CN107584125A - 一种高韧自润滑赛隆基复合材料的制备方法 - Google Patents

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本发明公开了一种高韧自润滑赛隆基复合材料的制备方法。本发明主要是从材料高韧兼具自润滑性能的角度出发，使用铜粉原位生成结合良好且分布均匀的铜硅合金，来改善材料的性能。本发明制备的赛隆基复合材料兼具优异的力学性能（高韧性）和摩擦学性能（低摩擦磨损），在800℃以上的温度范围内呈现出优异的自润滑性能，特别适用于在高温服役工况下(800～900℃)仍要求保持低摩擦和高韧性的特殊工件。

Description

一种高韧自润滑赛隆基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高韧自润滑赛隆基复合材料的制备方法，该材料在室温～900ºC下具有良好的断裂韧性，特别是在800～900ºC高温下内具有良好的自润滑性能。
背景技术
润滑材料的可靠性和稳定性已成为确保航天、航空、核能、轨道交通等高端装备机械系统安全、稳定、高效运行的关键因素。近年来，随着我国高技术的飞速发展，机械部件的运行工况越来越苛刻，润滑材料的使役条件涉及高温、强腐蚀、震动、特殊介质和气氛等多因素耦合环境，这对润滑材料服役的可靠性和稳定性提出了更高更为迫切的要求。目前，能够在高温（800ºC以上）、特殊介质和气氛等耦合环境下长期稳定服役的润滑材料已成为制约各类高端装备发展的瓶颈。
陶瓷润滑复合材料除具有一般固体润滑材料的优点，如低摩擦、高承载外，还具有密度低、硬度高、良好的抗热震性能、化学稳定性等优点，在航空、航天、汽车、船舶等领域具有广泛的潜在应用。然而，赛隆陶瓷材料由于较低的断裂韧性和高温下耐磨性差而制约了其在结构材料方面更加广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在室温至900ºC范围内具有良好的断裂韧性和在高温下具有自润滑性能的赛隆基复合材料的制备方法。
本发明的发明思想主要是从材料高韧兼具自润滑性能的角度出发，使用铜粉原位生成结合良好且分布均匀的铜硅合金，来改善材料的性能。
一种高韧自润滑赛隆基复合材料的制备方法，其特征在于该方法将按照质量百分比，称取70～90wt%的赛隆和10～30wt%的铜粉；然后将粉末置于球磨机中混合，得到粒径为0.65～2μm的混合粉末；随后将混合粉末装入石墨模具中，置于放电等离子烧结炉中烧结；烧结参数为：真空度为10-2～10-1Pa，升温速度为100～150ºC/min，烧结温度为1550～1600ºC，压力为30～40MPa，保温时间5～10min；烧结结束后，随炉冷却至室温得到赛隆基复合材料。
本发明所述的赛隆的组成为Si4Al2O2N4。
采用阿基米德原理测量材料的密度。采用维式显微硬度计测试材料的硬度，测试条件为：载荷10kg，加载持续时间10s。采用压痕法来计算材料的断裂韧性。摩擦磨损实验采用HT-1000高温摩擦磨损试验机进行评价，对偶球为Si3N4陶瓷，载荷为5N，滑动线速度为0.10m/s，摩擦半径为4mm，行程为200m，测试温度为600ºC、800ºC和900ºC。密度、硬度、摩擦系数和磨损率为3次试验平均值,而断裂韧性至少测试9个点的平均值。
本发明制备的高韧自润滑赛隆基复合材料具有以下优点：
1、赛隆基复合材料由原位生成的结合良好的铜硅合金和赛隆相组成。这种材料的制备是基于第二相颗粒可以增加裂纹在扩展过程中的能量耗散来提高材料的断裂韧性。该材料经压痕法测试材料的断裂韧性发现，其在室温至900ºC均具有良好的断裂韧性。
2、利用均匀分布的增韧相（铜硅合金）在高温摩擦过程中可以生成具有润滑作用的CuO润滑膜，从而改善摩擦界面的接触状态，满足在一定温度范围内连续润滑，使材料在800ºC以上的温度范围内具有连续持久的自润滑性能，实现陶瓷复合材料的结构/润滑功能一体化设计。
本发明所制备的赛隆基复合材料兼具优异的力学性能（高韧性）和摩擦学性能（低摩擦磨损），在800ºC以上的温度范围内呈现出优异的自润滑性能，特别适用于在高温服役工况下(800～900ºC) 仍要求保持低摩擦和高韧性的特殊工件。
附图说明
图1 本发明所述赛隆基复合材料在25～900ºC下的断裂韧性。
图2 本发明所述赛隆基复合材料与氮化硅球配副在900ºC下的摩擦系数曲线。
图3本发明所述赛隆基复合材料及其对偶在900ºC下的磨斑显微照片。
具体实施方式
下面将本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
按照质量百分比，分别称取90wt%的赛隆和10wt%的铜粉，其中赛隆粉末的组成为Si4Al2O2N4；然后将粉末置于球磨机中或者，得到粒径为0.65～0.8μm的混合粉末。随后将混合粉末装入石墨模具中，置于等离子体烧结炉中烧结。烧结参数为：真空度低于5×10-1Pa，升温速率150ºC/min，烧结温度1600ºC，压力35MPa，保温时间10min。烧结结束后，随炉冷却至室温得到赛隆基复合材料。然后采用压痕法来计算材料的断裂韧性。测试条件为：载荷10kg、加载持续时间10s、测试温度为25ºC、200ºC、400ºC、600ºC、800ºC和900ºC。其赛隆基复合材料在25～900 ºC下的断裂韧性如图1所示。
实施例2：
按照质量百分比，分别称取70wt%的赛隆和30wt%的铜粉，其中赛隆粉末的组成为Si4Al2O2N4；然后将粉末置于球磨机中混合，得到粒径为1.7～2μm的混合粉末。随后将混合粉末装入石墨模具中混合，置于放电等离子烧结炉中烧结。烧结参数为：真空度低于5×10- 1Pa，升温速率150ºC/min，烧结温度1600ºC，压力35 MPa，保温时间10 min。烧结结束后，随炉冷却至室温得到赛隆基复合材料。摩擦磨损实验采用HT-1000高温摩擦磨损试验机进行评价，对偶球为Si3N4陶瓷，载荷为5N，滑动线速度为0.10m/s，摩擦半径为4mm，行程为200m，测试温度为600ºC、800ºC和900ºC。图2为赛隆基复合材料与氮化硅球配副在900ºC下的摩擦系数曲线。
实施例3：
按照质量百分比，分别称取80wt%的赛隆和20wt%的铜粉，其中赛隆粉末的组成为Si4Al2O2N4；然后将粉末置于球磨机中混合，得到粒径为0.8～0.9μm的混合粉末。随后将混合粉末装入石墨模具中，置于放电等离子烧结炉中烧结。烧结参数为：真空度低于5×10- 1Pa，升温速率150ºC/min，烧结温度1600ºC，压力35MPa，保温时间10min。烧结结束后，随炉冷却至室温得到赛隆基复合材料。断裂韧性采用压痕法来计算。测试条件为：载荷10kg、加载持续时间10s、测试温度为25ºC、200ºC、400ºC、600ºC、800ºC和900ºC。其高摩擦磨损实验采用HT-1000高温摩擦磨损试验机进行评价，对偶球为Si3N4陶瓷，载荷为5N，滑动线速度为0.10m/s，摩擦半径为4mm，行程为200m，测试温度为600ºC、800ºC和900ºC。图3为赛隆基复合材料与氮化硅球配副在900ºC下的磨斑形貌。
赛隆基复合材料在25ºC、200ºC、400ºC、600ºC、800ºC和900ºC温度范围内的断裂韧性见表1。
表1：实施例3的赛隆基复合材料在25～900ºC的断裂韧性
温度（ºC） 25 200 400 600 800 900
断裂韧性（MPa·m1/2） 6.25 5.65 5.10 4.64 4.21 3.90
赛隆基复合材料在600ºC、800ºC和900ºC温度范围内的摩擦系数和磨损率见表2。
表2：实施例3的赛隆基复合材料与Si3N4陶瓷球配副的摩擦系数和磨损率
温度（ºC） 600 800 900
平均摩擦系数 0.80 0.66 0.61
磨损率（10-5mm3/Nm） 7.24 2.72 1.36

Claims (2)

1.一种高韧自润滑赛隆基复合材料的制备方法，其特征在于该方法将按照质量百分比，称取70～90wt%的赛隆和10～30wt%的铜粉；然后将粉末置于球磨机中混合，得到粒径为0.65～2μm的混合粉末；随后将混合粉末装入石墨模具中，置于放电等离子烧结炉中烧结；烧结参数为：真空度为10-2～10-1Pa，升温速度为100～150ºC/min，烧结温度为1550～1600ºC，压力为30～40MPa，保温时间5～10min；烧结结束后，随炉冷却至室温得到赛隆基复合材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于赛隆的组成为Si4Al2O2N4。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108526366A (zh) * 2018-04-04 2018-09-14 武汉理工大学 基于Sialon陶瓷的自润滑热锻模具及其制备方法
CN108610057A (zh) * 2018-04-09 2018-10-02 中国科学院兰州化学物理研究所 一种宽温域减摩抗磨兼具高韧的赛隆基复合材料及其制备方法
CN109055803A (zh) * 2018-08-17 2018-12-21 中国科学院兰州化学物理研究所 一种高强抗磨铜基复合材料

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61104036A (ja) * 1984-10-24 1986-05-22 Hitachi Ltd セラミツクスと金属との複合焼結体の製造法
CN1916201A (zh) * 2006-07-14 2007-02-21 清华大学 金属材料和陶瓷材料对称梯度复合材料的制备方法
CN101274853A (zh) * 2008-05-21 2008-10-01 哈尔滨工业大学 一种Sc-α-sialon陶瓷材料及其制备方法
CN101851098A (zh) * 2010-05-18 2010-10-06 武汉理工大学 半透明Li-α-SiAlON陶瓷材料的快速制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61104036A (ja) * 1984-10-24 1986-05-22 Hitachi Ltd セラミツクスと金属との複合焼結体の製造法
CN1916201A (zh) * 2006-07-14 2007-02-21 清华大学 金属材料和陶瓷材料对称梯度复合材料的制备方法
CN101274853A (zh) * 2008-05-21 2008-10-01 哈尔滨工业大学 一种Sc-α-sialon陶瓷材料及其制备方法
CN101851098A (zh) * 2010-05-18 2010-10-06 武汉理工大学 半透明Li-α-SiAlON陶瓷材料的快速制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108526366A (zh) * 2018-04-04 2018-09-14 武汉理工大学 基于Sialon陶瓷的自润滑热锻模具及其制备方法
CN108610057A (zh) * 2018-04-09 2018-10-02 中国科学院兰州化学物理研究所 一种宽温域减摩抗磨兼具高韧的赛隆基复合材料及其制备方法
CN109055803A (zh) * 2018-08-17 2018-12-21 中国科学院兰州化学物理研究所 一种高强抗磨铜基复合材料

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