[發(fā)明專(zhuān)利]一種TiAl基耐高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810537217.4
• 申請(qǐng)日: 2018-05-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108754275B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒芹;王明智;李艷國(guó);關(guān)勇;趙玉成;賀文全;成照楠;陳偉東;黨賞;袁東方
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C30/00
• 分類(lèi)號(hào): C22C30/00;C22C32/00;C22C1/05;C22C14/00
• 代理公司: 秦皇島一誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 13116
• 代理人: 崔鳳英

一種TiAl基耐高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為：TiC_x 10?30、Ti₃SiC₂ 10?30、Cr 1?6，其余為T(mén)i粉和Al粉，其中0.4＜x＜1.1，Ti粉與Al粉的摩爾比為1:0.85?0.95；上述復(fù)合材料的制備方法主要是將TiC_x粉、Ti₃SiC₂顆粒、Ti粉、Al粉和Cr粉經(jīng)過(guò)混料、預(yù)壓烘干以及放電等離子(SPS)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1050?1250℃，燒結(jié)壓力為30?50MPa，真空度15?40Pa，保溫10?30min，制得以Ti₃SiC₂和TiC_x為潤(rùn)滑相的TiAl基耐高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，制備周期短，制得的TiAl基耐高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料不僅具有較低的摩擦系數(shù)和磨損率，而且具有高承載、高強(qiáng)度等性能，適用于批量化生產(chǎn)惡劣工況下自潤(rùn)滑軸承等減摩材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種TiAl基自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，TiAl合金憑借自身的低密度、高溫強(qiáng)度、優(yōu)異的抗氧化和抗蠕變性不斷地被應(yīng)用到制造業(yè)各領(lǐng)域中，尤其在高溫下的優(yōu)異性能使其成為汽車(chē)、航空領(lǐng)域的最具有潛力材料。但由于TiAl合金的自潤(rùn)滑效果并不理想，因此TiAl合金主要應(yīng)用在民用航天的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、輪盤(pán)、機(jī)身等非轉(zhuǎn)動(dòng)部位領(lǐng)域中。隨著TiAl合金的不斷研發(fā)，性能不斷改善，目前航空航天軸承、航天起落架等轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦領(lǐng)域也在試圖應(yīng)用TiAl基自潤(rùn)滑復(fù)合材料。Xu Z等人發(fā)明了一種含有多層石墨烯的TiAl基自潤(rùn)滑復(fù)合材料，并且發(fā)現(xiàn)由于石墨烯在滑動(dòng)接觸界面上容易剪切并形成一層抗磨損保護(hù)層，從而大大降低了復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率，并且獲得較為穩(wěn)定的摩擦性能。[Xu Z,Shi X,Zhai W,etal.Preparation and tribological properties of TiAl matrix compositesreinforced by multilayer graphene[J].Carbon,2014,67(2):168-177.]；由于單一固體潤(rùn)滑劑存在失效的可能性，在TiAl合金中添加多種潤(rùn)滑相時(shí)，可以起到協(xié)同作用，從而減小TiAl基自潤(rùn)滑復(fù)合材料的摩擦系數(shù)。Shi X等人研究出了一種含Ag和Ti₂AlC的TiAl基自潤(rùn)滑復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)Ag和Ti₂AlC潤(rùn)滑劑的協(xié)同作用，摩擦系數(shù)顯著降低，當(dāng)銀含量為10wt.％時(shí)，表現(xiàn)出最好的摩擦學(xué)性能。[Shi X,Xu Z,Wang M,et al.Tribological behavior ofTiAl matrix self-lubricating composites containing silver from 25to 800℃[J].Wear,2013,303(1-2):486-494.]；Yao J等人則制備出了對(duì)含有不同量Ag、Ti₃SiC₂和BaF₂/CaF₂共晶體(BaF₂-38wt.％CaF₂)的TiAl基自潤(rùn)滑復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)Ag、Ti₃SiC₂和BaF₂/CaF₂可以在極端的工作溫度范圍內(nèi)提高復(fù)合材料的減摩抗磨性能，這歸因于Ag、Ti₃SiC₂和BaF₂/CaF₂潤(rùn)滑劑的協(xié)同作用。當(dāng)Ag、Ti₃SiC₂和BaF₂/CaF₂共晶體的含量為9wt.％時(shí)表現(xiàn)出最好的摩擦學(xué)性能[Shi X,Yao J,Xu Z,et al.Tribological performance of TiAl matrixself-lubricating composites containing Ag、Ti₃SiC₂,and BaF₂/CaF₂,tested fromroom temperature to 600℃[J].Materials&Design,2014,53(53):620-633.]；史曉亮等人通過(guò)添加不同重量百分比的Ti₃SiC₂和MoS₂潤(rùn)滑相制備TiAl基自潤(rùn)滑復(fù)合材料(TMC)。研究表明，添加10wt％(Ti₃SiC₂-MoS₂)潤(rùn)滑相的TMC由于摩擦表面產(chǎn)生獨(dú)特的分層結(jié)構(gòu)具有良好的摩擦學(xué)性能[Zhai W,Shi X,Wang M,et al.Friction and Wear Properties ofTiAl-Ti₃SiC₂-MoS₂Composites Prepared by Spark Plasma Sintering[J].TribologyTransactions,2014,57(3):416-424]；章橋新等人采取SPS燒結(jié)工藝發(fā)明了一種TiAl-石墨烯-Ti₃SiC₂自潤(rùn)滑復(fù)合材料，所制得復(fù)合材料純度高、晶粒細(xì)小、致密度高，且具有優(yōu)良的力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能[章橋新，徐增師，史曉亮，薛冰，陳龍，朱慶帥，肖業(yè)成，翟文正，姚杰，王玉伏.一種TiAl-石墨烯-Ti₃SiC₂自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法[P].湖北：CN103882257A,2014-06-25]；史曉亮等人發(fā)明一種致密度高、摩擦學(xué)性能好、工藝參數(shù)穩(wěn)定的TiAl金屬間化合物基固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，潤(rùn)滑相為T(mén)i₃SiC₂、Ti₂AlC和C，增強(qiáng)相為T(mén)iC，并且制備過(guò)程快捷簡(jiǎn)單，易操作[史曉亮，彭美超，章橋新，徐增師，翟文正，馮四平，張崧，王玉伏.一種TiAl金屬間化合物基固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法[P].湖北：CN102492871A,2012-06-13]。上述這些燒結(jié)體復(fù)合材料都在一定程度上改善了復(fù)合材料的減摩性，但耐磨性等綜合性能有待提高。