[發明專利]一種高韌自潤滑賽隆基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710772768.4
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107584125B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 喬竹輝;孫奇春;楊軍;尹兵;程軍;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: B22F3/23
• 分類號: B22F3/23;B22F3/105;C22C1/05;C22C29/00
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 周瑞華

本發明公開了一種高韌自潤滑賽隆基復合材料的制備方法。本發明主要是從材料高韌兼具自潤滑性能的角度出發，使用銅粉原位生成結合良好且分布均勻的銅硅合金，來改善材料的性能。本發明制備的賽隆基復合材料兼具優異的力學性能（高韌性）和摩擦學性能（低摩擦磨損），在800℃以上的溫度范圍內呈現出優異的自潤滑性能，特別適用于在高溫服役工況下(800～900℃)仍要求保持低摩擦和高韌性的特殊工件。

技術領域

本發明涉及一種高韌自潤滑賽隆基復合材料的制備方法，該材料在室溫～900℃下具有良好的斷裂韌性，特別是在800～900℃高溫下內具有良好的自潤滑性能。

背景技術

潤滑材料的可靠性和穩定性已成為確保航天、航空、核能、軌道交通等高端裝備機械系統安全、穩定、高效運行的關鍵因素。近年來，隨著我國高技術的飛速發展，機械部件的運行工況越來越苛刻，潤滑材料的使役條件涉及高溫、強腐蝕、震動、特殊介質和氣氛等多因素耦合環境，這對潤滑材料服役的可靠性和穩定性提出了更高更為迫切的要求。目前，能夠在高溫（800℃以上）、特殊介質和氣氛等耦合環境下長期穩定服役的潤滑材料已成為制約各類高端裝備發展的瓶頸。

陶瓷潤滑復合材料除具有一般固體潤滑材料的優點，如低摩擦、高承載外，還具有密度低、硬度高、良好的抗熱震性能、化學穩定性等優點，在航空、航天、汽車、船舶等領域具有廣泛的潛在應用。然而，賽隆陶瓷材料由于較低的斷裂韌性和高溫下耐磨性差而制約了其在結構材料方面更加廣泛的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在室溫至900℃范圍內具有良好的斷裂韌性和在高溫下具有自潤滑性能的賽隆基復合材料的制備方法。

本發明的發明思想主要是從材料高韌兼具自潤滑性能的角度出發，使用銅粉原位生成結合良好且分布均勻的銅硅合金，來改善材料的性能。

一種高韌自潤滑賽隆基復合材料的制備方法，其特征在于該方法將按照質量百分比，稱取70～90wt%的賽隆和10～30wt%的銅粉；然后將粉末置于球磨機中混合，得到粒徑為0.65～2μm的混合粉末；隨后將混合粉末裝入石墨模具中，置于放電等離子燒結爐中燒結；燒結參數為：真空度為10^-2～10^-1Pa，升溫速度為100～150℃/min，燒結溫度為1550～1600℃，壓力為30～40MPa，保溫時間5～10min；燒結結束后，隨爐冷卻至室溫得到賽隆基復合材料。

本發明所述的賽隆的組成為Si₄Al₂O₂N₄。

采用阿基米德原理測量材料的密度。采用維式顯微硬度計測試材料的硬度，測試條件為：載荷10kg，加載持續時間10s。采用壓痕法來計算材料的斷裂韌性。摩擦磨損實驗采用HT-1000高溫摩擦磨損試驗機進行評價，對偶球為Si₃N₄陶瓷，載荷為5N，滑動線速度為0.10m/s，摩擦半徑為4mm，行程為200m，測試溫度為600℃、800℃和900℃。密度、硬度、摩擦系數和磨損率為3次試驗平均值,而斷裂韌性至少測試9個點的平均值。

本發明制備的高韌自潤滑賽隆基復合材料具有以下優點：

1、賽隆基復合材料由原位生成的結合良好的銅硅合金和賽隆相組成。這種材料的制備是基于第二相顆粒可以增加裂紋在擴展過程中的能量耗散來提高材料的斷裂韌性。該材料經壓痕法測試材料的斷裂韌性發現，其在室溫至900℃均具有良好的斷裂韌性。

2、利用均勻分布的增韌相（銅硅合金）在高溫摩擦過程中可以生成具有潤滑作用的CuO潤滑膜，從而改善摩擦界面的接觸狀態，滿足在一定溫度范圍內連續潤滑，使材料在800℃以上的溫度范圍內具有連續持久的自潤滑性能，實現陶瓷復合材料的結構/潤滑功能一體化設計。