[發明專利]含固體潤滑劑的仿晶格結構高熵合金基自潤滑復合材料

有效

• 申請號: 202010053439.6
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111390166B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 張愛軍;孟軍虎;韓杰勝;蘇博
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/11;B22F3/24;B22F3/26;C22C30/00;C22C30/02;C22C30/04;C22C30/06
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 曹向東

本發明涉及一種含固體潤滑劑的仿晶格結構高熵合金基自潤滑復合材料，該復合材料由具有多孔結構的基體及填充在所述基體中的含有磷酸鋁鉻作為粘結劑的固體潤滑劑構成；所述基體是指以高熵合金粉末為原料，采用選擇性激光熔化成形或選擇性電子束熔化成形等金屬3D打印技術制備而成的仿晶格結構的多孔高熵合金。本發明復合材料具有輕質、高強韌、在寬溫域摩擦學性能良好的特點，在航空、航天和武器等高新技術領域具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，尤其涉及含固體潤滑劑的仿晶格結構高熵合金基自潤滑復合材料。

背景技術

金屬基自潤滑材料能夠在重載、高溫、深冷、真空或沖擊等極端苛刻工況中提供較好的潤滑作用，廣泛應用于能源、冶金、武器、航空和航天等領域。金屬基自潤滑復合材料按照基體金屬的不同，可分為銅基、鐵基、鈷基和鎳基等系列，一般采用粉末冶金技術將固體潤滑劑復合入金屬基體制備而成。但這種采用混元法制備的復合材料中，固體潤滑劑均勻分散在金屬基體中，而固體潤滑劑的加入會惡化材料的力學性能，造成其承載能力低和強韌性較差，在重載、沖擊等工況下服役時容易發生斷裂，可靠性較低。此外，目前常用的金屬基自潤滑復合材料的密度均高于6.5g/cm³，在保持其力學和摩擦學性能的前提下降低其密度具有重要的意義。

高熵合金是一類新型金屬材料，其強韌性、耐磨性和耐高溫性能優于常規金屬材料，作為自潤滑材料的基體能夠同時改善其力學性能和摩擦學性能。中國專利ZL201610443672.9公開了一種高熵合金基自潤滑復合材料及其制備方法，通過該技術能夠制備性能較好的高熵合金基寬溫域自潤滑復合材料。然而，該技術屬于傳統的粉末冶金技術，所制備的復合材料力學和摩擦學性能仍然較差。

因此，如何獲得兼具輕質、高強韌且具有良好寬溫域自潤滑性能的新型自潤滑復合材料是目前亟待解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種輕質、高強韌、在寬溫域摩擦學性能良好的含固體潤滑劑的仿晶格結構高熵合金基自潤滑復合材料。

為解決上述問題，本發明所述的含固體潤滑劑的仿晶格結構高熵合金基自潤滑復合材料，其特征在于：該復合材料由具有多孔結構的基體及填充在所述基體中的含有磷酸鋁鉻作為粘結劑的固體潤滑劑構成；所述基體是指以高熵合金粉末為原料，采用選擇性激光熔化成形或選擇性電子束熔化成形等金屬3D打印技術制備而成的仿晶格結構的多孔高熵合金。

所述仿晶格結構的多孔高熵合金是由具有點陣結構的單胞周期性排列而成的，該單胞的點陣結構是指簡單立方、面心立方、體心立方、面心-體心立方、密排六方中的一種。

所述單胞的點陣結構的棱邊長為0.1~5mm，且構成單胞點陣的高熵合金連接桿截面為圓形、橢圓形或多邊形，其等效直徑為0.02~3mm。

所述具有點陣結構的單胞通過三維周期性排列構成仿晶格結構，且單胞數量大于4個。

所述仿晶格結構的多孔高熵合金的孔隙尺寸為0.01~3mm。

所述高熵合金粉末是指Co、Cr、Fe、Ni、Ti、Al、Cu、Zn、Nb、Ta、Zr、Pb、Sn、W、Mo、V、C、Si、B、N元素中的3種或以上組成。

所述所述含有磷酸鋁鉻作為粘結劑的固體潤滑劑是指將固體潤滑劑粉末和質量濃度為60%的磷酸鋁鉻溶液按1：1~10的質量比混合均勻所形成的漿料。

所述固體潤滑劑是指粉末狀的石墨、六方BN、MoS₂、WS₂、NbSe₂、PbO、BaF₂、CaF₂、CeF₃、Ce₂O₃、Ag中的一種或者幾種。