等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种宽温域镍基自润滑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种宽温域镍基自润滑复合材料及其制备方法。该复合材料适合于制作发动机高温轴承等运动部件，其工作温度可以在室温至700℃范围。
背景技术
近年来，随着对小型化、轻量化、高性能以及高效率机械系统需求的增长，对运动部件的润滑性能要求也越来越苛刻。当温度超过350℃时，普通的液体润滑油脂及聚合物基润滑材料等由于挥发和分解而失去润滑作用，因此制备发明室温至高温条件下具有连续润滑性的宽温域自润滑复合材料和技术具有非常重要的意义。常用的MoS2、石墨、DLC薄膜、软金属以及碱金属氟化物等固体润滑剂仅在较窄的温度和环境范围可提供良好的润滑作用，单独使用时，均不能满足宽温域润滑的要求。
目前，关于镍基高温自润滑复合材料及其制备技术的专利和文献已有报道，美国专利报道的NiCr－Cr2O3－Ag+BaF2/CaF2共晶等离子喷涂涂层，即PS304涂层，在25、500和650℃时的摩擦系数分别为0.31、0.25和0.23，磨损率分别为（48、28、10）×10-5 mm3/Nm。NASA-TM-2009-215678技术报告报道的NiMoAl－Cr2O3－Ag+BaF2/CaF2涂层，即PS400涂层，在25、500和650℃下的摩擦系数分别为0.8、0.16和0.21，磨损率分别为（11.8、0.63和0.76）×10-5 mm3/Nm。专利CN101463439A报道的一种镍铝金属间化合物基自润滑复合材料，室温至1000℃摩擦系数和磨损率分别小于0.35和5.0×10-5 mm3/Nm，具有优异的润滑性能。专利CN102102155A报道的通过热压烧结方法制备的Ni－Al－石墨自润滑复合材料，与Al2O3陶瓷球配副时，25℃的摩擦系数为0.31～0.37，磨损率为0.81×10-5 mm3/Nm，600℃的摩擦系数为0.42～0.48，磨损率为1.6×10-5 mm3/Nm。文献（Wear 330-331 (2015) 272–279）报道了一种热压烧结的NiCr－BaMoO4复合材料，与Si3N4陶瓷球配副时，室温时的摩擦系数在0.6左右，600℃时，摩擦系数在0.26～0.30，磨损率在10-5～10-6 mm3/Nm。因此，开发室温至高温具有连续润滑性能的润滑材料在我国航空航天和国防高技术领域具有非常重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室温至高温700℃条件下同时具有高强度和良好自润滑性能的宽温域镍基自润滑复合材料及其制备方法。
本发明的基体材料镍基合金是一类非常优异的高温合金，具有良好的高温力学和抗氧化性能，选择软金属Ag、CaF2及MoS2作为复合固体润滑剂添加到镍基合金中来实现复合材料室温至高温700℃范围的连续润滑。
一种宽温域镍基自润滑复合材料，其特征在于该复合材料的组成及各组分的重量百分含量为：镍基合金 50～92%、Ag 0～15%、CaF2 3～10%、MoS2 5～25%；所述镍基合金为预烧结合金粉末，其组成及各组分的重量百分含量为：Ni 69～82%、Cr 9～12%、Mo 6～10%、V1～3%、Al 2～6%。
一种宽温域镍基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：将镍基合金、Ag、MoS2和CaF2粉末球磨混合，然后将混合好的粉末置于装有石墨模具的真空热压烧结炉中进行烧结，烧结参数为：真空度低于1×10-1 Pa，升温速率5～30℃/min，烧结温度850～1250℃，压力20～40 MPa，保温时间20～40 min，烧结结束后，复合材料随炉冷却至室温得到宽温域自润滑复合材料。
所述球磨的条件：WC球磨罐，WC球作为磨球，球料比0.5～3:1，转速100～300转/分，时间3～8小时。
复合材料的相组成用X射线衍射（XRD）分析；材料的组织结构和磨斑表面形貌特征用扫描电子显微镜（SEM）表征；复合材料的硬度用显微硬度计进行测试，测试条件为：载荷1kg，加载持续时间10 s；采用三点弯曲实验测试材料的抗弯强度，试样尺寸为25 mm×3 mm×3 mm，跨距为20 mm，压头下移速度为0.5 mm/min；压缩强度测试的试样尺寸为φ3 mm×4.5 mm，压头下移速度为0.5 mm/min；复合材料的摩擦磨损性能用HT–1000高温摩擦磨损试验机进行评价，接触模式采用球-盘式，复合材料作为盘试样，配副为Si3N4陶瓷球，载荷5 N，滑动线速度1 m/s，运行时间30 min，测试温度25℃、200℃、400℃、500℃、600℃、700℃。硬度取10次试验平均值，弯曲强度、压缩强度、摩擦系数和磨损率取3次试验平均值。
本发明采用上述材料组成和工艺参数制备的镍基宽温域自润滑复合材料具有以下优点：
本发明的特点之一是，本发明所述材料热稳定性好，氧化稳定性高。
本发明的特点之二是，本发明所述材料从400～700℃呈现低于0.2的摩擦系数，如附图1所示。在各温度段摩擦系数稳定，如附图3所示600℃下的代表性摩擦系数曲线。
本发明的特点之三是，本发明所述材料的强度较高，室温压缩强度为810～1150MPa，硬度适中为3.2～3.8 GPa。
本发明制备的宽温域自润滑镍基复合材料组织结构良好，润滑性能优异，作为航空发动机及热核等高温运动系统部件具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备材料摩擦系数随温度变化的曲线。400℃～700℃温度范围内，平均摩擦系数低于0.2，且摩擦系数随温度变化较小。
图2为本发明实施例2制备材料磨损率随温度变化的曲线。磨损率在10-5 mm3/Nm至10-4 mm3/Nm量级，随温度升高逐渐增大，材料抗磨损性能较好。
图3为本发明实施例1制备材料在600℃的摩擦系数随时间变化代表性曲线，摩擦系数快速趋于平稳且保持稳定。
具体实施方式
实施例1：
按照质量百分比：5%CaF2、8%MoS2、87%镍基合金粉末，分别称取各粉末物料，其中镍基合金粉末组成为69Ni-12Cr-10Mo-3V-6Al。然后将粉末置于高能球磨机中，在200 转/分转速条件下混合4小时，得到混合粉末。将混合粉末装入石墨模具中，然后置于真空热压烧结炉中烧结，参数为：真空度低于5×10-1 Pa，升温速率10℃/min，烧结温度1200℃，压力35MPa，保温时间25 min，烧结结束后，材料随炉冷却至室温得到镍基宽温域自润滑复合材料。
材料的室温压缩强度为1150 MPa，弯曲强度为370 MPa，显微硬度为3.7 GPa，复合材料25 ºC至700 ºC温度范围内的摩擦系数和磨损率见表1。
表1：实施材料1与Si3N4陶瓷球配副的摩擦系数和磨损率
实施例2：
按照质量百分比：8%Ag、8%CaF2、15%MoS2、69%镍基合金粉末，分别称取各粉末物料，其中镍基合金粉末组成为80Ni-9Cr-6Mo-1V-4Al。然后将粉末置于高能球磨机中，在250转/分转速条件下混合6小时，得到混合粉末。将混合粉末装入石墨模具中，然后置于真空热压烧结炉中烧结，参数为：真空度2×10-1 Pa，升温速率20℃/min，烧结温度1100℃，压力30 MPa，保温时间20 min，烧结结束后，材料随炉冷却至室温得到宽温域自润滑复合材料。
材料的室温压缩强度为1020 MPa，弯曲强度为470 MPa，显微硬度为3.5 GPa，复合材料25℃至700℃宽温域内的摩擦系数和磨损率见表2。
表2：实施材料2与Si3N4陶瓷球配副的摩擦系数和磨损率
实施例3：
按照质量百分比：13%Ag、10%CaF2、25%MoS2、52%镍基合金粉末，分别称取各粉末物料。其中镍基合金粉末组成为76Ni-11Cr-8Mo-2V-3Al。然后将粉末置于高能球磨机中，在250转/分条件下混合8小时，得到混合粉末。将混合粉末装入石墨模具中，然后置于真空热压烧结炉中烧结，参数为：真空度4×10-1 Pa，升温速率30℃/min，烧结温度1000 ºC，压力40MPa，保温时间15 min，烧结结束后，材料随炉冷却至室温得到宽温域自润滑复合材料。
材料的室温压缩强度为810 MPa，弯曲强度为350 MPa，显微硬度为3.2 GPa，复合材料25℃至700℃宽温域内的摩擦系数和磨损率见表3。
表3：实施材料3与Si3N4陶瓷球配副的摩擦系数和磨损率
。

Claims (3)

1.一种宽温域镍基自润滑复合材料，其特征在于该复合材料的组成及各组分的重量百分含量为：镍基合金 50～92%、Ag 0～15%、CaF2 3～10%、MoS2 5～25%；所述镍基合金为预烧结合金粉末，其组成及各组分的重量百分含量为：Ni 69～82%、Cr 9～12%、Mo 6～10%、V 1～3%、Al 2～6%。
2.如权利要求1所述的宽温域镍基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：将镍基合金、Ag、MoS2和CaF2粉末球磨混合，然后将混合好的粉末置于装有石墨模具的真空热压烧结炉中进行烧结，烧结参数为：真空度低于1×10-1 Pa，升温速率5～30 ℃/min，烧结温度850～1250 ℃，压力20～40 MPa，保温时间20～40 min，烧结结束后，复合材料随炉冷却至室温得到宽温域自润滑复合材料。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述球磨的条件：WC球磨罐，WC球作为磨球，球料比0.5～3:1，转速100～300 r/min，时间3～8 h。
CN201610592466.4A 2016-07-26 2016-07-26 一种宽温域镍基自润滑复合材料及其制备方法 Active CN105986147B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610592466.4A CN105986147B (zh) 2016-07-26 2016-07-26 一种宽温域镍基自润滑复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610592466.4A CN105986147B (zh) 2016-07-26 2016-07-26 一种宽温域镍基自润滑复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105986147A true CN105986147A (zh) 2016-10-05
CN105986147B CN105986147B (zh) 2017-12-22

Family

ID=57044761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610592466.4A Active CN105986147B (zh) 2016-07-26 2016-07-26 一种宽温域镍基自润滑复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105986147B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106811645A (zh) * 2017-01-12 2017-06-09 中国科学院兰州化学物理研究所 一种碳化硅基高温自润滑复合材料及其制备方法
CN107805807A (zh) * 2017-10-23 2018-03-16 武汉理工大学 一种基于激光熔融沉积的汽轮机滑块及其制备方法
CN108504920A (zh) * 2018-04-25 2018-09-07 武汉理工大学 H13钢基自润滑热作模具材料及制备方法
CN108531778A (zh) * 2018-03-22 2018-09-14 中南大学 一种镍基自润滑复合材料及其制备方法
CN109402481A (zh) * 2018-12-11 2019-03-01 中国科学院兰州化学物理研究所 一种海水环境下镍硅基自润滑合金及其制备方法
CN111139475A (zh) * 2019-07-04 2020-05-12 盐城百圣机械有限公司 一种适用于中低温空气轴承轴颈自润滑涂层的制备
CN111440968A (zh) * 2020-05-15 2020-07-24 中国科学院兰州化学物理研究所 一种镍基宽温域高强度自润滑复合材料及其制备方法
CN111961944A (zh) * 2020-09-02 2020-11-20 宁波康强微电子技术有限公司 一种宽温域自润滑VN-AgMoS2复合材料及其制备方法
CN114058921A (zh) * 2021-09-29 2022-02-18 五矿营口中板有限责任公司 一种连铸机用铁基自润滑轴承材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1814848A (zh) * 2005-01-12 2006-08-09 斯奈克玛公司 适于烧结以形成自润滑固体材料的粉末混合物
CN101619406A (zh) * 2009-07-24 2010-01-06 核工业理化工程研究院华核新技术开发公司 一种高温镍基自润滑材料及其制备方法
CN101709412A (zh) * 2009-12-10 2010-05-19 洛阳轴研科技股份有限公司 一种镍基轴承保持架材料及其制备方法
CN102337427A (zh) * 2011-09-28 2012-02-01 中南大学 一种镍基宽温带高温自润滑材料及其制备方法
CN103510780A (zh) * 2013-09-29 2014-01-15 芜湖市顺昌汽车配件有限公司 一种具有防夹功能的车窗控制系统及其控制方法
CN105294099A (zh) * 2014-07-22 2016-02-03 中国科学院兰州化学物理研究所 一种ZrO2–MoS2–CaF2高温自润滑耐磨材料

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1814848A (zh) * 2005-01-12 2006-08-09 斯奈克玛公司 适于烧结以形成自润滑固体材料的粉末混合物
CN101619406A (zh) * 2009-07-24 2010-01-06 核工业理化工程研究院华核新技术开发公司 一种高温镍基自润滑材料及其制备方法
CN101709412A (zh) * 2009-12-10 2010-05-19 洛阳轴研科技股份有限公司 一种镍基轴承保持架材料及其制备方法
CN102337427A (zh) * 2011-09-28 2012-02-01 中南大学 一种镍基宽温带高温自润滑材料及其制备方法
CN103510780A (zh) * 2013-09-29 2014-01-15 芜湖市顺昌汽车配件有限公司 一种具有防夹功能的车窗控制系统及其控制方法
CN105294099A (zh) * 2014-07-22 2016-02-03 中国科学院兰州化学物理研究所 一种ZrO2–MoS2–CaF2高温自润滑耐磨材料

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106811645A (zh) * 2017-01-12 2017-06-09 中国科学院兰州化学物理研究所 一种碳化硅基高温自润滑复合材料及其制备方法
CN106811645B (zh) * 2017-01-12 2018-10-23 中国科学院兰州化学物理研究所 一种碳化硅基高温自润滑复合材料及其制备方法
CN107805807A (zh) * 2017-10-23 2018-03-16 武汉理工大学 一种基于激光熔融沉积的汽轮机滑块及其制备方法
CN108531778A (zh) * 2018-03-22 2018-09-14 中南大学 一种镍基自润滑复合材料及其制备方法
CN108504920A (zh) * 2018-04-25 2018-09-07 武汉理工大学 H13钢基自润滑热作模具材料及制备方法
CN109402481B (zh) * 2018-12-11 2021-03-26 中国科学院兰州化学物理研究所 一种海水环境下镍硅基自润滑合金及其制备方法
CN109402481A (zh) * 2018-12-11 2019-03-01 中国科学院兰州化学物理研究所 一种海水环境下镍硅基自润滑合金及其制备方法
CN111139475A (zh) * 2019-07-04 2020-05-12 盐城百圣机械有限公司 一种适用于中低温空气轴承轴颈自润滑涂层的制备
CN111440968A (zh) * 2020-05-15 2020-07-24 中国科学院兰州化学物理研究所 一种镍基宽温域高强度自润滑复合材料及其制备方法
CN111440968B (zh) * 2020-05-15 2022-03-29 中国科学院兰州化学物理研究所 一种镍基宽温域高强度自润滑复合材料及其制备方法
CN111961944A (zh) * 2020-09-02 2020-11-20 宁波康强微电子技术有限公司 一种宽温域自润滑VN-AgMoS2复合材料及其制备方法
CN111961944B (zh) * 2020-09-02 2021-11-30 宁波康强微电子技术有限公司 一种宽温域自润滑VN-AgMoS2复合材料及其制备方法
CN114058921A (zh) * 2021-09-29 2022-02-18 五矿营口中板有限责任公司 一种连铸机用铁基自润滑轴承材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105986147B (zh) 2017-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105986147B (zh) 一种宽温域镍基自润滑复合材料及其制备方法
CN107058808B (zh) 一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法
CN105908049A (zh) 一种高熵合金基自润滑复合材料及其制备方法
CN103540780B (zh) 一种高强度镍基高温自润滑复合材料的制备方法
CN106086526A (zh) 一种耐高温宽温域自润滑复合材料及其制备方法
CN103572137A (zh) 一种NiCr-Al2O3自润滑复合材料及其制备方法
CN103394688A (zh) 一种耐热抗磨自润滑材料及其制备方法
CN111440968B (zh) 一种镍基宽温域高强度自润滑复合材料及其制备方法
CN106011539B (zh) 一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料及其制备方法
CN106086568A (zh) 一种宽真空耐高温自润滑复合材料及其制备方法
CN105714135A (zh) 一种Ni-Al基低摩擦抗磨损复合材料的制备方法
CN108707784B (zh) 一种硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料及其制备方法
CN104878272A (zh) 一种镍铝/氧化铜高温自润滑复合材料及其制备方法
CN106086525A (zh) 一种低摩擦镍基高温自润滑复合材料及其制备方法
CN111001811B (zh) 一种以Cu@Ni核壳结构为润滑相的宽温域Ni3Al基自润滑复合材料及其制备方法
CN105294099A (zh) 一种ZrO2–MoS2–CaF2高温自润滑耐磨材料
CN111748719B (zh) 宽温域自润滑VN-Ag2MoO4复合材料及其制备方法
CN116710219A (zh) 滑动构件、轴承、滑动构件的制造方法、轴承的制造方法
CN106498232B (zh) 一种镍铝基自修复复合材料的制备方法
CN114000007B (zh) 一种铜基自润滑复合材料及其制备方法
CN111961944B (zh) 一种宽温域自润滑VN-AgMoS2复合材料及其制备方法
CN104878271B (zh) 一种铁铝/硫酸锶钡高温自润滑复合材料及其制备方法
CN111549258B (zh) 一种高温润滑复合材料及其制备方法和应用
CN108823449B (zh) 一种钛铝基自润滑复合材料及其制备方法
CN108642325B (zh) 一种宽温域连续自润滑型镍铝基自润滑复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant