CN106011539A - 一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料，该复合材料的组成及各组分的质量百分含量为：Ni3Al金属间化合物70～94%、V2O5 1～10%、Ag 5～20%。本发明还公开了该复合材料的制备方法，采用机械合金化制备粉体材料，然后用真空热压烧结技术制备块体材料。本发明所述复合材料具有良好的宽温域润滑抗磨性能，在高温高载等苛刻环境下作为轴承和密封材料具有良好的应用前景。

Description

一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种Ni3Al-V2O5-Ag宽温域自润滑复合材料及其制备方法，该材料具有良好的宽温域润滑抗磨性能，在高温、高载、无油等苛刻环境下作为轴承和密封材料具有良好的应用前景。
背景技术
高温是机械运动的最苛刻环境，部件将受到氧化、腐蚀和磨损的交互作用，同时材料的力学性能也会大幅度下降，导致材料加速失效。因此，高温润滑耐磨问题通常是整个系统可靠性和寿命的关键。随着现代工业的迅猛发展对高性能高温自润滑材料与技术具有巨大的需求。
Ni3Al金属间化合物具有长程有序的L12结构，兼具金属和陶瓷的优良性能，如强度高、抗氧化性好、导热率大等一系列特点，特别是其熔点近1400℃，比一般的镍基高温合金高，而其密度低于镍基高温合金的，从而可有效地提高比强度，成为镍基高温合金良好的替代材料。作为高温材料已在很多领域中得到应用，如高温模具、切割工具、抗氧化涂层、高温轴承、气体涡轮发动机中的活塞和阀门等各种部件。由于Ni3Al材料优异的高温性能，其非常适合作为高温自润滑材料的基体材料而易于推广和应用。
Ni3Al金属间化合物材料在无润滑的条件下摩擦系数较高，然而作为运动部件应用就必须对其进行有效的润滑设计。在高温条件下，常规的液体润滑技术很难实施，而表面固体润滑技术又存在寿命问题或者需要不断的补充，在这种极端苛刻条件下最具潜力的润滑方式是设计制备自润滑复合材料。
关于镍铝基高温自润滑复合材料已有专利公开报道。中国专利CN102102155A公开了一种镍铝/石墨的自润滑材料，与Al3O3配副时，25℃摩擦系数在0.31-0.37，600℃摩擦系数在0.42-0.48，高温时摩擦系数较高，更高温度的摩擦磨损性能并未报道。中国专利CN101463439B公开了一种镍铝金属间化合物基高温自润滑复合材料的制备方法，与Si3N4配副时，室温至1000℃的摩擦系数小于0.35。中国专利CN103752819A公开了一种镍铝/二硫化钨/纳米石墨烯的自润滑材料的室温摩擦学性能，而对高温摩擦学性能无报道。这三个发明专利均为镍铝材料作为结构材料，但以五氧化二钒和银作为复合润滑剂还未见专利公开报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽温域（室温到1000℃）具有良好自润滑性能的镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料及其制备方法。
本发明选择高温力学性能和抗氧化性能均优异的Ni3Al作为基体，通过添加匹配性良好的复合润滑剂来实现复合材料低温至高温的连续润滑。
一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料，其特征在于该复合材料的组成及各组分的质量百分含量为： Ni3Al金属间化合物 70～94%、V2O5 1～10%、Ag 5～20%。
如上所述镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料的制备方法，其特征在于具体制备方法如下：
将Ni3Al、V2O5和Ag粉末物料在球磨机中干混合4～8小时，转速为200～300 r/min，得到Ni3Al-V2O5-Ag复合粉末；将Ni3Al-V2O5-Ag复合粉末装入石墨模具中然后将其置于真空热压烧结炉中进行热压成型烧结，升温速率为10～20℃/min，真空度为10-2～10-1Pa，烧结温度为1000～1200℃，烧结压力为20～40MPa，烧结时间为10～30min；烧结完成后炉冷至室温，得到块体Ni3Al-V2O5-Ag宽温域自润滑复合材料。
所述球磨机的球料比为8:1，磨球为碳化钨（WC）球。
采用显微硬度计测试材料的硬度，测定条件为，载荷200 g，加载持续时间10 s。摩擦磨损试验是在HT-1000球盘接触式高温摩擦磨损试验机上进行的，盘为本发明的材料，尺寸为18.5×18.5 mm3，对偶为Φ6 mm的Si3N4球。载荷10 N，滑动速率0.2 m/s，旋转半径5mm，运行时间30分钟。测试温度为室温、400、800和1000℃。
本发明的特点之一是，材料宽温域润滑性能良好。
本发明的特点之二是，材料抗磨损性能优良。
本发明的特点之三是，材料耐热性好，氧化稳定性高。
本发明的特点之四是，通过调整材料组成可以调控材料性能。
本发明制备的宽温域自润滑复合材料组织结构良好，性能优异，作为轴承和密封等高温运动系统部件具有广泛的应用前景。
具体实施方式
实施例1
按照质量百分数88%Ni3Al合金粉末，2%V2O5粉末和10%Ag粉末，分别称取粉末材料，将其置于行星式球磨机中干混合，转速为250 r/min，球料比为8:1，磨球为WC球，球磨时间为6小时，获得混合均匀的Ni3Al-V2O5-Ag混合粉末。将该混合粉末装入涂有BN的石墨模具中，然后放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，炉腔真空度为10-2～10-1 Pa，升温速率为12 ℃/min，烧结温度为1100 ℃，烧结压力为35 MPa，烧结时间为20 min。烧结完成后随炉冷却至室温，得到致密的Ni3Al-2%V2O5-10%Ag高温自润滑复合材料。
经测试，材料的显微维氏硬度为2.5GPa，摩擦系数和磨损率如下表所示。
实施例2
照质量百分数80%Ni3Al合金粉末，5%V2O5粉末和15%Ag粉末，分别称取粉末材料，将其置于行星式球磨机中干混合，转速为200 r/min，球料比为8:1，磨球为WC球，球磨时间为8小时，获得混合均匀的Ni3Al-V2O5-Ag混合粉末。将该混合粉末装入涂有BN的石墨模具中，然后放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，炉腔真空度为10-2～10-1 Pa，升温速率为15 ℃/min，烧结温度为1200 ℃，烧结压力为30 MPa，烧结时间为20 min。烧结完成后随炉冷却至室温，得到致密的Ni3Al-5%V2O5-15%Ag高温自润滑复合材料。
经测试，材料的显微维氏硬度为3.1GPa，摩擦系数和磨损率如下表所示。
实施例3
照质量百分数76%Ni3Al合金粉末，4%V2O5粉末和20%Ag粉末，分别称取粉末材料，将其置于行星式球磨机中干混合，转速为200 r/min，球料比为4:1，磨球为WC球，球磨时间为6小时，获得混合均匀的Ni3Al-V2O5-Ag混合粉末。将该混合粉末装入涂有BN的石墨模具中，然后放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，炉腔真空度为10-2～10-1 Pa，升温速率为15 ℃/min，烧结温度为1150 ℃，烧结压力为30 MPa，烧结时间为30 min。烧结完成后随炉冷却至室温，得到致密的Ni3Al-4%V2O5-20%Ag高温自润滑复合材料。
经测试，材料的显微维氏硬度为2.8GPa，摩擦系数和磨损率如下表所示。
。

Claims (3)

1.一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料，其特征在于该复合材料的组成及各组分的质量百分含量为： Ni3Al金属间化合物 70～94%、V2O5 1～10%、Ag 5～20%。
2.如权利要求1所述镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料的制备方法，其特征在于具体制备方法如下：
将Ni3Al、V2O5和Ag粉末物料在球磨机中干混合4～8小时，转速为200～300 r/min，得到Ni3Al-V2O5-Ag复合粉末；将Ni3Al-V2O5-Ag复合粉末装入石墨模具中然后将其置于真空热压烧结炉中进行热压成型烧结，升温速率为10～20℃/min，真空度为10-2～10-1Pa，烧结温度为1000～1200℃，烧结压力为20～40MPa，烧结时间为10～30min；烧结完成后炉冷至室温，得到块体Ni3Al-V2O5-Ag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机的球料比为8:1，磨球为碳化钨球。
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