CN110641095A - 一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料设计及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料设计及其制备方法，以NiTiCrBNb基合金、固化剂，减摩剂、抗磨剂、缓冲材料为主要成分，经过各层材料设计、计算、配制、振动混料、热压成型工艺、放电等离子烧结与后续机加工工艺流程后，制备出一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料。多层结构滑板材料是由四层薄片分层叠加复合而成，在摩擦过程中起到润滑、支撑、过渡与连接作用。相对与传统含石墨金属基块体自润滑复合材料，多层结构复合材料能够显著提高材料利用率，降低材料成本。同时多层结构滑板具有宽温域摩擦学特性，使其在高低温服役工况下仍能保持小的摩擦系数与低的磨损率。
Description
技术领域
本发明涉及滑板、滑块与导轨等滑动减摩耐磨材料技术领域，具体涉及一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料设计与制备方法。
背景技术
数控机床是加工高精度零部件的关键装置，高精度滑板安装于数控机床，是数控机床的关键零件之一【刘耀,惠烨.直线滚动导轨理论与实验研究现状[J].机械管理开发,2018,33(07):219-221】，对机床加工精度起着至关重要的作用。传统的灰铸铁滑板材料抗磨性能差，刚度与硬度不足，导致其承载能力较低，尤其在高温、高载等极端服役工况下实现不了良好的润滑效果。因此，开发一种摩擦系数小、磨损率低、高刚度、高强度与耐高温的多层复合结构材料就显得尤为重要而有意义。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料及其制备方法，在满足低摩擦、小磨损等优异性能前提下，一种NiTiCrBNb基滑板多层复合结构在实现优异的自润滑性能的同时，也能有效提高材料利用率，并具有优异的抗氧化性能与良好抗腐蚀性能，这为海洋探测、氧化反应装置、催化反应设备等滑板材料选用提供了研究思路与制备方法。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案具体可以描述如下：
一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料，它是以NiTiCrBNb基合金、固化剂，减摩剂、抗磨剂、缓冲材料为原料，通过逐层设计、分层配比、逐层制备与叠加成型等工艺流程，制备出一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料。
步骤1）中所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料，多层复合结构包括摩擦膜接触层，摩擦膜支撑层，摩擦膜过度层与基体层，各层厚度比为(8-10):(17-25):(20-35):(35-50)。
步骤2）中所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料,基体材料、固化剂，减摩剂、抗磨剂、缓冲材料在各层结构中成分配比不同：在摩擦膜接触层中基体材料、固化剂、减摩剂、抗磨剂与缓冲材料体积分数分别为8-10%、28-45%、7-15%、21-40%与11-20%：其中固化剂包括83-92% SnCuPbAg合金与8-17%丁晴橡胶；减摩剂包括9-17%石墨烯，18-35%碳纳米管，24-37%碳纤维，24-37%云母；抗磨剂包括33-50%纳米碳化硅，17-35%纳米碳化钨，8-20%球墨铸铁，8-20%灰铸铁；缓冲材料包括61-76%多层板状晶体，24-39%陶瓷纤维，在摩擦膜支撑层中基体材料、固化剂，减摩剂、抗磨剂与缓冲材料的体积分数分别为29-38%、22-34%、5-7%、16-26%、7-15%：其中固化剂是由83-94%SnCuPbAg合金和6-17%丁晴橡胶组成；减摩剂是由7-19%石墨烯，3-7%碳纳米管，38-45%碳纤维与38-45%云母组成；抗磨剂是由32-45%纳米碳化硅，33-37%纳米碳化钨，9-16%球墨铸铁与13-16%灰铸铁组成；缓冲材料主要是由37-50%多层板状晶体与50-63%陶瓷纤维组成，摩擦膜过度层中基体材料、固化剂，减摩剂、抗磨剂与缓冲材料体积分数分别为60-75%、10-20%、3-5%、5-11%、4-8%；固化剂是由94-97%SnCuPbAg合金与3-6%丁晴橡胶组成；减摩剂是由6-10%石墨烯，12-15%碳纳米管，30-46%碳纤维和30-46%云母组成；抗磨剂是由30-43%纳米碳化硅，15-33%纳米碳化钨，15-33%球墨铸铁与10-19%灰铸铁组成；缓冲材料主要是由40-60%多层板状晶体与40-60%陶瓷纤维组成；基体层主要成分为纯的NiTiCrBNb基合金材料。
步骤2）中所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料，各层材料热压成型过程；按照摩擦膜接触层、摩擦膜支撑层、摩擦膜过度层与基体层成分配比，将混合均匀粉末装入热压成型模具中，分别制备出摩擦膜接触层、摩擦膜支撑层、摩擦膜过度层与基体层复合金属压片。
步骤3）中所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料,多层板状晶体MoNbCrO的制备方法：选取粒径为22-26μm钼酸铵、铌粉与镉粉，按摩尔比为6:(3-4):(2-3)称取原始粉料，通过研磨混料等工艺流程后，得到以钼酸铵、铌粉与镉粉为主要成分混合均匀配料，然后采用真空气氛炉烧结，烧结温度为450-500℃、保温时间4.5-5.5h，保护气体为氩气，在烧结过程氧气通入量为60-175ml/min，通过反应得到一种多层板状晶体MoNbCrO。
步骤4）中所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料，所述多层复合结构制备：依次将摩擦膜接触、摩擦膜支撑层、摩擦膜过度层与基体层各层结构压片装入石墨模具，利用放电等离子烧结为一种四层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料，放电等离子烧结温度为1000-1200oC、烧结压力为32-35MPa、保温时间为50-60min、保护气体为氩气、升温速率为85-90oC/min。
步骤1）中所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料，其摩擦系数值为0.16-0.24，磨损率值为2.53-2.72×10-6 cm3·N-1·m-1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是:
1、本发明是以NiTiCrBNb基合金、固化剂，减摩剂、抗磨剂与缓冲材料为原料，通过成分设计、分层配料、逐层制备，叠加成型等工艺流程制备出一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料。多层结构具有低的磨损率、小的摩擦系数与良好的抗高温性能与抗腐蚀能力，且能显著增强材料利用率，降低材料生产成本。
2、减摩剂、抗磨剂大量分布在摩擦膜接触层，石墨、石墨烯与碳纳米管等减摩剂能有效实现材料的优异润滑性能，碳化硅和碳化钨等抗磨剂能起到良好的抗磨效果；树脂与SnCuPbAg软金属合金具有良好的润滑性能与固定成型功能，多层板状晶体MoNbCrO具有缓冲吸能与抗冲击等功能，可有效改善摩擦状况。
3、本发明所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料，因在各层结构中含有不同NiTiCrBNb基材料，显著提高了各层结构连接性能，抗压性能、相容性与抵抗摩擦接触损伤的性能，一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料在能够实现可控制备的同时，且适用于规模化、机械化与批量化生产。
附图说明
图1为实施本发明制备工艺流程图。
图2是实施例1所制备的多层板状晶体MoNbCrO粉末电镜图。
图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料的摩擦系数曲线图。
图4为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料磨损率柱状图。
图5是在实施例2条件下制备的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料基体与摩擦膜过度层结合状态电镜形貌图。
图6是在实施例2条件下制备的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料摩擦磨损表面的电子探针图。
图7为本发明实施例3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料摩擦磨损表面的场发射扫描电镜图。
图8为实施例3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料摩擦磨损3D微观形貌黑白图。
图9为实施例3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料摩擦磨损3D微观形貌彩图。
具体实施方式
为更好地对本发明开展研究与验证，需结合以下几个实施例阐明本发明的几个主要研究内容，但本发明不仅仅局限于下面的几个实施例。
下述实施例中的摩擦测试条件为：载荷为6-12N、速度为0.12-0.28m/s、时间为55min和摩擦半径为4.2-5.8mm。
实施例1
一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料是以NiTiCrBNb基合金、固化剂，减摩剂、抗磨剂、缓冲材料为原料，多层复合结构分为摩擦膜接触层厚度，摩擦膜支撑层，摩擦膜过度层与基体层四层，各层厚度体积百分数为摩擦膜接触层8%，摩擦膜支撑层17%，摩擦膜过度层30%与基体层45%。
如图1所示，一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料及其制备方法具体包括如下几个步骤：
1）多层板状晶体MoNbCrO制备：选取粒径为22μm钼酸铵、铌粉与镉粉末，按摩尔比为6:3:2称取原始粉料，通过研磨混料等工艺得到以钼酸铵、铌粉与镉粉为主要成分的混合均匀配料；然后采用真空气氛炉烧结，烧结温度为450℃、保温时间4.5，保护气体为氩气，在烧结过程氧气通入量为60ml/min，得到多层板状晶体MoNbCrO。图2是实施例1所制备的多层板状晶体MoNbCrO粉末电镜图；
2）各层NiTiCrBNb基合金、固化剂，减摩剂、抗磨剂、缓冲材料在各层结构体积分数如下，摩擦膜接触层包含8%NiTiCrBNb基合金，NiTiCrBNb各元素质量分数为75Ni-10Ti-5Cr-5B-3Nb-0.8Si-0.4W-0.8Co，45%固化剂，7%减摩剂、29%抗磨剂、11%缓冲材料。固化剂由83%SnCuPbAg合金，各元素质量配比为55Sn-31Ag-8Cu-6Pb，17%丁晴橡胶粉末组成，减摩剂由9%石墨烯，20%碳纳米管，34%碳纤维，37%云母粉组成，抗磨剂由50%碳化硅，34%碳化钨，8%球墨铸铁，8%灰铸铁组成，缓冲材料由61%多层板状晶体MoNbCrO与39%陶瓷纤维组成，装样保存；摩擦膜支撑层包含29%NiTiCrBNb基合金体，成分配比质量分数为（75Ni-10Ti-5Cr-5B-3Nb-0.8Si-0.4W-0.8Co），34%固化剂，5%减摩剂、25%抗磨剂、7%缓冲材料。固化剂由83%SnCuPbAg合金，各元素质量配比为55Sn-31Ag-8Cu-6Pb，17%丁晴橡胶粉末组成，减摩剂由7%石墨烯，3%碳纳米管，45%碳纤维，45%云母粉组成，抗磨剂由45%碳化硅，33%碳化钨，9%球墨铸铁，13%灰铸铁组成，缓冲材料由37%多层板状晶体MoNbCrO与63%陶瓷纤维组成，装样保存；摩擦膜过度层包含60%NiTiCrBNb基合金体，成分配比质量分数为（75Ni-10Ti-5Cr-5B-3Nb-0.8Si-0.4W-0.8Co），20%固化剂，5%减摩剂、11%抗磨剂、4%缓冲材料。固化剂由94%SnCuPbAg合金，各元素质量配比为55Sn-31Ag-8Cu-6Pb，6%丁晴橡胶粉末组成，减摩剂由6%石墨烯，12%碳纳米管，41%碳纤维与41%云母粉组成，抗磨剂由43%碳化硅，24%碳化钨，23%球墨铸铁与10%灰铸铁组成，缓冲材料由40%多层板状晶体MoNbCrO与60%陶瓷纤维组成，装样保存；基体层中NiTiCrBNb基合金体积分数为100%，装样保存。
3）将步骤2）配料分别置于振动混料机干混，摩擦膜接触层，摩擦膜支撑层与摩擦膜过度层配料振动频率为40Hz，振动力为7000N，振荡时间为45min；基体层配料频率为80Hz，振动力为10000N，振荡时间为30min；
4）将步骤3）所得均匀混合的多层原始配料分别采用热压成型工艺烧结， 摩擦膜接触层施加压力为8MPa，压制温度为180℃，每次保温保压时间150min，每隔35s放气4s，反复进行6次操作。摩擦膜支撑层施加压力为25MPa，压制温度为350℃，每次保温保压时间120min，每隔30s放气4s，反复进行4次操作。摩擦膜过度层厚施加压力为20MPa，温度为500℃，每次保温保压时间140min，每隔45s放气5s，反复进行8次操作。基体层施加压力为27MPa，压制温度为750℃，每次保温保压时间为120min，每隔45s放气4s，反复进行7次操作。
5）将步骤4）所得四层压片按摩擦膜接触层，摩擦膜支撑层，摩擦膜过度层与基体层顺序转入直径为45mm石墨模具中，进行放电等离子烧结，烧结温度为1000oC、烧结压力为32MPa、保温时间为50min、保护气体为氩气、升温速率为85oC/min，当温度冷却至室温，脱模，得到滑板自润滑材料；
6）将步骤5）所得滑板进行后续机加工，分别对滑板按技术要求利用磨削设备进行圆盘磨，磨削工序要求是设备转速45r/min；利用抛光机清理周边毛刺、飞边和采用静电喷涂工艺进行表面处理，设备转速600r/min，温度75℃，最终得到一种NiTiCrBNb基滑板多层复合结构。
图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料的摩擦系数曲线图。图4为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料磨损率柱状图。如图3和4所示，实施例1制备的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料摩擦系数较小，约为0.16，磨损率较低，其值约为2.53×10- 6mm3/Nm。这表明实施例1所制备的一种NiTiCrBNb基滑板多层复合结构具有优异的减摩抗磨性能。
实施例2
一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料以NiTiCrBNb基合金、固化剂，减摩剂、抗磨剂、缓冲材料为原料，多层复合结构分为摩擦膜接触层，摩擦膜支撑层，摩擦膜过度层与基体层四层，摩擦膜接触层10%，摩擦膜支撑层20%，摩擦膜过度层25%与基体层45%。
如图1所示，一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料及其制备方法具体包括如下几个步骤：
1）多层板状晶体MoNbCrO的制备：选取粒径为26μm钼酸铵、铌粉与镉粉末，按摩尔比为6:4:3称取原始粉料，通过研磨混料等工艺得到以钼酸铵、铌粉与镉粉为主要成分的混合均匀配料；然后采用真空气氛炉烧结，烧结温度为500℃、保温时间5.5h，保护气体为氩气，在烧结过程氧气通入量为175ml/min，得到多层板状晶体MoNbCrO。
2）各层结构NiTiCrBNb基合金、固化剂，减摩剂、抗磨剂、缓冲材料在各层体积分数如下，摩擦膜接触层包含10%NiTiCrBNb基合金体，NiTiCrBNb各元素质量分数为75Ni-10Ti-5Cr-5B-3Nb-0.8Si-0.4W-0.8Co，34%固化剂，15%减摩剂、21%抗磨剂与20%缓冲材料。固化剂由92%SnCuPbAg合金，各元素质量配比为40Sn-37Ag-15Cu-8Pb与8%丁晴橡胶粉末组成，减摩剂由17%石墨烯，35%碳纳米管，24%碳纤维与24%云母粉组成，抗磨剂由43%碳化硅，17%碳化钨，20%球墨铸铁与20%灰铸铁组成，缓冲材料由76%多层板状晶体MoNbCrO与24%陶瓷纤维组成，分类装样保存；摩擦膜支撑层包含38%NiTiCrBNb基合金体，成分配比质量分数为75Ni-10Ti-5Cr-5B-3Nb-0.8Si-0.4W-0.8Co，24%固化剂，7%减摩剂、16%抗磨剂与15%缓冲材料。固化剂由94%SnCuPbAg合金，各元素质量配比为40Sn-37Ag-15Cu-8Pb，6%丁晴橡胶粉末组成，减摩剂由17%石墨烯，7%碳纳米管，38%碳纤维与38%云母粉组成，抗磨剂由32%碳化硅，36%碳化钨，16%球墨铸铁与16%灰铸铁组成，缓冲材料由50%多层板状晶体MoNbCrO与50%陶瓷纤维组成，装样保存；摩擦膜过度层包含60%NiTiCrBNb基合金，质量配比为75Ni-10Ti-5Cr-5B-3Nb-0.8Si-0.4W-0.8Co，16%固化剂，5%减摩剂、11%抗磨剂与8%缓冲材料。固化剂由97%SnCuPbAg合金，各元素质量配比为40Sn-37Ag-15Cu-8Pb，3%丁晴橡胶粉末组成，减摩剂由10%石墨烯，15%碳纳米管，38%碳纤维与37%云母粉组成；抗磨剂由30%碳化硅，26%碳化钨，26%球墨铸铁与18%灰铸铁组成，缓冲材料由60%多层板状晶体MoNbCrO与40%陶瓷纤维组成，装样保存；基体层中NiTiCrBNb基合金体积分数100%，装样保存。
3）将步骤2）配料分别置于振动混料机干混，摩擦膜接触层，摩擦膜支撑层与摩擦膜过度层配料振动频率为45Hz，振动力为9500N，振荡时间为50min；基体层配料频率为85Hz，振动力为12000N，振荡时间为35min；
4）将步骤3）所得均匀混合的多层原始配料分别采用热压成型工艺烧结， 摩擦膜接触层施加压力为12MPa，压制温度为220℃，每次保温保压时间200min，每隔45s放气5s，反复进行8次操作。摩擦膜支撑层施加压力为28MPa，压制温度为400℃，每次保温保压时间150min，每隔50s放气5s，反复进行5次操作。摩擦膜过度层厚施加压力为22MPa，温度为550℃，每次保温保压时间180min，每隔50s放气6s，反复进行9次操作。基体层施加压力为35MPa，压制温度为850℃，每次保温保压时间为150min，每隔50s放气6s，反复进行8次操作。
5）将步骤4）所得四层压片按摩擦膜接触层，摩擦膜支撑层，摩擦膜过度层与基体层顺序转入直径为55mm石墨模具中，进行放电等离子烧结，烧结温度为1200oC、烧结压力为35MPa、保温时间为60min、保护气体为氩气、升温速率为90oC/min，当温度冷却至室温，脱模，得到滑板自润滑材料；
6）将步骤5）所得滑板进行后续机加工，分别对滑板按技术要求利用磨削设备进行圆盘磨，磨削工序要求是设备转速50r/min；利用抛光机清理周边毛刺、飞边和采用静电喷涂工艺进行表面处理，设备转速750r/min，温度95℃，最终得到一种NiTiCrBNb基滑板多层复合结构。图5是在实施例2条件下制备的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料基体与摩擦膜过度层结合状态电镜形貌图。
图6是在实施例2条件下制备的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料摩擦磨损表面的电子探针图。图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料的摩擦系数曲线图。图4为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料磨损率柱状图。如图3和4所示，实施例2制备的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料摩擦系数较小，约为0.22，磨损率较低，值约为2.64×10-6mm3/Nm。这表明实施例2所制备的一种NiTiCrBNb基滑板多层复合结构具有优异的减摩抗磨性能。
实施例3
一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料以NiTiCrBNb基合金、固化剂，减摩剂、抗磨剂、缓冲材料为原料，多层复合结构分为摩擦膜接触层，摩擦膜支撑层，摩擦膜过度层与基体层四层，摩擦膜接触层8%，摩擦膜支撑层20%，摩擦膜过度层30%与基体层42%。
如图1所示，一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料及其制备方法具体包括如下几个步骤：
1）多层板状晶体MoNbCrO的制备，选取粒径为24μm钼酸铵、铌粉与镉粉末，按摩尔比6:3:3称取原始粉料，通过研磨混料等工艺得到以钼酸铵、铌粉与镉粉为主要成分的混合均匀配料；然后采用真空气氛炉烧结，烧结温度为480℃、保温时间5h，保护气体为氩气，在烧结过程氧气通入量为120ml/min，得到多层板状晶体MoNbCrO。
2）各层结构NiTiCrBNb基合金、固化剂，减摩剂、抗磨剂、缓冲材料在各层体积分数如下，摩擦膜接触层包含9%NiTiCrBNb基合金体，NiTiCrBNb各元素质量分数为75Ni-10Ti-5Cr-5B-3Nb-0.8Si-0.4W-0.8Co，35%固化剂，11%减摩剂、30%抗磨剂与15%缓冲材料。固化剂由87%SnCuPbAg合金，各元素质量配比为47Sn-35Ag-11Cu-7Pb与13%丁晴橡胶粉末组成，减摩剂由13%石墨烯，28%碳纳米管，29%碳纤维与30%云母粉组成，抗磨剂由43%碳化硅，27%碳化钨，15%球墨铸铁与15%灰铸铁组成，缓冲材料由68%多层板状晶体MoNbCrO与32%陶瓷纤维组成，装样保存；摩擦膜支撑层包含34%NiTiCrBNb基合金体，成分配比质量分数为75Ni-10Ti-5Cr-5B-3Nb-0.8Si-0.4W-0.8Co，28%固化剂，6%减摩剂、21%抗磨剂与11%缓冲材料。固化剂由88%SnCuPbAg合金，各元素质量配比为47Sn-35Ag-11Cu-7Pb，12%丁晴橡胶粉末组成，减摩剂由13%石墨烯，5%碳纳米管，41%碳纤维与41%云母粉组成；抗磨剂由39%碳化硅，35%碳化钨，13%球墨铸铁与13%灰铸铁组成；缓冲材料由43%多层板状晶体MoNbCrO与57%陶瓷纤维组成，装样保存；摩擦膜过度层包含67%NiTiCrBNb基合金体，成分配比质量分数为75Ni-10Ti-5Cr-5B-3Nb-0.8Si-0.4W-0.8Co），15%固化剂，4%减摩剂、8%抗磨剂与6%缓冲材料。固化剂由96%SnCuPbAg合金，各元素质量配比为47Sn-35Ag-11Cu-7Pb，4%丁晴橡胶粉末组成，减摩剂由8%石墨烯，14%碳纳米管，39%碳纤维与39%云母粉组成；抗磨剂由37%碳化硅，24%碳化钨，24%球墨铸铁与15%灰铸铁组成；缓冲材料由50%多层板状晶体MoNbCrO与50%陶瓷纤维组成，装样保存；基体层中NiTiCrBNb基合金体积分数为100%，装样保存。
3）将步骤2）配料分别置于振动混料机干混，摩擦膜接触层，摩擦膜支撑层与摩擦膜过度层配料振动频率为42Hz，振动力为8700N，振荡时间为48min；基体层配料频率为83Hz，振动力为11000N，振荡时间为32min；
4）将步骤3）所得均匀混合的多层原始配料分别采用热压成型工艺烧结， 摩擦膜接触层施加压力为10MPa，压制温度为210℃，每次保温保压时间180min，每隔40s放气4s，反复进行6次操作。摩擦膜支撑层施加压力为27MPa，压制温度为380℃，每次保温保压时间140min，每隔40s放气4.5s，反复进行4次操作。摩擦膜过度层厚施加压力为21MPa，温度为520℃，每次保温保压时间160min，每隔48s放气5.5s，反复进行8次操作。基体层施加压力为30MPa，压制温度为800℃，每次保温保压时间为135min，每隔48s放气5s，反复进行7次操作。
5）将步骤4）所得四层压片按摩擦膜接触层，摩擦膜支撑层，摩擦膜过度层与基体层顺序转入直径为48mm石墨模具中，进行放电等离子烧结，烧结温度为1100oC、烧结压力为34MPa、保温时间为55min、保护气体为氩气、升温速率为87oC/min，当温度冷却至室温，脱模，得到滑板自润滑材料；
6）将步骤5）所得滑板进行后续机加工，分别对滑板按技术要求利用磨削设备进行圆盘磨，磨削工序要求是设备转速48r/min；利用抛光机清理周边毛刺、飞边和采用静电喷涂工艺进行表面处理，设备转速700r/min，温度85℃，最终得到一种NiTiCrBNb基滑板多层复合结构。
图7为本发明实施例3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料摩擦磨损表面的场发射扫描电镜图。图8为实施例3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料摩擦磨损3D微观形貌图。图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料的摩擦系数曲线图。图4为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料磨损率柱状图。如图3和4所示，实施例3制备的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料摩擦系数较小，约为0.24，磨损率较低，其值约为2.72×10-6mm3/Nm。这表明实施例3所制备的一种NiTiCrBNb基滑板多层复合结构具有优异的减摩抗磨性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料设计及其制备方法，其特征在于：它是以NiTiCrBNb基合金、固化剂，减摩剂、抗磨剂、缓冲材料为原料，通过包括逐层设计、分层配比、逐层制备与叠加成型工艺流程，制备出一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料。
2.根据权利要求1所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料，其特征在于：多层复合结构包括摩擦膜接触层，摩擦膜支撑层，摩擦膜过度层与基体层，各层厚度比为(8-10):(17-25):(20-35):(35-50)。
3.根据权利要求2所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料，其特征在于：基体材料、固化剂，减摩剂、抗磨剂、缓冲材料在各层结构中成分配比不同：在摩擦膜接触层中基体材料、固化剂、减摩剂、抗磨剂与缓冲材料体积分数分别为8-10%、28-45%、7-15%、21-40%与11-20%：其中固化剂包括83-92% SnCuPbAg合金与8-17%丁晴橡胶；减摩剂包括9-17%石墨烯，18-35%碳纳米管，24-37%碳纤维，24-37%云母；抗磨剂包括33-50%纳米碳化硅，17-35%纳米碳化钨，8-20%球墨铸铁，8-20%灰铸铁；缓冲材料包括61-76%多层板状晶体，24-39%陶瓷纤维，在摩擦膜支撑层中基体材料、固化剂，减摩剂、抗磨剂与缓冲材料的体积分数分别为29-38%、22-34%、5-7%、16-26%、7-15%：其中固化剂是由83-94%SnCuPbAg合金和6-17%丁晴橡胶组成；减摩剂包括7-19%石墨烯，3-7%碳纳米管，38-45%碳纤维与38-45%云母；抗磨剂包括32-45%纳米碳化硅，33-37%纳米碳化钨，9-16%球墨铸铁与13-16%灰铸铁；缓冲材料包括37-50%多层板状晶体与50-63%陶瓷纤维，摩擦膜过度层中基体材料、固化剂，减摩剂、抗磨剂与缓冲材料体积分数分别为60-75%、10-20%、3-5%、5-11%、4-8%；固化剂是由94-97%SnCuPbAg合金与3-6%丁晴橡胶组成；减摩剂包括6-10%石墨烯，12-15%碳纳米管，30-46%碳纤维和30-46%云母；抗磨剂包括30-43%纳米碳化硅，15-33%纳米碳化钨，15-33%球墨铸铁与10-19%灰铸铁；缓冲材料由40-60%多层板状晶体与40-60%陶瓷纤维组成；基体层成分为纯的NiTiCrBNb基合金材料。
4.根据权利要求2所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料设计及其制备方法，其特征在于：各层材料热压成型过程；按照摩擦膜接触层、摩擦膜支撑层、摩擦膜过度层与基体层成分配比，将混合均匀粉末装入热压成型模具中，分别制备出摩擦膜接触层、摩擦膜支撑层、摩擦膜过度层与基体层复合金属压片。
5.根据权利要求3所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料设计及其制备方法，其特征在于：多层板状晶体MoNbCrO的制备方法：选取粒径为22-26μm钼酸铵、铌粉与镉粉，按摩尔比为6:(3-4):(2-3)称取原始粉料，通过研磨混料等工艺流程后，得到以钼酸铵、铌粉与镉粉成分混合均匀配料，然后采用真空气氛炉烧结，烧结温度为450-500℃、保温时间4.5-5.5h，保护气体为氩气，在烧结过程氧气通入量为60-175ml/min，通过反应得到一种多层板状晶体MoNbCrO。
6.根据权利要求4所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料设计及其制备方法，其特征在于：所述多层复合结构制备：依次将摩擦膜接触、摩擦膜支撑层、摩擦膜过度层与基体层各层结构压片装入石墨模具，利用放电等离子烧结为一种四层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料，放电等离子烧结温度为1000-1200oC、烧结压力为32-35MPa、保温时间为50-60min、保护气体为氩气、升温速率为85-90oC/min。
7.权利要求1所述的一种多层复合结构NiTiCrBNb基滑板自润滑材料，其特征在于其摩擦系数值为0.16-0.24，磨损率值为2.53-2.72×10-6 cm3·N-1·m-1。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200103 |
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