[發(fā)明專利]一種鎳基寬溫域高強度自潤滑復合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010412831.5
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111440968B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王文珍;高強;趙高攀;王斌;陜鈺;易戈文
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/05
• 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(fā)明涉及一種鎳基寬溫域高強度自潤滑復合材料，該復合材料由下述按質(zhì)量百分比計的組分制得：Al粉末：5~10%，Cr粉末：5~10%，Mo粉末：5~10%，Ta粉末：0~8%，Al₂O₃粉末：0~5%，Ag粉末：0~15%，余量為Ni。本發(fā)明還公開了該復合材料的制備方法。本發(fā)明具有較高機械性能和良好摩擦學性能，可適用于航空發(fā)動機渦輪葉片與外環(huán)、葉冠嚙合面、渦輪傳動機構(gòu)軸與軸套等對機械性能和摩擦磨損性能要求較高的高溫摩擦副。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料設(shè)計及制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鎳基寬溫域高強度自潤滑復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

航空、航天、核工程和能源動力等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，對極端苛刻工況條件（如超高/低溫、超高負載、高速、特殊介質(zhì)和氣氛）下服役的材料的潤滑性能和強度提出了越來越高的要求，尤其以先進發(fā)動機為代表的高溫機械，其關(guān)鍵摩擦副（如渦輪葉片與外環(huán)、葉冠嚙合面、渦輪傳動機構(gòu)軸與軸套等）對寬溫域（室溫～1000℃）內(nèi)具有高強度、穩(wěn)定可靠潤滑性能的材料提出了更為迫切的需求；與此同時，由于材料在復雜應(yīng)力下長期工作，要求其必須具有寬溫域內(nèi)足夠高的抗拉強度、抗壓強度等，因而高端裝備制造和尖端技術(shù)工業(yè)對寬溫域內(nèi)具有較高機械性能和良好摩擦學性能的材料與技術(shù)有巨大需求。

關(guān)于高溫和寬溫域具有良好摩擦學性能的材料（自潤滑復合材料）已有公開專利報道。中國專利CN 109402435A公開了一種鎳鋁基寬溫域自潤滑合金及其制備方法，與WC球配付時，其室溫~1000℃范圍內(nèi)摩擦系數(shù)為0.20~0.50，磨損率為1.2~24×10^-5mm³/Nm。中國專利CN 103572137公開了一種NiCr-Al₂O₃自潤滑復合材料及其制備方法，與Al₂O₃球配付時，其室溫~1000℃內(nèi)摩擦系數(shù)為0.274~0.475，磨損率為0.546~8.31×10^-5mm³/Nm。上述專利未涉及材料的機械性能。中國專利CN105441707A公開了一種復配石墨和鉛（Pb）的鎳基自潤滑復合材料，其在室溫~500℃擁有良好的潤滑耐磨性能，并具有較高的室溫壓縮強度（300MPa）。中國專利CN 1360075A公開了一種含F(xiàn)e、Co、Nb、Se、石墨的鎳基自潤滑合金，其在室溫~600℃范圍內(nèi)呈現(xiàn)低摩擦、耐磨損，但其抗壓強度較低，室溫抗壓強度僅為6.80~9.86MPa，600℃抗壓強度為4.34~6.65MPa。中國專利CN1073727A、CN1082620A、CN1101681A等公開的鎳基自潤滑合金，實現(xiàn)了室溫~700℃良好的摩擦學性能，但其寬溫域的機械性能較差。在公開的文獻報道中，目前只見到兩篇同時考察了材料寬溫域內(nèi)的機械性能和摩擦學性能，其中Liu等報道了NiCr-40wt.%Al₂O₃材料室溫~1000℃下的壓縮性能（TribologyInternational 84 (2015) 1–8），但其Al₂O₃的含量高達40wt.%，與Ni形成了金屬陶瓷，材料可加工性較差，并且未考察材料寬溫域內(nèi)的拉伸性能。楊素蘭等報道了不同Mo元素含量的Ni基復合材料寬溫域（RT~1000℃）內(nèi)的拉伸、壓縮性能和摩擦磨損性能（中國有色金屬學報，27卷，11期，2267-2275），但材料高溫機械性能較差，1000℃下的抗拉強度僅為20~23MPa，抗壓強度僅為30.1~51.0MPa；并且材料500℃以下的抗磨損性能較差，磨損率在10^-3~10^-4 mm³/Nm數(shù)量級。目前尚未見到關(guān)于室溫~1000℃范圍內(nèi)拉伸壓縮性能和摩擦磨損性能優(yōu)化統(tǒng)一的復合材料的公開報道。