CN109022924A

CN109022924A - 一种海水环境下高强耐蚀固体润滑材料

Info

Publication number: CN109022924A
Application number: CN201810945235.6A
Authority: CN
Inventors: 朱圣宇; 杨军; 程军; 刘维民; 乔竹辉; 谈辉
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2018-12-18
Anticipated expiration: 2038-08-20
Also published as: CN109022924B

Abstract

本发明公开了一种海水环境下高强耐蚀固体润滑材料。该材料的组成及各组分的质量百分含量为：Ni₃Al 52~92 wt.%、Ag 5～30%、Cr 2~8 wt.%、Mo 1~10 wt.%。采用机械合金化制备粉体材料，然后用放电等离子快速烧结技术制备固体润滑材料。本发明所述固体润滑材料具有高硬度、良好的耐磨性和优异的润滑性能，可用作海洋环境中的滑动轴承、动密封部件。

Description

一种海水环境下高强耐蚀固体润滑材料

技术领域

本发明涉及一种海水环境下高强耐蚀固体润滑材料，该材料在海水环境中具有高硬度、高耐磨、强耐蚀、低摩擦等优点，可用作海洋环境中的滑动轴承、密封部件以及水润滑轴承等。

背景技术

海洋装备在工作过程中不可避免地暴露在海水环境下，如滑动轴承、桨叶、海水液压泵等设备。由于海水的冲刷作用润滑油或者润滑脂难以为机械零部件提供有效润滑，机械部件遭受严重磨损。而使用在海水环境下具有自润滑性能的固体润滑材料是解决上述问题的可行技术，它不需要外加润滑油脂，可在海水环境中直接使用，从而提高装备性能、延长使用寿命以及降低维修费用。

传统的海洋用固体润滑材料主要由金属基固体润滑材料、高分子材料以及石墨材料组成。然而，巴氏合金（Tribol Int. 2011;44:1161-7）、铜合金（Tribol Int. 2012;55:126-34）、聚四氟乙烯（Tribol Lett. 2011;42:17-25）、石墨等固体润滑材料的强度不高，限制了在高载、高速条件下的使用。与上述基体材料相比，镍铝金属间化合物具有更高的机械性能（Intermetallics 2000; 8: 1329-1337），且在海水环境中表现出较好的耐腐蚀性能（Wear 2003; 255: 162-169）和耐磨损性能（Tribology International 2014; 75: 24-30），但其摩擦系数较高，不能满足润滑性能的要求。目前，关于镍铝基固体润滑材料专利集中于高温条件下的应用（CN101463439B，CN102102155A），在海水环境中镍铝固体润滑材料的设计与制备方法尚无报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海水环境下高强耐蚀固体润滑材料。

本发明所述固体润滑材料Ni₃Al/Ag具有高硬度、良好的耐磨性和优异的润滑性能，可用作海洋环境中的滑动轴承、动密封部件。

一种海水环境下高强耐蚀固体润滑材料，其特征在于该固体润滑材料通过以下方法制备得到：将Ag粉、Cr粉、Mo粉和Ni₃Al粉混合、球磨，将球磨后的粉料放入石墨模具中，置于等离子烧结炉中烧结（SPS），然后关闭加热电源，随炉冷却。

所述Ag粉、Cr粉、Mo粉和Ni₃Al粉在四种原料中的质量百分数依次为5~30 wt.%、2~8 wt.%、1~10 wt.%、52~92 wt.%。

所述固体润滑材料在海水中的摩擦配副材料为氧化铝陶瓷。

所述球磨的条件：以200~350 r/min的速度混合6~10 h，球料比为1.2:1~2:1。

所述烧结的条件：压力20~40 MPa，升温速率50~300℃/min，当温度达到900~1100℃时，保温保压5~10 min。

所述升温速率：温度低于800℃时升温速率为100~300℃/min，高于800℃时为50℃/min。

本发明所制备的固体润滑材料的维氏硬度为160~370；采用SRV-4摩擦试验机测试固体润滑材料的摩擦磨损性能，介质为海水，对偶球为氧化铝陶瓷，载荷为50~200 N，频率为5~30 Hz，振幅为2 mm，运行时间30分钟，磨损率为10^-7 mm³/Nm量级，摩擦系数在0.05~0.15之间；腐蚀电位为-0.3~-0.1 V，腐蚀电流密度为10^-6~10^-5A/cm²。

本发明的优点在于：（1）Ni₃Al/Ag固体润滑材料在海水环境中与氧化铝陶瓷配副表现出优良的润滑性能与耐磨性能。（2）Ni₃Al/Ag固体润滑材料具有较高的强度和耐腐蚀性能。（3）制备过程中使用的SPS的烧结法，具有烧结速度快、能量高等特点，能够有效抑制晶粒长大，且工艺简单易行，能够有效降低烧结温度，节约能源，降低加工成本。

附图说明

图1为本发明实施例1所得材料在不同载荷条件下的摩擦系数。

图2为本发明实施例1所得材料在不同频率条件下的摩擦系数。

图3为本发明实施例1所得材料在不同载荷条件下的磨损率。

图4为本发明实施例1所得材料在不同频率条件下的磨损率。

具体实施方式

实施例1

将10 wt.% Ag粉、2 wt.% Cr粉、6 wt.% Mo粉与82 wt.% Ni₃Al粉混合，在球磨机中以300 r/min的速度混合8 h，球料比为2:1，将混合均匀的粉料放入石墨模具中，然后置于放电等离子烧结炉中加热，加载30 MPa，升温速率在温度低于800℃时为100℃/min，高于800℃时为50℃/min，当温度达到1100℃时，保温10 min。然后关闭电源，随炉冷却。

实施例2

将15 wt.% Ag粉、5 wt.% Cr粉、5 wt.% Mo粉与80 wt.% Ni₃Al粉混合，在球磨机中以250 r/min的速度混合7 h，球料比为2:1，将混合均匀的粉料放入石墨模具中，然后置于放电等离子烧结炉中加热，加载30 MPa，升温速率在温度低于800℃时为100℃/min，高于800℃时为50℃/min，当温度达到1000℃时，保温10 min。然后关闭电源，随炉冷却。

实施例3

将20 wt.% Ag粉、1 wt.% Cr粉、4 wt.% Mo粉与75 wt.% Ni₃Al粉混合，在球磨机中以300 r/min的速度混合7 h，球料比为1.5:1，将混合均匀的粉料放入石墨模具中，然后置于放电等离子烧结炉中加热，加载25 MPa，升温速率在温度低于800℃时为100℃/min，高于800℃时为50℃/min，当温度达到980℃时，保温15 min。然后关闭电源，随炉冷却。

Claims

1.一种海水环境下高强耐蚀固体润滑材料，其特征在于该固体润滑材料通过以下方法制备得到：将Ag粉、Cr粉、Mo粉和Ni₃Al粉混合、球磨，将球磨后的粉料放入石墨模具中，置于等离子烧结炉中烧结，然后关闭加热电源，随炉冷却。

2.如权利要求1所述的固体润滑材料，其特征在于所述Ag粉、Cr粉、Mo粉和Ni₃Al粉在四种原料中的质量百分数依次为5~30 wt.%、2~8 wt.%、1~10 wt.%、52~92 wt.%。

3.如权利要求1所述的固体润滑材料，其特征在于所述固体润滑材料在海水中的摩擦配副材料为氧化铝陶瓷。

4.如权利要求1所述的固体润滑材料，其特征在于所述球磨的条件：以200~350 r/min的速度混合6~10 h，球料比为1.2:1~2:1。

5.如权利要求1所述的固体润滑材料，其特征在于所述烧结的条件：压力20~40 MPa，升温速率50~300℃/min，当温度达到900~1100℃时，保温保压5~10 min。

6.如权利要求5所述的固体润滑材料，其特征在于所述升温速率：温度低于800℃时升温速率为100~300℃/min，高于800℃时为50℃/min。