CN110629097A - 一种新型钛铝基自润滑材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型钛铝基自润滑材料及其制备方法。该合金材料由Ti、Al、Cr、Nb、Ag、MoS2、CeF3 粉末热压烧结而成。由下述按摩尔质量分数为Ti48Al2Cr2Nb，再按质量分数6%、12%、18%称取Ag、MoS2、CeF3组成的复合固体润滑剂。与普通的钛铝基合金相比，本发明所述的新型钛铝基自润滑材料中加入一定量的复合固体润滑剂从而可以得到一种在较宽的温度下有较好的自润滑效果的自润滑材料。

Description

一种新型钛铝基自润滑材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属粉末冶金复合材料技术领域，具体涉及了一种新型钛铝基自润滑材料及其制备方法。
背景技术
钛铝合金作为一种新型的复合材料，具有密度小、比强度高、疲劳强度高、高温抗氧化能力强等特点，目前在航空发动机高压压气机叶片、低压涡轮叶片和汽车发动机等方面取得了一定应用，在减轻发动机重量效果上十分明显，其在航空航天领域具有重要的研究和应用价值，虽然钛铝合金具有以上优点，但是钛铝合金在干摩擦的环境下时，摩擦学性能较差，这极大地制约了钛铝合金的实际工程应用，因此急需开发出一种摩擦学性能良好的新型钛铝基自润滑材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摩擦学性能优异的新型钛铝基自润滑材料及其制备方法。
上述的材料以摩尔质量比分别称取48%Ti、48%Al、2%Cr、2%Nb，再按质量分数称取1%-10%Ag、1%-10%MoS2、1%-10%CeF3。
上述方案中：钛铝基合金粉末的平均粒度为300目，Ag的的纯度99.99%，0.2μm；MoS2的纯度99.5%、1μm；CeF3粉墨99.99%。
上述新型自润滑材料的制备方法，包括以下几个步骤
（1）混合粉末的制备
分别称量好制备新型复合材料所需的各金属粉末，然后将称量后的所有粉末均匀的混合在一起，再放入球磨罐中球磨4小时，球磨时球墨罐中充入氢气保护，球料比10：1，转速为260r/min，转6min停4min；
（2）混合粉末的冷压
将步骤（1）中球磨后的粉末到入事先准备好的石墨模具中，进行冷压处理；
（3）材料的烧结
把步骤（2）冷压后的粉末放入真空热压烧结炉中进行烧结。压力30mpa，真空度10-1pa；
以10℃/min从室温升至600℃，保温25min；600℃-900℃，升温速率5℃/min，保温15min；900℃-1200℃，升温速率为5℃/min，保温时间为30min；最后随炉冷却出炉，得到烧结后工件；
（4）将步骤（3）所制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理。
本发明具有以下优点：采用钛铝合金作为基体，在粉末中添加Cr、Nb元素，可提高合金的力学性能；添加Ag、MoS2、CeF3复合润滑相作为固体润滑相，改善钛铝合金材料的摩擦学性能；从而所制备的材料不但具有轻质、力学性能优异而且在宽温域有较好的自润滑性能。
具体实施方式
实施例1
以摩尔质量比称取48%Ti、48%Al、2%Cr、2%Nb的粉末。然后将上述粉末置入行星式球磨机进行球磨，球磨4小时，转速为260r/min，转6min停4min，球料比10：1，球磨时，球磨罐中充入氢气保护。将上述球磨后的粉末置入准备好的石墨磨具中，进行预压成型，压力25mpa，保压20s。然后将装有预压成型后的石墨磨具放入真空热压烧结炉中进行烧结成型。烧结时压力为30mpa，真空度10-1pa。以10℃/min从室温升至600℃，保温25min；600℃-900℃升温速率5℃/min，保温15min；900℃-1250℃，升温速率为5℃/min，保温时间为30min；最后随炉冷却出炉，得到烧结后工件。然后对烧结后的工件进行表面磨削、抛光处理。
实施例2
以摩尔质量比称取48%Ti、48%Al、2%Cr、2%Nb的粉末，以质量分数称取2%Ag、2%MoS2、2%CeF3。然后将上述粉末置入行星式球磨机进行球磨，球磨4小时，转速为260r/min，转6min停4min，球料比10：1，球磨时，球磨罐中充入氢气保护。将上述球磨后的粉末置入石墨磨具中，进行预压成型，压力25mpa，保压20s。然后将装有预压成型后的石墨磨具放入真空热压烧结炉中进行烧结成型。烧结时压力为30mpa，真空度10-1pa。以10℃/min从室温升至600℃，保温25min；600℃-900℃，升温速率5℃/min，保温15min；900℃-1250℃、升温速率为5℃/min，保温时间为30min；最后随炉冷却出炉，得到烧结后工件。然后对烧结后的工件进行表面磨削、抛光处理。
实施例3
以摩尔质量比称取48%Ti、48%Al、2%Cr、2%Nb的粉末，以质量分数称取4%Ag、4%MoS2、4%CeF3。 然后将上述粉末置入行星式球磨机进行球磨，球磨4小时，转速为260r/min，转6min停4min，球料比10：1，球磨时，球磨罐中充入氢气保护。将上述球磨后的粉末置入石墨磨具中，进行预压成型，压力25mpa，保压20s。然后将装有预压成型后的石墨磨具放入真空热压烧结炉中进行烧结成型。烧结时压力为30mpa，真空度10-1pa。以10℃/min从室温升至600℃，保温25min；600℃-900℃升温速率5℃/min，保温15min，900℃-1250℃、升温速率为5℃/min,保温时间为30min,最后随炉冷却出炉，得到烧结后工件。然后对烧结后的工件进行表面磨削、抛光处理。
实施例4
以摩尔质量比称取48%Ti、48%Al、2%Cr、2%Nb的粉末，以质量分数称取6%Ag、6%MoS2、6%CeF3。 然后将上述粉末置入行星式球磨机进行球磨，球磨4小时，转速为260r/min，转6min停4min，球料比10：1，球磨时，球磨罐中充入氢气保护。将上述球磨后的粉末置入石墨磨具中，进行预压成型，压力25mpa，保压20s。然后将装有预压成型后的石墨磨具放入真空热压烧结炉中进行烧结成型。烧结时压力为30mpa，真空度10-1pa。以10℃/min从室温升至600℃，保温25min；600℃-900℃升温速率5℃/min，保温15min，900℃-1250℃、升温速率为5℃/min,保温时间为30min,最后随炉冷却出炉，得到烧结后工件。然后对烧结后的工件进行表面磨削、抛光处理。
表1 上述制得的新型钛铝基自润滑材料的摩檫学性能
由上实施案例可以看出，一定量的复合润滑剂的加入可以有效地改善钛铝基合金的摩檫学性能。

Claims (3)

1.一种新型钛铝基自润滑材料，其特征在于：它由摩尔质量分数48%Ti、48%Al、2%Cr、2%Nb和质量分数6%、12%、18%的复合固体润滑剂Ag、MoS2、CeF3粉末组成。
2.根据权利要求1所述的一种新型钛铝基自润滑材料，其特征在于：所述钛铝基合金粉末的平均粒度为300目，固体润滑剂Ag的纯度99.99%，0.2μm；MoS2的纯度99.5%、1μm；CeF3粉墨99.99%。
3.根据权利要求1所述的一种新型钛铝基自润滑材料的制备方法，有如下步骤组成
（1）混合粉末的制备
分别称量好制备新型复合材料所需的各金属粉末，然后将称量后的所有粉末均匀的混合在一起，再放入球磨罐中球磨4小时，球磨时球墨罐中充入氢气保护，球料比10：1，转速为260r/min，转6min停4min；
（2）混合粉末的冷压
将步骤（1）中球磨后的粉末到入事先准备好的石墨模具中，进行冷压处理；
（3）材料的烧结
把步骤（2）冷压后的粉末放入真空热压烧结炉中烧结，压力30mpa，真空度10-1pa;从室温升至600℃，升温速率10℃/min，保温25min；600℃-900℃，升温速率5℃/min，保温15min；900℃-1250℃，升温速率5℃/min，保温20min；最后随炉冷却出炉，得到烧结后工件。
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