[發明專利]一種M50-Ag-TiC自潤滑復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710089268.0
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106825546B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 史曉亮;劉錫堯;黃玉春;楊慷;鄧驍斌;閆昭;薛冰;章橋新
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F9/08;B22F3/105;B33Y70/00;B33Y10/00;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/20;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/42;C22C38/04;C22C38/02
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 唐萬榮;張秋燕<國際申請>=<國際公布>

本發明涉及一種M50?Ag?TiC自潤滑復合材料，主要以航空主軸軸承材料M50鋼為基體材料，以Ag和TiC為潤滑相和增強相；其中，潤滑相的質量為基體材料質量的(8.0?10.0)wt.％，增強相的質量為基體材料質量的(4.0?6.0)wt.％；由含Ag和TiC的M50球形粉末采用3D打印制備而成。本發明所述M50?Ag?TiC自潤滑復合材料，具有較低的摩擦系數與磨損率，可以有效提高M50軸承鋼的摩擦學性能，且制備方法簡便，制備過程中工藝參數容易控制，且可以制造出復雜機械零部件，對自潤滑材料的工業化應用具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種M50-Ag-TiC自潤滑復合材料及其制備方法，屬于固體自潤滑復合材料領域。

背景技術

M50高溫軸承鋼是世界各國應用最廣泛的一種高溫軸承鋼，其除具一般軸承的特性外，還具有較高的高溫尺寸穩定性、高溫硬度、高溫接觸疲憊性能，主要用作航空發動機主軸軸承。隨著航空發動機推力比的不斷增大，其主軸軸承的工作環境也不斷惡化，摩擦磨損問題成為限制軸承使用壽命的主要影響因素之一。因此，研發擁有良好減磨耐磨性能的M50復合材料成為當下研究的熱點問題。

固體自潤滑技術是解決金屬材料摩擦磨損問題最常用和最有效的手段，劉佐民等研究M50高速鋼摩擦磨損機理轉變的臨界溫度，在此臨界溫度以下，高速鋼的磨損量隨溫度的上升而增大，摩擦系數幾乎保持恒定，超過此溫度后，由于界面金屬膜的呈現，磨損率迅速下降也有學者研究Ag、TiC等固體潤滑劑對金屬基材料的摩擦性能影響。但針對M50基固體自潤滑材料的研究目前尚未見報道。

另外，目前金屬基固體自潤滑材料的制備技術主要是放電等離子燒結技術。翟文正利用放電等離子燒結技術制備了Ni₃Al基自潤滑復合材料，對其摩擦磨損過程中形成的摩擦層微納米結構與摩擦學特性進行系統研究。但是，放電等離子燒結技術有很多不足之處，如：燒結時溫度分布不均勻；制得燒結體尺寸偏小、形狀不復雜；燒結中所用的模具主要為石墨模具，存在碳原子向燒結體擴散，導致燒結體表面甚至內部發生碳污染等現象。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種M50-Ag-TiC自潤滑復合材料及其制備方法，主要以航空主軸軸承材料M50鋼為基體材料，以Ag和TiC為潤滑相和增強相，具有優良的摩擦學性能，且制備方法簡便可行，為實現M50基自潤滑材料的工業化應用提供了實踐基礎。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種M50-Ag-TiC自潤滑復合材料，主要包括基體材料和潤滑相、增強相，它以M50鋼為基體材料，以Ag為潤滑相，以TiC為增強相。

按上述方案，所述潤滑相的質量為基體材料質量的(8.0-10.0)wt.％，增強相的質量為基體材料質量的(4.0-6.0)wt.％。

按上述方案，所述基體材料M50鋼主要包括元素C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu、Mo、V和Fe等。優選地，本發明中所述基體材料M50鋼中各元素按質量百分比計為：C 0.75-0.85％，Mn≤0.35％，Si≤0.35％，Ni≤0.20％，Cr3.75-4.25％，Cu≤0.20％，Mo 4.00-4.50％，V 0..90-1.10％，以及余量的Fe。最優選地，本發明所述基體材料M50鋼中元素C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu、Mo、V和Fe質量比比值為0.75：0.35：0.30：0.20：4.0：0.15：4.2：1：89.05。

上述M50-Ag-TiC自潤滑復合材料，它由含Ag和TiC的M50球形粉末采用3D打印(即激光熔融沉積)制備而成。該球形粉末由Ag、TiC和M50鋼組成，Ag質量為M50鋼質量的(8.0-10.0)wt.％，TiC的質量為M50鋼的(4.0-6.0)wt.％。

上述方案中，所述含Ag和TiC的M50球形粉末，其制備方法包括如下步驟：