CN85107628A - 固体自润滑材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于粉末冶金制品及其制造方法。主要适用于制造无油自润滑轴承、摩擦副配偶件和高级密封环等。其特点是材料由两个组分组成，第一组分由金属Ni、Co包覆润滑剂石墨、MoS₂等；第二组分由第四、五、六副族金属的碳、氮化物与Ni、Co、Mo中的一种或两种以上的金属构成。制造方法采用了先进的电火花烧结工艺。因而获得了强度高、韧性好和摩擦系数低的自润滑耐磨材料。

Description

本发明属于粉末冶金制品及其制造工艺。

在高温、高速负载下运转的无油自润滑轴承、摩擦付配偶件、高级密封环等部件及材料均要求有较高的强度和良好的润滑性。

在以往的技术中，曾有人把石墨和二硫化钼（MoS₂）的粉剂直接混到金属粉末中，试图利用粉末冶金烧结成型工艺制取高性能的润滑材料，结果都不理想。近年来又有人采用金属包复石墨的方法用来制取自润滑部件，未得到满意结果。众所周知，石墨和MoS₂对金属的润滑性很差，把石墨和MoS₂粉剂作为原料，烧结成型后强度很低。无论是在冷压或热压烧结成型中，经过较长时间高温烧结过程，石墨、MoS₂将会氧化。即使镍包复石墨，利用普通烧结成型工艺也得不到较好的效果。日本专利昭58-17819发明了一种固体自润滑复合材料，它由两种组分构成：第一组分由MoS₂、WS₂单体或复合体润滑剂和Cu、Fe、Ni、Co、Mn中的一种或两种以上成分构成;第二组分由第四、五、六付族金属或其碳化物、氮化物（第六付族氮化物除外）中的一种或两种以上成分构成。第一组分与第二组分的重量百分比为80∶20～20∶80。该复合材料采用热压成形工艺。

本发明的目的在于提供一种強度高、润滑性优异的自润滑材料及其相应的制造方法。

根据上述意旨，本发明所设计的复合自润滑材料由強度高的硬质相、结合牢固的粘结相和均匀分布的润滑相组成。使各种特性融合于一体中，成为综合性能良好的材料。因此在成分的设计上，选用硬质合金材料为基体，如以一定纯度和颗粒度的TiC、Ni和Mo的混合物作为基体成分;另外加入Ni包复人造石墨或Ni包复MoS₂。根据对材料性能的要求和使用条件，在一定量的范围内酌情改变成分的配比或成分。当要求材料有较高的強度时，可适当增加基体的量;当要求提高润滑性时，可增加润滑剂的量;要求提高韧性时可增加Ni的含量。若材料在真空条件下使用。可增加MoS₂的量或加入WS₂等。

基于上述原理，本发明固体自润滑材料由两个组分构成。第一组分由金属Ni、Co包复固体润滑剂石墨、MoS₂、WS₂、WSe₂中的一种或两种以上的包复粉末构成;第二组分由第四、五、六付族金属的碳化物、氮化物与Ni、Co、Mo中的一种或两种以上的金属构成。第一组分中，包复粉末的金属与润滑剂的重量比为2∶1～4∶1;第二组分中，碳、氮化物与Ni、Co、Mo中的一种或两种以上金属的重量比为3∶2～9∶1。第一组分与第二组分的重量百分比为10∶90～30∶70。所用原料为市销粉末，其颗粒度一般为1微米到几十微米。

固体自润滑材料是采用电火花烧结工艺制备的。过去通常采用的粉末冶金冷压或热压成型工艺，均有不足之处。即使对于热压成型来说，由于烧结过程中，在高温和长时间作用下，润滑剂易于氧化和分解，且润滑剂的含量较高，严重地影响材料的力学性能。电火花烧结工艺除具有快速和高效率的特点外，在保存固体润滑剂和获得高致密的材料方面都得到令人满意的结果，对于包复粉末，效果更好。

本发明的具体制造方法如下：

将按上述成分配比范围配制的混料加入混料机中进行混合，混合时需添加一定量的酒精或丙酮溶剂。混料制备后，在80～90℃下除去混料中的溶剂，并过60～80目筛，便制得混合配料。将混合配料装入石墨模具中，且插入兼做电极的上下压冲，一并放入压机中。先加1～50Kg/cm²的轻压，并供给1000HZ的中频电流，以实现粉末颗粒间微放电。然后接通直流电流，直流电流与中频电流相叠加，直流电流与中频电流的比值范围为3∶1～5∶1，与此同时，进行第二次加压，压力为200～2000Kg/cm²，待烧结温度达到1000～1300℃后，保持30～100秒钟便完成最后成型。

该工艺的特点是通入的电流是一种脉冲电流，通过后，在维持一定的压力下使粒子之间产生微火花放电。这样能将电阻加热的热能用于烧结扩散，还可以利用中频电场的作用促进金属的扩散。利用交变磁场的作用，在很短的时间便可完成烧结。这种工艺不仅适宜于硬质合金的烧结成型，而且对于保留金属包复的润滑剂也取得了良好的效果。

采用本发明制备的固体自润滑材料，不但具有较高的強度和良好的耐磨性，而且还有优异的润滑性和韧性。其硬度HRC＞5C，摩擦系数＜0.15。经X光和金相分析的结果表明，该材料的组成和结构是合理的。硬质合金作基体可以保证材质的強度和耐磨性，TiC基的硬质合金材料重量较轻，抗氧化性好。Ni作为粘结剂，一方面对TiC具有良好的润湿性;另一方面石墨和MoS₂等润滑剂均是Ni包复的，使总的Ni含量增加，有利于提高材料的韧性和抗氧化性能。基体中的Mo能起到固溶強化作用。固体润滑剂采用金属包复石墨或MoS₂，可使石墨或MoS₂金属化，使在成型过程中，与金属颗粒实现金属性粘结。

实施例1

采用本发明制造直径为48毫米厚度为7毫米的园片。材料的成分配比（重量百分比）如下：20%Ni包复人造石墨粉末和80%（TiC、Mo、Ni）混合粉末。在Ni包复人造石墨粉末中，Ni与人造石墨的比例（重量比）为3∶1，而在TiC、Mo和Ni的混合粉末中，TiC占78%，Mo占10%，Ni占12%。将配好的混料加入混料器中，并将酒精或丙酮溶剂也加入该混料器中，进行充分地混合，配料与溶剂的比（重量）为1∶1。混合均匀后，在90℃下去除溶剂，用60目筛过筛便制得混合配料。将配料装入石墨模具，且插入兼做电极的上下压冲，一并放入压机中。在30Kg/cm²初压下，供给1000HZ的中频电流;然后第二次加压，压力为1000Kg/cm²，同时叠加直流电流，直流电流与中频电流的比例为4∶1，使烧结温度达到1250℃，保温70秒钟，即制成成形产品。产品经摩擦试验表明。在室温和高温条件下，摩擦系数都较低。当温度高于900℃时，摩擦系数仍为0.15，摩擦试验的运行轨道光滑无痕。

实施例2

采用本发明制造高级密封环的动环。具体成分配比如下，由10%Ni包复人造石墨、10%的Ni包复MoS₂和80%（TiC、Mo、Ni）混合粉末组成。Ni包复MoS₂中Ni与MoS₂的重量比为3∶1，Ni包复人造石墨中，Ni与人造石墨的重量比为3∶1，TiC、Mo、Ni混合粉末中，TiC占78%，Mo占10%，Ni占12%。按实施例1的制造工艺制备。将制得的产品用点焊连接在铜基体上，制成复合部件。该复合部件被用作高级密封环的动环。并在现场进行运行试验，在几秒钟内使载荷运转速度高于40000转/分，连续进行了10分钟运行试验。结果接触表面良好，无磨痕。

实施例3

由20%Ni包复MoS₂和80%（TiC、Mo、Ni）混合粉末组成材料的混合配料，在（TiC、Mo、Ni）混合粉末中，TiC占78%，Mo占10%，Ni占12%。混料时，料与溶剂的重量比为1∶1。待料混合均匀后，按实施例1的工艺进行制造成形。所得制品其HR_C＞50，摩擦系数较低，尤其是真空下显示了较好的润滑性能。

Claims (6)

1、一种由碳氮化物、固体润滑剂和金属组成的固体自润滑材料，其特征在于由两个组分构成，第一组分由金属Ni、Co包复固体润滑剂石墨、MoS₂、WS₂、WSe₂中的一种或两种以上的包复粉末构成，第二组分由第四、五、六付族金属的碳化物、氮化物与Ni、Co、Mo中的一种或两种以上的金属构成。第一组分与第二组分的重量百分比为10：90～30∶70。

2、根据权利要求1所述的固体自润滑材料，其特征在于在第一组分的金属包复润滑剂中，金属与润滑剂的重量比为2∶1～4∶1，第二组分中，碳、氮化物与Ni、Co、Mo中的一种或两种以上金属的重量比为3∶2～9∶1。

3、根据权利要求1、2所述的固体自润滑材料，其特征在于所有原料的颗粒度为1微米至几十微米。

4、一种固体自润滑材料的制造方法，其特征在于采用电火花烧结工艺，具体工艺是光加1～50Kg/cm³的轻压，并供给1000HZ的中频电流，然后叠加直流电流，与此同时，进行第二次加压，待烧结温度达到1000～1300℃后，保持30～100秒钟即制成产品。

5、根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于轻压时供给中频电流，之后叠加直流电流，直流电流与中频电流的比值为3∶1～5∶1。

6、根据权利要求4和5所述的制造方法，其特征在于第二次加压的压力为200～2000Kg/cm²。