CN1570170A - 含稀土氟化物自润滑镍基合金及其制备方法 - Google Patents

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吕晋军
王静波
薛群基
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Abstract

本发明公开了一种含稀土氟化物自润滑镍基合金及制备方法。本发明选用镍－铬为基体、钼、钨等为固溶强化相，稀土氟化物为强化助剂和润滑相，石墨为低温润滑相，构成合金的主成分。制备的自润滑镍基合金具有机械强度高，抗氧化性好等优点，这种含稀土氟化物自润滑镍基合金具有优异的摩擦学性能，可在室温至600℃使用。

Description

含稀土氟化物自润滑镍基合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含稀土氟化物镍基合金及其制备方法，特别涉及到一种含稀土氟化物自润滑镍基合金及其制备方法。
背景技术
高温镍基合金是发动机等热动力机械中的主要结构材料，其高温力学和抗氧化性能优异，但其摩擦学性能还不能满足作为摩擦部件的要求，因此必须对其摩擦学性能加以改进。改善高温镍基合金摩擦学性能的常用方法是在高温镍基合金中添加固体润滑剂，使其具有自润滑性。但一般固体润滑剂的加入会导致高温镍基合金的力学和抗氧化性能显著下降，不能得到力学和摩擦学性能兼优的自润滑高温镍基合金。稀土氟化物或混合稀土氟化物是性能优异的高温固体润滑剂，稀土元素和氟元素具有提高高温镍基合金力学和摩擦学性能的双重作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高强度并可在室温～600℃条件下使用的含稀土氟化物自润滑镍基合金及其制备方法，合金具有优良的力学性能和摩擦学性能。
在配方上，本发明选用镍-铬为基体、钼、钨等为固溶强化相，稀土氟化物为强化助剂和润滑相，石墨为低温润滑相，构成合金的主成分。
一种含稀土氟化物自润滑镍基合金，其特征在于重量百分含量组成为铬12～18％、钼12～18％、钨3～5％、铁3～5％、钴1～3％，硅0.5～1.5％、锰0.5～1.5％、稀土氟化物1～10％、石墨0～5％、镍余量。
稀土氟化物选自氟化铈、氟化镧、氟化镝或是它们任意组合的混合物。
本发明所用的原料为工业原料，镍、铬、钼、钨、铁、钴、硅、锰的纯度大于98％，粒度为20-50μm。
稀土氟化物的纯度大于99％，粒度为1-10μm。
石墨的纯度大于99％，粒度为10-30μm。
含稀土氟化物自润滑镍基合金的制备方法是：将镍、铬、钼、钨、铁、钴、硅、锰，稀土氟化物和石墨按比例混合均匀后，装入石墨模具中在烧结温度为1100～1250℃，压力为8～15MPa，保温时间为15～40分钟条件下烧结即可得到材料的毛坯。
本发明的合金采用粉末冶金热压烧结工艺制备，经机械加工后即为不同形状产品。由此工艺制备的含稀土氟化物自润滑镍基合金具有高强度、抗氧化性好和摩擦学性能优异的特点。
按上述配方和工艺制得的含稀土氟化物自润滑镍基合金的典型物理、力学性能与摩擦磨损特征如表1、表2所列。
表1含稀土氟化物自润滑镍基合金的物理与机械性能
    合金   密度    硬度     抗压强度(MPa)   冲击韧性(kJ/m2)
    20℃     700℃
未加稀土氟化物   8.52     260     1110     550      196.2
加入稀土氟化物   8.46     254     1160     770      248.0
表2含稀土氟化物自润滑镍基合金的摩擦—温度特性
  温度(℃)     摩擦系数     磨损率(×10-14m3/Nm)
    室温      0.37      10.0
    600      0.23      0.05
由表1和表2可看出，该材料具有优异的物理、机械性能与摩擦磨损性能。如该材料的冲击韧性高于一般镍基自润滑材料或合金，材料在600℃的磨损率比一般镍基自润滑材料或合金的低一个数量级。稀土氟化物的加入可以显著改善镍基合金在高温下的强度。按照本发明的配方和工艺过程制作的实用部件可在室温～600℃使用。
具体实施方式
实施例1：按照表3列出的具体配方，采用粉末冶金热压烧结工艺制备。具体是将将镍、铬、钼、钨、铁、钴、硅、锰，稀土氟化物和石墨按一定比例，装入混料器中，以30转/分将混合粉混匀，装入所设计的石墨模具中，以烧结温度为1100～1250℃，压力为8～15MPa，保温时间为15～40分钟烧结成毛坯，加工或不加工，即可进行使用。
            表3 具体配方(重量百分比含量)
   组成    镍    铬     钼    钨    铁     钴    硅     锰    氟化铈    氟化镧    氟化镝   石墨
    1   49.5    14.4    14.4    3.6    4.5     1.8    0.9     0.9     10.0     0
    2   51.3    16.0    14.4    3.0    3.5     2.0    0.9     0.9     8.0     0
    3   58.8    15.4    13.7    3.2    4.6     1.8    1.0     0.5     1.0     0
    4   46.5    13.5    13.5    3.3    4.2     1.7    0.6     1.0     5.0     1.0     0
5 51.2 14.2 14.2 3.5 4.4 1.7 0.9 0.9 2.0 7.0 0
    6   57.1   13.5   13.5   3.3   4.2   1.6   0.9     0.9     3.0     2.0     0
    7   46.3   14.5   14.5   3.6   4.5   1.8   0.9     0.9     4.0     3.0     3.0     3.0

Claims (7)

1、一种含稀土氟化物自润滑镍基合金，其特征在于重量百分含量组成为铬12～18％、钼12～18％、钨3～5％、铁3～5％、钴1～3％，硅0.5～1.5％、锰0.5～1.5％、稀土氟化物1～10％、石墨0～5％、镍余量。
2、如权利要求1所说的合金，其特征在于稀土氟化物选自氟化铈、氟化镧、氟化镝或是它们任意组合的混合物。
3、如权利要求1所说的合金，其特征在于稀土氟化物选自氟化铈、氟化镧、氟化镝或是它们任意组合的混合物。
4、如权利要求1所说的合金，其特征在于镍、铬、钼、钨、铁、钴、硅、锰的纯度大于98％，粒度为20-50μm。
5、如权利要求1所说的合金，其特征在于石墨的纯度大于99％，粒度为10-30μm。
6、如权利要求1或2所说的合金，其特征在于稀土氟化物的纯度大于99％，粒度为1-10μm。
7、如权利要求1所说合金的制备方法，其特征在于将镍、铬、钼、钨、铁、钴、硅、锰，稀土氟化物和石墨按比例混合均匀后，装入石墨模具中在烧结温度为1100～1250℃，压力为8～15MPa，保温时间为15～40分钟条件下烧结。
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