CN111575699B - 一种自润滑铝基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种自润滑铝基复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111575699B
CN111575699B CN202010523264.0A CN202010523264A CN111575699B CN 111575699 B CN111575699 B CN 111575699B CN 202010523264 A CN202010523264 A CN 202010523264A CN 111575699 B CN111575699 B CN 111575699B
Authority
CN
China
Prior art keywords
self
composite material
aluminum
lubricating
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010523264.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111575699A (zh
Inventor
王快社
韩鹏
王文
刘强
彭湃
张婷
乔柯
佟立波
吴冰
刘志浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Architecture and Technology
Original Assignee
Xian University of Architecture and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Architecture and Technology filed Critical Xian University of Architecture and Technology
Priority to CN202010523264.0A priority Critical patent/CN111575699B/zh
Publication of CN111575699A publication Critical patent/CN111575699A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111575699B publication Critical patent/CN111575699B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • C23C24/045—Impact or kinetic deposition of particles by trembling using impacting inert media
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/105—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material containing inorganic lubricating or binding agents, e.g. metal salts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/17—Metallic particles coated with metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种自润滑铝基复合材料及其制备方法，包括以铝合金为基体，高熵合金CoCrFeNi包覆固体润滑剂为增强体，将铝合金和增强体采用振动混料的方法进行混合后，利用冷喷涂将其沉积在金属基板上形成沉积体，再利用搅拌头对所述的沉积体进行搅拌摩擦加工即得，以质量百分数计，所述的基体含量为70～80％，所述的增强体含量为20～30％。该方法污染小、粉末利用率高，所制备的自润滑铝基复合材料组织细化、均匀化和致密化，使用寿命长。

Description

一种自润滑铝基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种自润滑铝基复合材料及其制备方法。
背景技术
金属基自润滑复合材料被广泛应用于难以使用常规油脂润滑的机械零件或高速、重载、高温、真空、深冷等苛刻工况下服役的机械设备中。为了获得较低的摩擦系数，金属基自润滑复合材料中通常需要添加较多的固体润滑剂，以满足其自润滑能力。自润滑铝基复合材料凭借其密度小、比强度高、导热性好、热膨胀系数低、耐磨性好等优点被广泛应用于航天航空、交通运输、石油化工等行业。
目前，制备自润滑铝基复合材料的主要方法是对铝合金表面制备硬质阳极氧化膜，随后在氧化铝膜表面的微孔中填充各种润滑性物质使其表面具有良好的耐磨性和自润滑性。中国专利CN106733554U公布了一种铝合金表面的自润滑耐磨涂层的制备方法，该方法通过在铝合金表面制备陶瓷中间缓冲层和表面自润滑层的方式提高铝合金表面耐磨性。该方法主要缺点是润滑层是高分子材料，使用寿命短。中国专利CN106334787A公布了一种梯度石墨/铝基表层自润滑复合材料及制备方法，该方式采用激光烧结制备石墨骨架并对其表面进行镀铜处理，最后置于模具底部，将铝合金与其浇铸合成。该方法主要缺点污染较大，组织粗化、不均匀、致密度差且耐磨层厚度不足。
发明内容
为了克服传统制备自润滑铝基复合材料方法的不足，本发明以铝合金为基材，以CoCrFeNi包覆固体润滑剂粉末为增强体。将四元高熵合金CoCrFeNi包覆固体润滑剂粉末和铝合金粉末充分混合，利用冷喷涂技术和搅拌摩擦加工技术的联动，从而制备自润滑铝基复合材料及其增材体。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种自润滑铝基复合材料的制备方法，包括以铝合金为基体，高熵合金CoCrFeNi包覆固体润滑剂为增强体，将铝合金和增强体采用振动混料的方法进行混合后，利用冷喷涂将其沉积在金属基板上形成沉积体，再利用搅拌头对所述的沉积体进行搅拌摩擦加工即得，以质量百分数计，所述的基体含量为70～80％，所述的增强体含量为20～30％。
具体的，所述的增强体的粒径分布范围为20～60μm。
具体的，所述的固体润滑剂粉末可以为二硫化钼、石墨、硫化锌和氟化钙。
具体的，所述的铝合金粉末包括2系和6系铝合金，粒径分布范围为20～80μm。
具体的，所述的振动混料的振动频率为50～100Hz，振动混料时间为1～2小时。
具体的，所述的冷喷涂的喷枪压力为2.5～5MPa，所用的气体为氮气、氩气、空气或氦气。
进一步的，所述的气体预热温度为500～800℃，送粉速率为25～30g/min，送粉距离为20～30mm。
更进一步的，所述的搅拌摩擦加工过程中的搅拌头旋转速度为200～1000rpm，前进速度为20～100mm/min。
可选的，搅拌头轴肩压下量为0.1～0.3mm。
优选的，具体包括以下步骤：
(1)增强体制备：将CoCrFeNi置于坩埚熔炼炉中加热至熔化，将熔化后的金属液置于喷射沉积机中的金属液包；将MoS2剂置于固体流动输送器中，其中，MoS2的粒径小于10μm，CoCrFeNi与MoS2质量比为2:1，氩气压强为0.9MPa，将CoCrFeNi与MoS2粉末同步雾化形成CoCrFeNi包覆MoS2粉末的增强体颗粒；
(2)混料：选用粒径分布范围为20～40μm的2系铝合金粉末与步骤(1)中制备的增强体进行振动混料，振动频率为100Hz，混料时间为2小时；
(3)冷喷涂：将混料完成的混合粉末置于冷喷涂设备的储粉仓中进行沉积体制备，冷喷涂所用气体为氮气，喷涂压力为2.5MPa，气体预热温度为600℃，送粉速率为30g/min，送粉距离为30mm，所制备的沉积体厚度为3mm，所选用金属基板为铝；
(4)搅拌摩擦加工：在冷喷涂制备的沉积体表面进行搅拌摩擦加工，其中，搅拌头的旋转速度为600rpm，前进速度为50mm/min；轴肩压下量为0.2mm，搅拌针长度为2.8mm。
本发明所述的自润滑铝基复合材料的制备方法制备得到自润滑铝基复合材料。
本发明与现有技术相比具有以下技术效果：
1、本发明采用冷喷涂结合搅拌摩擦加工技术成功实现了铝基复合材料及其增材体的制备，该方法污染小、粉末利用率高，所制备的自润滑铝基复合材料组织细化、均匀化和致密化，使用寿命长。
2、本发明所述的自润滑铝基复合材料以铝合金为基体，高熵合金CoCrFeNi包覆固体润滑剂为增强体，既发挥了高熵合金CoCrFeNi的优异耐磨性能，又兼具了固体润滑剂的自润滑能力。所添加的高熵合金CoCrFeNi具有高强度、高硬度、高耐磨、耐腐等性能，且与铝合金基体的界面润湿性及界面相容性良好，包覆的固体润滑剂又具有良好的自润滑能力。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
冷喷涂技术是一种利用低温(远小于金属熔点)高压气体加速粉末颗粒使其撞击在金属基板上发生塑性变形而堆积为沉积体的一种增材制造技术，该技术可以有效避免传统增材制造技术(选区激光熔覆、选区激光烧结以及电子束熔丝成形等)存在的凝固组织缺陷。然而，冷喷涂制备的自润滑铝基复合材料沉积体存在孔隙率高、塑韧性差、组织不均匀等缺点。搅拌摩擦加工是一种基于搅拌摩擦焊接发展而来的一种大塑性变形技术，该技术可以使被加工材料组织细化、均匀化和致密化。结合上述两种技术的各自优势，本发明利用冷喷涂结合搅拌摩擦加工技术成功制备了组织细化、均匀化和致密化的自润滑铝基复合材料及其增材体，丰富了自润滑铝基复合材料的制备方法，为指导自润滑铝基复合材料的增材提供了新方法。
遵从上述技术方案，本发明提出一种自润滑铝基复合材料及其制备方法，具体步骤如下：
(1)增强体制备：将CoCrFeNi置于坩埚熔炼炉中加热至熔化，将熔化后的金属液置于喷射沉积机中的金属液包；将粒径小于10μm的固体润滑剂置于固体流动输送器中。利用0.5～1MPa的高压氩气将CoCrFeNi与固体润滑剂粉末同步雾化形成CoCrFeNi包覆固体润滑剂的增强体颗粒。
(2)混料：选用合适粒径的铝合金粉末与增强体颗粒置于装料器中进行充分混料。
(3)冷喷涂：将充分混合的铝合金粉末与增强体颗粒置于冷喷涂机的储粉仓中，调节喷涂参数，进行自润滑铝基复合材料沉积体的制备。
(4)搅拌摩擦加工：利用高速旋转的搅拌头对沉积在金属基板上的自润滑铝基复合材料沉积体进行搅拌摩擦加工使其组织细化、均匀化和致密化。
此外，若需制备厚度较大的自润滑铝基复合材料增材体(增材体是指经冷喷涂和搅拌摩擦加工得到的材料)，只需重复冷喷涂和搅拌摩擦加工的步骤即可。冷喷涂技术和搅拌摩擦加工技术的联合使用即每完成一次喷涂，进行一次搅拌摩擦加工，通过逐层喷涂和搅拌摩擦加工从而完成自润滑铝基复合材料的增材过程。
比如，搅拌摩擦加工第一层铝基自润滑复合材料沉积体的搅拌针长度为L(1)＝h(1)-Δ；搅拌摩擦加工第2～i层铝基自润滑复合材料沉积体的搅拌针的长度为L(i)＝h(i)+Δ，其中，h(i)为冷喷涂铝基自润滑复合材料沉积体第i层厚度，单位为mm，L(i)为搅拌摩擦加工第i层冷喷涂铝基复合材料沉积体所用搅拌针长度，单位为mm，i一般取值大于1且为整数，Δ为搅拌摩擦加工过程中的轴肩压下量，单位为mm，一般取值0.1～0.3mm。
本发明中的各原料均市售可得。
以下结合图1的工艺流程图作详细说明：
实施例1：
该实施例是制备80％铝合金-20％(CoCrFeNi包覆MoS2)自润滑复合材料。80％铝合金-20％(CoCrFeNi包覆MoS2)自润滑复合材料是指复合材料中铝合金的质量百分数为80％，增强体(CoCrFeNi包覆MoS2)的质量百分数为20％，具体步骤如下：
(1)增强体制备：将CoCrFeNi置于坩埚熔炼炉中加热至熔化，将熔化后的金属液置于喷射沉积机中的金属液包；将MoS2剂置于固体流动输送器中，其中，MoS2的粒径小于10μm，CoCrFeNi与MoS2质量比为2:1，氩气压强为0.9MPa，将CoCrFeNi与MoS2粉末同步雾化形成CoCrFeNi包覆MoS2粉末的增强体颗粒。
(2)混料：选用粒径分布范围为20～40μm的2系铝合金粉末与步骤(1)中制备的增强体置于装料器中进行振动混料，振动频率为100Hz，混料时间为2小时。
(3)冷喷涂：将混料完成的混合粉末置于冷喷涂设备的储粉仓中进行沉积体制备，冷喷涂所用气体为氮气，喷涂压力为2.5MPa，气体预热温度为600℃，送粉速率为30g/min，送粉距离为30mm，所制备的沉积体厚度为3mm，所选用金属基板为纯铝。
(4)搅拌摩擦加工：在冷喷涂制备的沉积体表面进行搅拌摩擦加工，其中，搅拌头的旋转速度为600rpm，前进速度为50mm/min；轴肩压下量为0.2mm，搅拌针长度为2.8mm。
该实例成功制备了2.8mm厚的自润滑铝基复合材料，所得自润滑铝基复合材料组织细化、均匀化和致密化。摩擦磨损测试过程中，载荷为15N，转速为500r/min，摩擦时间为20min，摩擦副为二氧化硅，摩擦形式为球盘式。
实施例2：
该实施例是制备80％铝合金-20％(CoCrFeNi包覆石墨)自润滑复合材料，80％铝合金-20％(CoCrFeNi包覆石墨)自润滑复合材料是指复合材料中铝合金的质量百分数为80％，增强体(CoCrFeNi包覆石墨)的质量百分数为20％，具体步骤如下：
(1)增强体制备：将CoCrFeNi置于坩埚熔炼炉中加热至熔化，将熔化后的金属液置于喷射沉积机中的金属液包；将石墨剂置于固体流动输送器中，其中，石墨的粒径小于10μm，CoCrFeNi与石墨质量比为2:1，氩气压强为0.6MPa，将CoCrFeNi与石墨粉末同步雾化形成CoCrFeNi包覆石墨粉末的增强体颗粒。
(2)混料：选用粒径分布范围为20～40μm的2系铝合金粉末与步骤(1)中制备的增强体置于装料器中进行振动混料，振动频率为80Hz，混料时间为1.5小时。
(3)冷喷涂：将混料完成的混合粉末置于冷喷涂设备的储粉仓中进行沉积体制备，冷喷涂所用气体为氩气，喷涂压力为3.0MPa，气体预热温度为650℃，送粉速率为25g/min，送粉距离为30mm，所制备的沉积体厚度为3mm，所选用金属基板为纯铝。
(4)搅拌摩擦加工：在冷喷涂制备的沉积体表面进行搅拌摩擦加工，其中，搅拌头的旋转速度为800rpm，前进速度为60mm/min；轴肩压下量为0.2mm，搅拌针长度为2.8mm。
该实例成功制备了2.8mm厚的自润滑铝基复合材料，所得自润滑铝基复合材料组织细化、均匀化和致密化。摩擦磨损测试过程中，载荷为15N，转速为500r/min，摩擦时间为20min，摩擦副为二氧化硅，摩擦形式为球盘式。
实施例3：
该实施例是制备70％铝合金-30％(CoCrFeNi包覆MoS2)自润滑复合材料增材体，70％铝合金-30％(CoCrFeNi包覆MoS2)自润滑复合材料是指复合材料中铝合金的质量百分数为70％，增强体(CoCrFeNi包覆MoS2)的质量百分数为30％，具体步骤如下：
(1)增强体制备：将CoCrFeNi置于坩埚熔炼炉中加热至熔化，将熔化后的金属液置于喷射沉积机中的金属液包；将MoS2剂置于固体流动输送器中，其中，MoS2的粒径小于10μm，CoCrFeNi与MoS2质量比为2:1，氩气压强为0.9MPa，将CoCrFeNi与MoS2粉末同步雾化形成CoCrFeNi包覆MoS2粉末的增强体颗粒。
(2)混料：选用粒径分布范围为20～40μm的6系铝合金粉末与步骤(1)中制备的增强体置于装料器中进行振动混料，振动频率为80Hz，混料时间为1小时。
(3)冷喷涂：将混料完成的混合粉末置于冷喷涂设备的储粉仓中进行第一层沉积体制备，冷喷涂所用气体为氮气，喷涂压力为2.8MPa，气体预热温度为800℃，送粉速率为30g/min，送粉距离为20mm，所制备的沉积体厚度为3mm，所选用金属基板为纯铝。
(4)搅拌摩擦加工：在冷喷涂制备的第一层沉积体表面进行搅拌摩擦加工，其中，搅拌头的旋转速度为800rpm，前进速度为80mm/min；轴肩压下量为0.2mm，搅拌针长度为2.8mm。
(5)增材体制备：待搅拌摩擦加工完毕，对第一层70％铝合金-30％(CoCrFeNi包覆MoS2)自润滑复合材料增材体表面打磨平滑，以便于第二层冷喷涂沉积体的制备。重复上述步骤(3)～(5)，不同的是，对第二层沉积层进行搅拌摩擦加工时，所用的搅拌针长度为3.2mm。
该实例通过两次冷喷涂和搅拌摩擦加工循环成功制备了5.6mm厚的自润滑铝基块体复合材料增材体，所得自润滑铝基复合材料增材体沿厚度方向组织细化、均匀化和致密化。摩擦磨损测试过程中，载荷为15N，转速为500r/min，摩擦时间为20min，摩擦副为二氧化硅，摩擦形式为球盘式。
实施例4：
该实施例是制备80％铝合金-20％(CoCrFeNi包覆ZnS)自润滑复合材料，80％铝合金-20％(CoCrFeNi包覆ZnS)自润滑复合材料是指复合材料中铝合金的质量百分数为80％，增强体(CoCrFeNi包覆ZnS)的质量百分数为20％，具体步骤如下：
(1)增强体制备：将CoCrFeNi置于坩埚熔炼炉中加热至熔化，将熔化后的金属液置于喷射沉积机中的金属液包；将ZnS剂置于固体流动输送器中，其中，ZnS的粒径小于10μm，CoCrFeNi与ZnS质量比为2:1，氩气压强为0.8MPa，将CoCrFeNi与ZnS粉末同步雾化形成CoCrFeNi包覆ZnS粉末的增强体颗粒。
(2)混料：选用粒径分布范围为20～40μm的2系铝合金粉末与步骤(1)中制备的增强体置于装料器中进行振动混料，振动频率为100Hz，混料时间为1.5小时。
(3)冷喷涂：将混料完成的混合粉末置于冷喷涂设备的储粉仓中进行沉积体制备，冷喷涂所用气体为氩气，喷涂压力为3.5MPa，气体预热温度为700℃，送粉速率为25g/min，送粉距离为28mm，所制备的沉积体厚度为3mm，所选用金属基板为纯铝。
(4)搅拌摩擦加工：在冷喷涂制备的沉积体表面进行搅拌摩擦加工，其中，搅拌头的旋转速度为600rpm，前进速度为60mm/min；轴肩压下量为0.3mm，搅拌针长度为2.8mm。
该实例成功制备了2.8mm厚的自润滑铝基复合材料，所得自润滑铝基复合材料组织细化、均匀化和致密化。摩擦磨损测试过程中，载荷为15N，转速为500r/min，摩擦时间为20min，摩擦副为二氧化硅，摩擦形式为球盘式。
对比例1
该对比例与实施例1相同，不同的是：仅用冷喷涂技术对混合粉末进行沉积，未进行搅拌摩擦加工处理。所得80％铝合金-20％(CoCrFeNi包覆MoS2)自润滑复合材料组织致密，摩擦系数为0.18。
对比例2
中国专利CN110172617A将二硫化钨纳米颗粒和铝合金混合粉末进行熔炼、铸造和烧结，所得自润滑铝基复合材料的平均摩擦系数为0.28，本发明实施例1～4所得自润滑铝基复合材料的平均摩擦系数均小于0.28。
对比例3
中国专利CN101328553A将二硼化钛、氮化硼以及铝合金粉末混合进行压力预成型、熔炼和浇铸，获得铸态自润滑铝基复合材料，其组织粗大不均匀，平均摩擦系数为0.13。本发明中实施例3中所得自润滑复合材料的平均摩擦系数为0.08。
对上述实施例1～4以及对比例1～3的摩擦性能进行统计如下：
Figure BDA0002532829560000111
Figure BDA0002532829560000121
上述结果表明，加入基体的增强体质量百分比越高，平均摩擦系数越小，磨损量越少，自润滑效果越好。未进行搅拌摩擦加工的冷喷涂沉积体的摩擦系数较大，这可能是因为沉积体组织不均匀和孔隙率较高所致。另外，通过对比本发明中实施例1～4和对比例1～3可以看出，本发明方法制备的自润滑铝基复合材料的平均摩擦系数较小，自润滑效果优良。
如图1所示为本发明的一种自润滑铝基复合材料及其制备方法的工艺流程图。由图可以看出，实施例1～4以及对比例1均是采用图1所示流程图进行自润滑铝基复合材料的制备，不同的是，实施例3中制备自润滑铝基复合材料增材体的过程是在实施例1的基础上，对冷喷涂和搅拌摩擦加工两种工艺进行循环，使其复合材料的体积(厚度)增加，从而完成大厚度自润滑铝基复合材料增材体的制备。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种自润滑铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以铝合金为基体，高熵合金CoCrFeNi包覆固体润滑剂为增强体，将铝合金和增强体采用振动混料的方法进行混合后，利用冷喷涂将其沉积在金属基板上形成沉积体，再利用搅拌头对所述的沉积体进行搅拌摩擦加工即得，以质量百分数计，所述的基体含量为70~80%，所述的增强体含量为20~30%；
所述的增强体的粒径分布范围为20~60 μm；
所述的固体润滑剂为二硫化钼、石墨、硫化锌或氟化钙粉末；
所述的铝合金包括2系和6系铝合金粉末，粒径分布范围为20~80 μm；
所述的振动混料的振动频率为50~100 Hz，振动混料时间为1~2小时；
所述的冷喷涂的喷枪压力为2.5~5 MPa，所用的气体为氮气、氩气、空气或氦气；
所述的气体预热温度为500~800℃，送粉速率为25~30 g/min，送粉距离为20~30 mm；
所述的搅拌摩擦加工过程中的搅拌头旋转速度为200~1000 rpm，前进速度为20~100mm/min，搅拌头轴肩压下量为0.1~0.3 mm。
2.根据权利要求1所述的自润滑铝基复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）增强体制备：将CoCrFeNi置于坩埚熔炼炉中加热至熔化，将熔化后的金属液置于喷射沉积机中的金属液包；将MoS2剂置于固体流动输送器中，其中，MoS2的粒径小于10 μm，CoCrFeNi与MoS2质量比为2:1，氩气压强为0.9 MPa，将CoCrFeNi与MoS2粉末同步雾化形成CoCrFeNi包覆MoS2粉末的增强体颗粒；
（2）混料：选用粒径分布范围为20~40 μm的2系铝合金粉末与步骤（1）中制备的增强体进行振动混料，振动频率为100 Hz，混料时间为2小时；
（3）冷喷涂：将混料完成的混合粉末置于冷喷涂设备的储粉仓中进行沉积体制备，冷喷涂所用气体为氮气，喷涂压力为2.5 MPa，气体预热温度为600℃，送粉速率为30 g/min，送粉距离为30 mm，所制备的沉积体厚度为3 mm，所选用金属基板为铝；
（4）搅拌摩擦加工：在冷喷涂制备的沉积体表面进行搅拌摩擦加工，其中，搅拌头的旋转速度为600 rpm，前进速度为50 mm/min；轴肩压下量为0.2 mm，搅拌针长度为2.8 mm。
3.由权利要求1~2任一所述的自润滑铝基复合材料的制备方法制备得到自润滑铝基复合材料。
CN202010523264.0A 2020-06-10 2020-06-10 一种自润滑铝基复合材料及其制备方法 Active CN111575699B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010523264.0A CN111575699B (zh) 2020-06-10 2020-06-10 一种自润滑铝基复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010523264.0A CN111575699B (zh) 2020-06-10 2020-06-10 一种自润滑铝基复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111575699A CN111575699A (zh) 2020-08-25
CN111575699B true CN111575699B (zh) 2022-05-31

Family

ID=72120026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010523264.0A Active CN111575699B (zh) 2020-06-10 2020-06-10 一种自润滑铝基复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111575699B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112404453A (zh) * 2020-10-06 2021-02-26 湖北超卓航空科技股份有限公司 一种超细晶材料的增材制造方法
CN112899531B (zh) * 2021-01-19 2021-11-23 江苏大学 一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料及磁场辅助制备方法
CN114033799B (zh) * 2021-11-29 2024-02-27 江苏科技大学 一种基于电子束固化的滑动轴承复合润滑结构加工方法
CN114196925A (zh) * 2021-12-13 2022-03-18 广东省科学院新材料研究所 一种含稀土金属的铜镍合金靶材、其制备方法及应用
CN114799201A (zh) * 2022-05-05 2022-07-29 广东省科学院新材料研究所 收缩-扩展喷嘴及其制备方法、增材制造设备和方法
CN116511423A (zh) * 2023-04-26 2023-08-01 盐城东皇铸造有限公司 用于铸造耐磨离心缸的铸造工艺

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7553385B2 (en) * 2004-11-23 2009-06-30 United Technologies Corporation Cold gas dynamic spraying of high strength copper
US20180025794A1 (en) * 2016-07-22 2018-01-25 Westinghouse Electric Company Llc Spray methods for coating nuclear fuel rods to add corrosion resistant barrier
CN107841744A (zh) * 2017-11-03 2018-03-27 西安建筑科技大学 一种超细晶材料的增材制造方法
CN108893641B (zh) * 2018-06-21 2020-05-05 江苏理工学院 一种具有自润滑的铝合金复合材料及其制备方法
CN110344047B (zh) * 2019-08-27 2021-06-04 兰州理工大学 一种原位合成低压冷喷涂CuNiCoFeCrAl2.8高熵合金涂层的制备方法
CN110629218A (zh) * 2019-11-04 2019-12-31 佛山科学技术学院 一种高熵合金细晶粒原位增材制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111575699A (zh) 2020-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111575699B (zh) 一种自润滑铝基复合材料及其制备方法
CN111575698B (zh) 一种高熵合金基自润滑复合材料及其制备方法
CN109759578B (zh) 两种超细陶瓷颗粒组装修饰的3d打印用铝基复合粉末及其制备方法与应用
Devaraju et al. Influence of addition of Grp/Al2O3p with SiCp on wear properties of aluminum alloy 6061-T6 hybrid composites via friction stir processing
US5875702A (en) Swash plate of swash plate compressor and combination of swash plate with shoes
CA3108090C (en) Process and composition for formation of hybrid aluminum composite coating
CN107475710B (zh) 一种多层结构的Ni3Al基自润滑材料及其制备方法
CN110744047A (zh) 一种铝基复合材料的制备方法
JP5753304B1 (ja) セラミックスナノ粒子が担持されたアルミニウム又はアルミニウム合金粉体及びそれを用いたセラミックス−アルミニウム系複合材料、並びに、その粉体の製造方法
CN111266576B (zh) 一种tc4基自润滑材料及其制备方法
CN108893641B (zh) 一种具有自润滑的铝合金复合材料及其制备方法
JP6760807B2 (ja) 銅基焼結合金含油軸受
CN1617989A (zh) 热喷涂活塞环
CN1107802C (zh) 斜盘式压缩机的旋转斜盘
CN114951689A (zh) 一种基于电弧增材的船用钛合金梯度复合材料制备方法
Dong et al. Microstructure and properties of a wear resistant Al-25Si-4Cu-1Mg coating prepared by supersonic plasma spraying
JPH0625386B2 (ja) アルミニウム合金粉末及びその焼結体の製造方法
CN115961182A (zh) 一种耐腐蚀抗磨损的涂层及其冷喷涂制备方法
CN114250460A (zh) 一种锡镍青铜-碳钢复合双金属轴承套的制造方法
Wang et al. Development of copper alloy-steel bimetallic bearing materials and manufacturing technology
CN112813333A (zh) 一种TiN增强铝基复合材料及其制备方法
CN117286493B (zh) 一种激光熔覆镍铝基耐磨性涂层及其制备方法
CN106048290B (zh) 一种原位搅拌法制备铜基自润滑材料的方法
JP2013194304A (ja) 通電摺動部材及びこれを用いたパンタグラフ並びに当該通電摺動部材の製造方法及び修理方法
CN111534801B (zh) 一种喷射成形AlSnCu合金靶材及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant