CN109321849A - 一种适用于高低温的Fe基自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于高低温的Fe基自润滑复合材料及其制备方法,其化学成分的体积百分比为:TiCx 5‑20vol.%(0.4≤x≤1.1)、Ti3SiC2 10‑35vol.%、Cu 1‑7vol.%、Ni 0.1‑3vol.%、Cr 0.1‑3vol.%、圆葱碳0.1‑7.5vol.%,其余为Fe粉;上述复合材料的制备方法主要是将TiCx粉、Ti3SiC2颗粒、圆葱碳、Fe基合金粉经过混料、预压烘干以及放电等离子烧结,制得适用于高低温的Fe基自润滑复合材料。本发明操作简单,制备周期短,适用于批量化生产恶劣工况下自润滑轴承等减摩材料。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域,具体地涉及一种适用于高低温的Fe基自润滑复合材料及 其制备方法。
背景技术
随着Fe合金的不断研发,性能不断改善,目前航空航天轴承、航天起落架等转动摩擦领 域也在试图应用Fe基自润滑复合材料。Manmen Liu等人在之前很多研究之后利用Ti3AlC2 代替石墨采用Ag/Ti3AlC2结合替代Ag/石墨,由于Ti3AlC2的部分分解而在界面区形成Ag (Al)固溶体,这大大增强了Ag/Ti3AlC2复合材料的力学性能,提升了摩擦性能与强度。
Ti3AlC2拥有良好的润滑性能,黄振莺等研究其性能时,通过钢盘对磨发现Ti3AlC2的摩 擦性能良好,而且经过不同速度的摩擦研究得知高速摩擦性能很好。赵亮华等研究MAX铁 基材料时提出运用Ti3AlC2/Fe复合材料,讨论了高纯度Ti3AlC2与Fe块体复合材料的制备 工艺,发现在1100-1450℃情况下Fe能将Ti3AlC2中的Al结合生成Fe(Al)合金,虽然材料 的整体力学性能得到大大提升,但是Ti3AlC2却几乎完全分解,不能成功的应用于润滑性能。
Ti3AlC2/Fe基材料时在1300℃、30MPa、保温30min的热压条件下制得Ti3AlC2/Fe复合材料,复合材料在800℃热震之后,除30volvol.%Ti3AlC2/Fe之外其他试样强度基本不变或略 有升高,并且热震前后材料的断裂方式基本不变,表现出良好的抗热震特性。证明了其良好的抗 冲击性能。此时研究注意到Ti3AlC2虽有良好的润滑性能,但是如果不能烧结之后很好地使 Ti3AlC2保存下来,那么同样不能达到润滑效果,当烧结温度为760~1045℃时,Ti3AlC2与Fe 之间的反应较弱,并开始生成TiC0.625相,并且理论分析发现Ti3AlC2中Al的析出是导致 Ti3AlC2在远低于其分解温度下就与Fe发生反应的主要因素。于之前的研究我们应该注意到 和Ti3AlC2的混合金属材料的溶解温度过低将会导致Ti3AlC2的大量分解,因此合适的烧结温 度会使得材料制备成功,将Ti3AlC2利用化学镀铜的方法制得Ti3AlC2-Cu材料之后和铜粉、 Ti3AlC2材料在1300℃下烧结制得的材料Ti3AlC2分布均匀,在较大摩擦压力之下,15vol.% 含量的Ti3AlC2的摩擦系数最低可达0.15,并且经过化学镀铜之后磨损性能提升了将近 20vol.%。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷,本发明内容提供一种以Ti3AlC2为润滑相。TiCx为混合相、 圆碳葱为改性与润滑材料,且具有高承载、高强度、耐磨性好的Fe基适用温度范围宽广的自 润滑复合材料及其制备方法。
具体地,本发明提供一种适用于高低温的Fe基自润滑复合材料,其化学成分的体积百分 比为:TiCx5-20vol.%,其中0.4≤x≤1.1、Ti3SiC210-40vol.%、Cu 1-7vol.%、Ni0.1-3vol.%、Cr 0.1-3vol.%、圆碳葱0.1-7.5vol.%,其余为Fe复合金粉。
优选地,所述Fe复合金粉为Fe粉、Cu粉、Ni粉和Cr粉。
优选地,所述TiCx粉的粒度为2-45μm;Ti3SiC2颗粒的粒度为20-200目、圆葱碳的粒 度为10nm;Fe粉的粒度为10-30μm;Cu粉的粒度为10-30μm;Ni粉的粒度为1-20μm; Cr粉的粒度为10-60μm。
优选地,本发明还提供一种适用于高低温的Fe基自润滑复合材料的制备方法,其包括以 下步骤:
S1、混合粉末的制备:氩气氛围中采用行星式球磨机先对Cu粉、Ni粉、Cr粉、Fe粉进行均匀球混,酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速200-350r/min,球磨时间0.5-2h;随后加入TiCx粉、Ti3SiC2、圆碳葱颗粒,再以相同转速球磨1h;
S2、预压成型:将步骤S1的混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入模具中预压成型,压力 15-30MPa,保压时间10-30s,模具直径为30mm;
S3、放电等离子烧结工艺:烧结温度为850-1250℃,升温速率为40-100℃/min,烧结 压力为30-50MPa,真空度15-40Pa,保温5-30min,氩气氛围内进行放电等离子烧结,得到毛坯试件;
S4、将步骤S3制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以Ti3SiC2为高温润滑相、TiCx为 协同润滑相、圆碳葱为润滑改性与低温润滑材料的Fe基自润滑复合材料。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、采用Fe合金作为基体,添加的TiCx存在大量的空位,添加后更易与Fe互溶,可以在900-1300℃条件下得到高致密度和高硬度的复合材料;而Ti3SiC2属于三元层陶瓷化合物, 集合了陶瓷和金属的优异性能,不仅能够强化Fe基自润滑复合材料,还能作为润滑相丰富润 滑机制,改善Fe合金材料较高干摩擦系数和磨损率的缺陷。
2、制备的Fe基高温自润滑复合材料不仅具有高承载、高强度、耐高温性能,并且在多 组元润滑相的作用下能够有效提高其自润滑性能,更适用于制作恶劣工况下的自润滑轴承等 摩擦材料。
3、运用圆葱碳作为低温润滑相,在烧结之后形成的组织具有良好的低温性能。
具体实施方式
以下将详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。
实施例1
按体积百分比TiC0.4为5vol.%、Ti3SiC2为10vol.%、Cu为3vol.%、Ni为0.8vol.%、Cr 为0.6vol.%、圆碳葱0.1vol.%,其余为Fe粉,粒度为粒度为10μm的Ni、粒度为30μm的 Cu粉和粒度为30μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混,加入酒精 作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速350r/min,球磨时间50min;随后加 入粒度为20μm的TiC0.4粉、200目的Ti3SiC2的颗粒、10nm的圆碳葱,再以相同转速球 磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的模具中预压成型,压力15MPa,保压时间10s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结,烧结温度 为1000℃,升温速率为80℃/min,烧结压力为30MPa,真空度40Pa,保温20min,得到 毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC0.4 为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例2
按体积百分比TiC0.4为10vol.%、Ti3SiC2为20vol.%、Cu1vol.%、Ni为1vol.%、Cr为 0.8vol.%、圆碳葱为3vol.%,其余为Fe粉,将粒度为10μm的Ni、粒度为30μm的Cu粉和粒度为30μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速200r/min,球磨时间50min;随后加入粒度为 45μm的TiC0.4粉、140目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以相同转速球磨1h,制得混 合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的模具中预压成型,压力30 MPa,保压时间10s,然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结,烧结温度为1000℃, 升温速率为60℃/min,烧结压力为35MPa,真空度40Pa,保温20min,氩气氛围内进行 SPS烧结,得到毛坯试件,将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2 为高温润滑相和TiC0.4为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑相的Fe基高温 自润滑复合材料。
实施例3
按体积百分比TiC0.4为15vol.%、Ti3SiC2为25vol.%、Cu为3vol.%、Ni为1vol.%、Cr 为0.8vol.%、圆碳葱为5vol.%,其余为Fe粉,将粒度为10μm的Ni、粒度为10μm的Cu粉 和粒度为10μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混,加入酒精作为分 散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速350r/min,球磨时间0.7h;随后加入粒度为 20μm的TiC0.4粉、180目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的模具中预压成型,压力20MPa,保压时间30s,然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结,烧结温度为1000℃, 升温速率为60℃/min,烧结压力为35MPa,真空度30Pa,保温20min,氩气氛围内进行 SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2 为高温润滑相和TiC0.4为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑相的Fe基高温 自润滑复合材料。
实施例4
按体积百分比TiC0.4为15vol.%、Ti3SiC2为30vol.%、Cu为3vol.%、Ni为1vol.%、Cr 为0.8vol.%、圆碳葱为8vol.%,其余为Fe粉,将粒度为30μm的Ni、粒度为20μm的Cu粉 和粒度为20μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混,加入酒精作为分 散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速350r/min,球磨时间0.8h;随后加入粒度为 2μm的TiC0.4粉、140目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以相同转速球磨1h,制得混合 粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的模具中预压成型,压力30MPa, 保压时间30s,然后将其放入炉中氩气氛围内进行热压烧结,烧结温度为1000℃,升温速率 为50℃/min,烧结压力为100MPa,真空度30Pa,保温25min,氩气氛围内进行SPS烧结, 得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2为高温润滑 相和TiC0.4为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑相的Fe基高温自润滑复合 材料。
实施例5
按体积百分比TiC0.4为15vol.%、Ti3SiC2为35vol.%、Cu为3vol.%、Ni为1vol.%、Cr 为0.8vol.%、圆碳葱为7.2vol.%,其余为Fe粉,将粒度为30μm的Ni、粒度为30μm的Cu 粉和粒度为30μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混,加入酒精作为 分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速250r/min,球磨时间0.9h;随后加入粒度 为45μm的TiC0.4粉、120目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以相同转速球磨0.5h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的模具中预压成型,压力15MPa,保压时间20s,然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结,烧结温度为1000℃, 升温速率为80℃/min,烧结压力为34MPa,真空度40Pa,保温25min,氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2 为高温润滑相和TiC0.4为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑相的Fe基高温 自润滑复合材料。
实施例6
按体积百分比TiC0.4为15vol.%、Ti3SiC2为40vol.%、Cu为3vol.%、Ni为0.1vol.%、 Cr为0.1vol.%、圆碳葱为7.2vol.%,其余为Fe粉,将粒度为20μm的Ni、粒度为20μm的 Cu粉和粒度为20μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混,加入酒精 作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速340r/min,球磨时间50min;随后加 入粒度为35μm的TiC0.4粉、180目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的模具中预压成型,压力20MPa,保压时间20s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结,烧结温度为1000℃,升温速率为85℃/min,烧结压力为32MPa,真空度40Pa,保温19min,氩气氛围内进行 SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2 为高温润滑相和TiC0.4为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑相的Fe基高温 自润滑复合材料。
实施例7
按体积百分比TiC0.4为20vol.%、Ti3SiC2为29vol.%、Cu为3vol.%、Ni为1vol.%、Cr 为0.8vol.%、圆碳葱为7.2vol.%,其余为Fe粉,将粒度为10μm的Ni、粒度为10μm的Cu 粉和粒度为10μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混,加入酒精作为 分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速320r/min,球磨时间0.6h;随后加入粒度 为20μm的TiC0.4粉、180目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的模具中预压成型,压力20MPa,保压时间30s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结,烧结温度为1300℃, 升温速率为100℃/min,烧结压力为33MPa,真空度15Pa,保温18min,氩气氛围内进行 SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2 为高温润滑相和TiC0.4为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑相的Fe基高温 自润滑复合材料。
实施例8
按体积百分比TiC0.6为13vol.%、Ti3SiC2为25vol.%、Cu为3vol.%、Ni为1vol.%、Cr 为0.8vol.%、圆碳葱为7.2vol.%,其余为Fe粉,将粒度为10μm的Ni、粒度为30μm的Cu 粉、粒度为30μm的Cr粉和粒度为15μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行 均匀球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速220r/min,球磨 时间0.7h;随后加入粒度为20μm的TiC0.6粉、180目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再 以相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm 的模具中预压成型,压力30MPa,保压时间30s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧 结,烧结温度为900℃,升温速率为90℃/min,烧结压力为44MPa,真空度15Pa,保温 10min,氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处 理得到所述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC0.6为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与 低温润滑相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例9
按体积百分比TiC0.6为13vol.%、Ti3SiC2为35vol.%、Cu为3vol.%、Ni为2vol.%、Cr 为0.8vol.%、圆碳葱为7.2vol.%,其余为Fe粉,将粒度为20μm的Ni、粒度为30μm的Cu 粉、粒度为60μm的Cr粉和粒度为10μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行 均匀球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速280r/min,球磨 时间50min;随后加入粒度为20μm的TiC0.6粉、140目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱, 再以相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm 的模具中预压成型,压力25MPa,保压时间10s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧 结,烧结温度为1000℃,升温速率为90℃/min,烧结压力为41MPa,真空度30Pa,保温 16min,氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处 理得到所述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC0.6为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与 低温润滑相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例10
按体积百分比TiC0.6为18vol.%、Ti3SiC2为25vol.%、Cu为3vol.%、Ni为1.6vol.%、 Cr为0.8vol.%、圆碳葱为4vol.%,其余为Fe粉,将粒度为1μm的Ni、粒度为30μm的Cu 粉、粒度为30μm的Cr粉和粒度为20μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行 均匀球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速280r/min,球磨时间50min;随后加入粒度为2μm的TiC0.6粉、200目的Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱, 再以相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm 的模具中预压成型,压力30MPa,保压时间10s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧 结,烧结温度为1200℃,升温速率为90℃/min,烧结压力为42MPa,真空度30Pa,保温 18min,氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处 理得到所述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC0.6为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与 低温润滑相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例11
按体积百分比TiC0.6为18vol.%、Ti3SiC2为35vol.%、Cu为1vol.%、Ni为1vol.%、Cr 为0.8vol.%、圆碳葱为4vol.%,其余为Fe粉,将粒度为20μm的Ni、粒度为30μm的Cu粉、 粒度为30μm的Cr粉和粒度为10μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀 球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速250r/min,球磨时间2 h;随后加入粒度为20μm的TiC0.6粉、20目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的模具中 预压成型,压力20MPa,保压时间30s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结,烧结 温度为1100℃,升温速率为100℃/min,烧结压力为39MPa,真空度15Pa,保温17min, 氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所 述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC0.6为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑 相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例12
按体积百分比TiC0.6为12vol.%、Ti3SiC2为26vol.%、Cu为7vol.%、Ni为1vol.%、 Cr0.8vol.%、圆碳葱为7.5vol.%,其余为Fe粉,粒度为15μm的Ni、粒度为30μm的Cu粉、 粒度为50μm的Cr粉和粒度为30μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀 球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速350r/min,球磨时间 1.8h;随后加入粒度为5μm的TiC0.6粉、40目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以相同 转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的模具 中预压成型,压力25MPa,保压时间20s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结,烧 结温度为1000℃,升温速率为85℃/min,烧结压力为40MPa,真空度15Pa,保温19min, 氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所 述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC0.6为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑 相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例13
按体积百分比TiC0.8为14vol.%、Ti3SiC2为29vol.%、Cu为3.6vol.%、Ni为1.6vol.%、 Cr为0.8vol.%、圆碳葱为7vol.%,其余为Fe粉,粒度为20μm的Ni、粒度为10μm的Cu 粉、粒度为30μm的Cr粉和粒度为30μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行 均匀球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速220r/min,球磨时间1.2h;随后加入粒度为25μm的TiC0.8粉、60目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以 相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的 模具中预压成型,压力25MPa,保压时间10s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结, 烧结温度为1000℃,升温速率为80℃/min,烧结压力为40MPa,真空度40Pa,保温19min, 氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所 述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC0.8为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑 相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例14
按体积百分比TiC0.8为16vol.%、Ti3SiC2为32vol.%、Cu为3.6vol.%、Ni为1vol.%、 Cr为0.8vol.%、圆碳葱为6.6vol.%,其余为Fe粉,将粒度为10μm的Ni、粒度为10μm的 Cu粉、粒度为30μm的Cr粉和粒度为10μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进 行均匀球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速250r/min,球磨时间1.5h;随后加入粒度为25μm的TiC0.8粉、60目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再 以相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm 的模具中预压成型,压力25MPa,保压时间10s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧 结,烧结温度为1000℃,升温速率为70℃/min,烧结压力为40MPa,真空度40Pa,保温 28min,氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处 理得到所述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC0.8为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与 低温润滑相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例15
按体积百分比TiC0.8为18vol.%、Ti3SiC2为37vol.%、Cu为3.6vol.%、Ni为1vol.%、 Cr为3vol.%、圆碳葱为6vol.%,其余为Fe粉,将粒度为10μm的Ni、粒度为10μm的Cu 粉、粒度为30μm的Cr粉和粒度为10μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速240r/min,球磨 时间1.5h;随后加入粒度为2μm的TiC0.8粉、20目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以 相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的 模具中预压成型,压力20MPa,保压时间20s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结, 烧结温度为1000℃,升温速率为60℃/min,烧结压力为40MPa,真空度20Pa,保温25min, 氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所 述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC0.8为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑 相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例16
按体积百分比TiC1.1为5vol.%、Ti3SiC2为22vol.%、Cu为3.6vol.%、Ni为1vol.%、Cr 为1.6vol.%、圆碳葱为6vol.%,其余为Fe粉,将粒度为10μm的Ni、粒度为10μm的Cu粉、 粒度为60μm的Cr粉和粒度为10μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀 球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速240r/min,球磨时间 1.8h;随后加入粒度为25μm的TiC1.1粉、200目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的模 具中预压成型,压力30MPa,保压时间30s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结, 烧结温度为1000℃,升温速率为70℃/min,烧结压力为40MPa,真空度25Pa,保温25min, 氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所 述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC1.1为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑 相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例17
按体积百分比TiC1.1为8vol.%、Ti3SiC2为25vol.%、Cu为3.6vol.%、Ni为1vol.%、Cr 为0.8vol.%、圆碳葱为5.6vol.%,其余为Fe粉,将粒度为10μm的Ni、粒度为30μm的Cu 粉、粒度为30μm的Cr粉和粒度为15μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行 均匀球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速300r/min,球磨 时间1.4h;随后加入粒度为20μm的TiC1.1粉、100目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再 以相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm 的模具中预压成型,压力25MPa,保压时间20s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧 结,烧结温度为1000℃,升温速率为60℃/min,烧结压力为100MPa,真空度30Pa,保 温29min,氩气氛围内进行热压烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光 处理得到所述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC1.1为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂 与低温润滑相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例18
按体积百分比TiC1.1为11vol.%、Ti3SiC2为28vol.%、Cu为3.6vol.%、Ni为1vol.%、 Cr为0.8vol.%、圆碳葱为5.2vol.%,其余为Fe粉,将粒度为2μm的Ni、粒度为30μm的 Cu粉、粒度为30μm的Cr粉和粒度为10μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速320r/min,球 磨时间1.4h;随后加入粒度为20μm的TiC1.1粉、40目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再 以相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm 的模具中预压成型,压力30MPa,保压时间20s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧 结,烧结温度为1000℃,升温速率为100℃/min,烧结压力为40MPa,真空度30Pa,保 温30min,氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光 处理得到所述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC1.1为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂 与低温润滑相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例19
按体积百分比TiC1.1为14vol.%、Ti3SiC2为31vol.%、Cu为3vol.%、Ni为1vol.%、Cr 为0.8vol.%、圆碳葱为4.6vol.%,其余为Fe粉,将粒度为10μm的Ni、粒度为30μm的Cu 粉、粒度为45μm的Cr粉和粒度为30μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行 均匀球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速260r/min,球磨 时间1.9h;随后加入粒度为20μm的TiC1.1粉、90目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以 相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的 模具中预压成型,压力30MPa,保压时间20s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结, 烧结温度为1300℃,升温速率为80℃/min,烧结压力为40MPa,真空度40Pa,保温15min, 氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所 述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC1.1为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑 相的Fe基高温自润滑复合材料。
实施例20
按体积百分比TiC1.1为17vol.%、Ti3SiC2为36vol.%、Cu为3.6vol.%、Ni为1vol.%、 Cr为0.8vol.%、圆碳葱为4vol.%,其余为Fe粉,将粒度为5μm的Ni、粒度为20μm的Cu 粉、粒度为30μm的Cr粉和粒度为20μm的Fe粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行 均匀球混,加入酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速200r/min,球磨时间2h;随后加入粒度为45μm的TiC1.1粉、200目Ti3SiC2颗粒、10nm的圆碳葱,再以 相同转速球磨1h,制得混合粉末;将混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入直径为30mm的 模具中预压成型,压力20MPa,保压时间30s;然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结, 烧结温度为1050℃,升温速率为80℃/min,烧结压力为40MPa,真空度40Pa,保温20min, 氩气氛围内进行SPS烧结,得到毛坯试件;将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所 述的以Ti3SiC2为高温润滑相和TiC1.1为润滑协同相、圆葱碳为润滑改性添加剂与低温润滑 相的Fe基高温自润滑复合材料。
以上所有实施例的试验数据如表1所示。
表1上述各实施例制得复合材料的性能
最后应说明的是:以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管 参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前 述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换;而这些修 改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种适用于高低温的Fe基自润滑复合材料,其特征在于:其化学成分的体积百分比为:TiCx 5-20vol.%,其中0.4≤x≤1.1、Ti3SiC210-40vol.%、Cu 1-7vol.%、Ni 0.1-3vol.%、Cr 0.1-3vol.%、圆碳葱0.1-7.5vol.%,其余为Fe粉。
2.根据权利1所述的一种适用于高低温的Fe基自润滑复合材料及其制备方法,其特征在于:Fe复合金粉为上述原料中Fe粉、Cu粉、Ni粉和Cr粉混合粉,各成分比例按照总体积百分比计算。
3.根据权利2所述的一种适用于高低温的Fe基自润滑复合材料及其制备方法,其特征在于:所述TiCx粉的粒度为2-45μm;Ti3SiC2颗粒的粒度为20-200目、圆葱碳的粒度为10nm;Fe粉的粒度为10-30μm;Cu粉的粒度为10-30μm;Ni粉的粒度为1-20μm;Cr粉的粒度为10-60μm。
4.一种适用于高低温的Fe基自润滑复合材料的制备方法,其特征在于:其包括以下步骤:
S1、混合粉末的制备:氩气氛围中采用行星式球磨机先对Cu粉、Ni粉、Cr粉、Fe粉进行均匀球混,酒精作为分散剂,磨球采用硬质合金球,球料比6:1,转速200-350r/min,球磨时间0.5-2h;随后加入TiCx粉、Ti3SiC2、圆碳葱颗粒,再以相同转速球磨1h;
S2、预压成型:将步骤S1的混合粉末在氩气氛围内烘干,并装入模具中预压成型,压力15-30MPa,保压时间10-30s,模具直径为30mm;
S3、放电等离子烧结工艺:烧结温度为850-1250℃,升温速率为40-100℃/min,烧结压力为30-50MPa,真空度15-40Pa,保温5-30min,氩气氛围内进行放电等离子烧结,得到毛坯试件;
S4、将步骤S3制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以Ti3SiC2为高温润滑相、TiCx为协同润滑相、圆碳葱为润滑改性与低温润滑材料的Fe基自润滑复合材料。
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