[發明專利]一種寬溫域的耐磨材料及制備方法與應用

有效

• 申請號: 202111090421.4
• 申請日: 2021-09-17
• 公開（公告）號: CN113774253B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 鄭立靜;徐惠彬;張虎
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C22C19/03
• 分類號: C22C19/03;C22C1/02;C22F1/10
• 代理公司: 北京天匯航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11987
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發明涉及一種寬溫域的耐磨材料及制備方法與應用，該種耐磨材料由以下原子百分比的元素組成：Ni 55％～68％；稀土元素0.01～0.5％，所述稀土元素選自Y，Sc，La，Ce中的至少一種；3％～15％的添加元素，所述添加元素選自Hf、W、Re、Ru元素中的至少一種，Ti為余量，且Ni元素和Ti元素的原子比為(1:0.5)～(1:0.8)，所述添加元素和Ni元素的原子比為(0.04:1)～(0.3:1)。該種耐磨材料在?196℃～600℃之間將近800℃的溫差范圍內長時間服役仍保持高強度、高硬度、抗溫變、抗沖擊等特性；在700℃～900℃之間高溫溫域范圍內在短時內依舊保持組織性能穩定性。

技術領域

本發明涉及一種耐磨材料，尤其涉及一種寬溫域的耐磨材料及制備方法與應用。

背景技術

隨著火箭、導彈和高速飛行器等航空航天、核電、高速列車、能源動力、坦克裝甲、潛艇等高新技術領域機械裝備的不斷更新換代，對齒輪和軸承等耐磨承載件性能的要求日益提高。對于有些耐磨承載件來說，要面對高轉速下摩擦生熱導致表面溫度瞬時大幅度升高，例如航空發動機高速、高溫、高載服役環境下齒輪和軸承等耐磨承載件的表面溫度有可能超過500℃。對于有些耐磨承載件來說，需要在極端服役條件下維持組織性能穩定，比如月球上晝夜極限溫差可達310℃(其表面溫度最低可降低到-183℃)；此外火箭和宇宙飛船發射升空時耐磨承載件的表面瞬時溫度甚至有可能達到800-900℃。

目前常用的耐磨承載件材料主要包括陶瓷、齒輪軸承鋼、有色金屬、高溫合金等，其中陶瓷材料韌性和抗沖擊性能嚴重不足、齒輪軸承鋼耐高低溫和耐蝕性有限、有色金屬熔點和強度偏低、高溫合金耐磨性不足，均無法滿足寬溫域極端環境下使用。申請人的在先專利CN107523719B公開了一種新型高硬度鎳鈦基合金，具有優于傳統的軸承鋼等的耐摩擦磨損性能，但是承溫范圍有限，組織穩定性差，不能滿足航空航天、高端裝備等極端工況下的要求，因此，需要一種耐磨材料，使得耐磨承載件在-196℃～600℃寬溫度范圍內具有優異的抗溫差、抗沖擊、高強度、高硬度、高耐磨性等性能，能夠長時保持組織性能的穩定；并且在700℃以上的高溫范圍內仍能維持短時的組織性能穩定性，滿足火箭和宇宙飛船發射升空等高溫工況下的瞬時高溫穩定性要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀提供一種耐磨材料：在-196℃～600℃寬溫度范圍內抗溫差、抗沖擊、高強度、高硬度、高耐磨性且能夠長時保持組織性能的穩定；在700℃～900℃高溫范圍下能夠短時維持組織性能穩定性。

本發明所要解決的另一個技術問題是提供一種前述耐磨材料的制備方法。

本發明所要解決的再一個技術問題是提供前述耐磨材料的應用。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：該種寬溫域的耐磨材料，由以下原子百分比的元素組成：Ni 55％～68％；稀土元素0.01～0.5％，所述稀土元素選自Y，Sc，La，Ce中的至少一種；3％～15％的添加元素，所述添加元素選自Hf、W、Re、Ru元素中的至少一種，Ti為余量，且Ni元素和Ti元素的原子比為(1:0.5)～(1:0.8)，所述添加元素和Ni元素的原子比為(0.04:1)～(0.3:1)。

進一步優選的，該種耐磨材料由以下原子百分比的元素組成：Ni 56％～60％，稀土元素0.05～0.15％，所述稀土元素選自Y，Sc，La，Ce中的至少一種；4％～8％的添加元素，所述添加元素選自Hf、W、Re、Ru元素中的至少一種，Ti為余量，且Ni元素和Ti元素的原子比為(1:0.7)～(1:0.8)，所述添加元素和Ni元素的原子比為(0.05:1)～(0.18:1)。

進一步優選的，所述添加元素選自Hf、W、Re、Ru元素中的至少兩種，添加元素之間的交互作用具有更好的強韌化效果。