CN106086525A

CN106086525A - 一种低摩擦镍基高温自润滑复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN106086525A
Application number: CN201610592419.XA
Authority: CN
Inventors: 朱圣宇; 杨军; 程军; 乔竹辉; 刘维民
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2016-11-09

Abstract

本发明公开了一种低摩擦镍基高温自润滑复合材料，该复合材料的组成及各组分所占的质量百分数为：Ni基合金55～89%、石墨1～5%、WS₂5～20%、Ag5～20%；Ni基合金为雾化合金粉末，其组成及各组分所占的质量百分数为：Ni 60～95%、Cr 1～10%、Mo 1～5%、W 1～5%、Cu 1～10%、Al 1～10%。本发明还公开了该复合材料的制备方法，通过热压烧结技术制备的复合材料从室温到高温500℃具有低摩擦（<0.2）和高耐磨性能。本发明所述复合材料适合制作高温轴承、滑块等部件，在高低温、高低载、高低速等苛刻环境下具有良好的应用前景。

Description

一种低摩擦镍基高温自润滑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种低摩擦镍基高温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，在高低温、高低载、高低速等苛刻环境下作为自润滑材料具有良好的应用前景。

背景技术

现代工业的发展使得材料在高温条件下的摩擦、磨损和润滑问题日益受到重视。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，在这种极端工况下最具潜力的润滑方式是自润滑。高温自润滑复合材料和技术是解决高温苛刻环境中润滑问题的有效途径。然而，目前国内外公开报道的高温自润滑复合材料摩擦系数较高（约为0.3），其润滑性能不能满足实际使用要求，严重阻碍了工业化应用。因此，迫切需要研发低摩擦系数（<0.2）的新型高温自润滑复合材料来解决高端装备的技术瓶颈。

单一润滑剂难以满足宽温域自润滑性能的要求，而两种或两种以上的复合润滑剂的使用可以实现从低温到高温的连续润滑性能。中国专利CN103639405A公开了一种金属基高温自润滑复合材料及其制备方法，在铁铜合金基体中添加石墨和二硫化钼固体润滑剂制备出自润滑复合材料，仅公开报道了400℃时的摩擦系数，没有说明摩擦条件。文献（Composites: Part A 38 (2007) 348–352）报道了一种无压烧结的PM304材料，与镍基合金Inconel X-750配副时，室温至800 ºC的摩擦系数在0.32–0.40。文献(Wear 2008; 265:533–539)报道了在镍基合金中添加石墨和二硫化钼制备的自润滑复合材料，与镍基合金对磨的摩擦系数为0.4左右，与陶瓷配副时有较低的摩擦系数。众所周知，材料的摩擦学性能与摩擦体系（摩擦对偶、速度、载荷、介质等）密切相关。针对高温环境中普遍应用的镍基合金的摩擦磨损问题，本发明利用粉末冶金制备技术，通过材料成分组成的科学设计，发挥镍基合金基体相、原位生成抗磨相、复配固体润滑相等协同效应，研制出具有满足不同工况条件下使用的低摩擦高温自润滑复合材料及其制备技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从室温到高温500℃的低摩擦镍基高温自润滑复合材料。

本发明所述复合材料通过多种润滑剂的复配来实现宽温域低摩擦和高耐磨性能，该材料主要用于制作高温环境下使用的滑动部件。

一种低摩擦镍基高温自润滑复合材料，其特征在于该复合材料的组成及各组分所占的质量百分数为：Ni基合金55～89%、石墨1～5%、WS₂5～20%、Ag5～20%；所述Ni基合金为雾化合金粉末，其组成及各组分所占的质量百分数为：Ni 60～95%、Cr 1～10%、Mo 1～5%、W1～5%、Cu 1～10%、Al 1～10%。

一种低摩擦镍基高温自润滑复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：将Ni基合金粉末和石墨、WS₂、Ag固体润滑粉末置于高能球磨机中干混合得到复合粉末，然后将复合粉末装入石墨模具中并将其置于真空热压烧结炉中进行热压成型烧结，烧结参数为：升温速率10～50℃/min，真空度10^-2～10^-1Pa，烧结温度700～1000℃，烧结压力10～40MPa，保温时间为10～60min，烧结完成后炉冷至室温，得到块体镍基高温自润滑复合材料。

所述球磨的参数为：球磨时间4～8小时，球料比3-8：1，磨球为碳化钨硬质合金球，转速为200～300r/min。

采用X射线衍射（XRD）分析材料的相组成；采用扫描电子显微镜（SEM）分析材料组织结构和磨斑形貌特征；采用HT-1000栓盘接触式高温摩擦磨损试验机测试材料的摩擦磨损性能，盘为本发明的材料，尺寸为18.5×18.5mm³，对偶为镍基合金GH4169栓，该栓与盘接触部分被加工成具有Φ6mm的半球形状。实验条件如下：载荷15N，滑动速率0.033m/s，运行时间8分钟，测试温度为室温、200和450℃。其摩擦学性能见下表。

本发明的特点之一是，本发明所述材料室温到高温的润滑性能优良且抗磨损性能良好。

本发明的特点之二是，本发明所述材料硬度较高，润滑剂在基体中分布均匀，组织结构均匀。

本发明的特点之三是，本发明所述材料可在多种环境气氛条件下保持良好的自润滑性能。

本发明的特点之四是，本发明通过调整材料组成可以调控材料性能。

具体实施方式

实施例1

按照质量百分数68%的Ni基合金，质量百分数为2%的石墨，质量百分数为15%的WS₂和质量百分数为15%的Ag，分别称取粉末材料，将其置于行星式高能球磨机中干混合，转速为300r/min，球料比为8:1，磨球为碳化钨硬质合金球，球磨时间为6小时，获得均匀的混合粉末。将该混合粉末装入涂有六方氮化硼的石墨模具中，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^-1Pa，升温速率为10℃/min，烧结温度为950℃，烧结压力为35MPa，烧结时间为30min。烧结完成后随炉冷却至室温，得到致密的Ni-2%C-15%WS₂-15%Ag高温自润滑复合材料。

实施例2

按照质量百分数65%的Ni基合金，质量百分数为5%的石墨，质量百分数为20%的WS₂和质量百分数为10%的Ag，分别称取粉末材料，将其置于行星式高能球磨机中干混合，转速为250r/min，球料比为6:1，磨球为碳化钨硬质合金球，球磨时间为4小时，获得均匀的混合粉末。将该混合粉末装入涂有六方氮化硼的石墨模具中，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^-1Pa，升温速率为20℃/min，烧结温度为950℃，烧结压力为25MPa，烧结时间为60min。烧结完成后随炉冷却至室温，得到致密的Ni-5%C-20%WS₂-10%Ag高温自润滑复合材料。

Claims

1.一种低摩擦镍基高温自润滑复合材料，其特征在于该复合材料的组成及各组分所占的质量百分数为：Ni基合金55～89%、石墨1～5%、WS₂5～20%、Ag5～20%；所述Ni基合金为雾化合金粉末，其组成及各组分所占的质量百分数为：Ni 60～95%、Cr 1～10%、Mo 1～5%、W 1～5%、Cu 1～10%、Al 1～10%。

2.如权利要求1所述的低摩擦镍基高温自润滑复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：将Ni基合金粉末和石墨、WS₂、Ag固体润滑粉末置于高能球磨机中干混合得到复合粉末，然后将复合粉末装入石墨模具中并将其置于真空热压烧结炉中进行热压成型烧结，烧结参数为：升温速率10～50℃/min，真空度10^-2～10^-1Pa，烧结温度700～1000℃，烧结压力10～40MPa，保温时间为10～60min，烧结完成后炉冷至室温，得到块体镍基高温自润滑复合材料。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述球磨的参数为：球磨时间4～8小时，球料比3-8：1，磨球为碳化钨硬质合金球，转速为200～300r/min。