[發明專利]一種鐵基自潤滑耐磨合金材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810386220.0
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108504949B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 劉詠;韓六六;周承商
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/08;C22C38/06;C22C33/02
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 魏龍霞

本發明公開了一種鐵基自潤滑耐磨合金材料，以鐵基合金為基體，以石墨為潤滑相，石墨均勻分布于鐵基合金的基體中，鐵基合金中含有元素Fe、Mn、Ni和Al。本發明的制備方法，包括以下步驟：(1)稱取Fe粉、Mn粉、Ni粉和Al粉混合，進行機械化合金；2)在機械合金粉中加入有機碳源后進行放電等離子燒結，即得到鐵基自潤滑耐磨合金材料。本發明采用Fe?Mn?Ni?Al合金作為自潤滑耐磨合金材料的基體，利用Ni和Al的合金化可促進B2金屬間化合物的形成，從而提高耐磨材料的機械性能和熱穩定性。

技術領域

本發明屬于耐磨材料領域，尤其涉及一種鐵基自潤滑耐磨合金材料及其制備方法。

背景技術

在極端條件下(如高溫，重載，輻射，氧化)，自潤滑材料是一種重要的用于取代傳統油潤滑系統的材料。在自潤滑材料中，金屬基體自潤滑材料由于其具備優異的力學性能而成為在高溫環境下服役的重要的自潤滑材料之一。

在金屬基自潤滑材料中，基體相提供了自潤滑材料的基本力學性能，Co基和Ni基合金具有良好的力學性能和熱穩定性的結合，已被廣泛用作自潤滑基體材料，高熵合金(HEA)由于其結構簡單而被選為自潤滑材料的基體，避免了傳統合金中產生金屬間化合物相的缺點。然而，在這些基體中添加潤滑相后材料自潤滑及摩擦磨損性能提升，但自潤滑耐磨材料成本增高和綜合力學性能降低，可能導致嚴重的工程失效，因此，如何協調自潤滑材料的力學性能和磨損性能仍然是一個很大的挑戰。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種鐵基自潤滑耐磨材料及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種鐵基自潤滑耐磨合金材料，以鐵基合金為基體，以石墨為潤滑相，所述石墨均勻分布于所述鐵基合金的基體中，所述鐵基合金中含有元素Fe、Mn、Ni和Al。

上述的鐵基自潤滑耐磨合金材料，優選的，所述鐵基合金包括質量含量為13％-17％的Mn，5％-7％的Ni，8％-12％的Al和余量的Fe。

上述的鐵基自潤滑耐磨合金材料，優選的，所述鐵基合金為Fe-15Mn-6Ni-12Al。

上述的鐵基自潤滑耐磨合金材料，優選的，所述石墨是由有機碳源經放電等離子燒結后均勻分布于鐵基合金中的。

作為一個總的發明構思，本發明還提供一種鐵基自潤滑耐磨合金材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱取Fe粉、Mn粉、Ni粉和Al粉混合，進行機械化合金；

(2)在步驟(1)后得到的機械合金粉中加入有機碳源后進行放電等離子燒結，即得到鐵基自潤滑耐磨合金材料。

上述的制備方法，優選的，所述機械化合金過程在球磨罐中進行，球料比為6-10：1，球磨過程中加入硬脂酸作為控制劑，硬脂酸的加入量占合金粉質量的1％-3％，球磨的速度為200-300rpm，每球磨20-25min停止5-10min，總共球磨25-35h。球磨可以使粉末預先進行合金化，且可以通過機械破碎使粉末細化，提高能量輸入，提高材料的硬度，進而可以極大的提高材料的耐磨損性能；而且這種方法可以根據自己所需材料的性能添加自潤滑相的含量，并結合后續的加入有機碳源后進行放電等離子燒結，使得原位生成的石墨相在鐵基合金基體中分布更為均勻；而傳統的直接加入石墨來進行熔煉制備耐磨材料，硬度不高，且自潤滑相可能會發生懸浮，是無法制備均勻的材料的。

上述的制備方法，優選的，步驟(1)中，每種金屬元素粉末的平均粒徑均為20μm。

上述的制備方法，優選的，步驟(2)中，放電等離子燒結過程為：以80-120℃/min的升溫速率升至1050-1100℃，然后保溫10-20min，最后隨爐冷卻。