[發明專利]一種高強度鎳基高溫自潤滑復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210240157.2
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN103540780A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 楊軍;劉維民;馬吉強;畢秦嶺;李斐;符立才;朱圣宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C1/10;C22C19/03
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 方曉佳

技術領域

本發明涉及一種高強度鎳基高溫自潤滑復合材料的制備方法，材料的特點是同時具有高強度和優異潤滑性，可以在低溫至900℃下使用。

背景技術

航空航天、冶金、機械、汽車和核動力等現代工業對室溫至高溫的寬溫度范圍具有連續潤滑的材料和技術具有巨大的需求。涉及到700℃甚至更高溫度的高溫運動部件的潤滑問題越來越多。當機械運動部件處在高于400℃的溫度，其潤滑和耐磨問題成為整個系統安全、可靠和穩定運行的關鍵。目前，解決高溫潤滑問題主要通過自潤滑涂層和自潤滑復合塊體材料兩種方法。傳統的自潤滑復合涂層，由于涂層與基底結合力較弱、熱膨脹匹配性差或涂層厚度太薄，不能滿足較為苛刻條件下的使用要求。固體潤滑劑的添加將顯著降低材料的強度，高溫自潤滑復合材料很難達到力學性能和自潤滑性的統一，難以滿足實際應用要求。

目前國內外公開報道的高溫自潤滑材料或者強度較低或者潤滑性不佳，不能滿足實際使用要求。美國專利US5034187公開了一種PM200系列高溫自潤滑復合材料，在室溫至900℃，與一種鎳鈷鉻合金配副的摩擦系數較低，在0.30-0.35之間，但室溫壓縮強度低于200MPa。NASA報道的PS304自潤滑涂層，在室溫至650℃下與Inconel?X-750高溫合金配副的摩擦系數在0.23-0.31（NASA/TM—2009-215678）。中國專利CN102102155A公開了一種鎳鋁/石墨的自潤滑材料，與Al₃O₃配副時，25℃摩擦系數在0.31-0.37，600℃摩擦系數在0.42-0.48，摩擦系數較高。中國專利CN101463439B公開了一種Ni₃Al基高溫自潤滑復合材料，與Si₃N₄對磨，室溫至1000℃摩擦系數小于0.35，潤滑性和力學性能均較好。通過無壓燒結制備的PM304復合材料，與Inconel?X-750高溫合金配副，室溫至800℃摩擦系數在0.32-0.40，但室溫拉伸強度小于50MPa（Composites:?Part?A?38?(2007)?348–352；Wear）。

發明內容

本發明的目的在于提供一種同時具有高強度和低摩擦磨損的高溫鎳基自潤滑復合材料，材料在低溫至900℃寬溫域范圍具有低摩擦、高抗磨、高強度、抗氧化和長壽命的優點，具有真正的實用價值。

鎳基合金是性能最優異的高溫合金，作為高溫材料已經獲得了非常廣泛的應用，我們選擇作為基體的鎳基合金，通過添加了高含量的高熔點鉬和鎢合金元素，提高了合金的低溫和高溫強度、抗蠕變性和抗磨損性能，通過采用熱壓燒結技術制備出高致密度的復合材料，實現材料同時具有高強度和優異潤滑性。

一種高強度鎳基高溫自潤滑復合材料的制備方法，其特征在于該復合材料的制備方法包括：按照質量百分比Ag8-15%、BaF₂與CaF₂組成的共晶物8-15%、Cr₂O₃5-15以及余量的鎳基合金，分別稱取各粉末物料，在高能球磨機中200-300轉/分的速度下混合4-8小時得到復合粉末，將復合粉末裝入石墨模具，然后置于真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結，燒結參數為：真空小于1.0×10^-1Pa，升溫速率15-20℃/min，燒結溫度1000-1200℃，施加壓力5-20MPa，保溫時間30-60min。燒結結束后，冷卻至室溫后得到鎳基高溫自潤滑復合材料。

本發明的鎳基合金為霧化合金粉末，組成為Cr10-15wt%、Mo4-12wt%、W3-8wt%、Ti2-5%及余量。

本發明所述的共晶物由BaF₂62wt%以及CaF₂?38wt%組成。

采用掃描電鏡分析材料的組織形貌。用顯微硬度計測試材料的硬度，測定條件為，載荷300ｇ，加載持續時間10ｓ。采用三點彎曲試驗測定了材料的抗彎強度，試樣尺寸為30mm×3mm×3mm，跨距為25mm，壓頭下移速度為0.5mm/min。壓縮強度測試的試樣尺寸為φ3mm×4.5mm，壓頭下移速度為0.06mm/min。用自制的高溫摩擦磨損試驗機評價材料的摩擦磨損性能，采用栓-盤接觸模式，制備材料作為盤試樣，摩擦對偶為GH4169高溫合金栓，滑動速度為1.0m/s，載荷為10N，試驗時間為20min，測試溫度為室溫、200℃、400℃、600℃、800℃、900℃。彎曲和壓縮強度、摩擦系數、磨損率結果均取3次試驗平均值。