[發(fā)明專利]微納米雙尺度陶瓷顆粒復(fù)合鎳基耐磨自潤滑涂層材料及自潤滑耐高溫鎳基合金制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210357056.7
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN114703475B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹四龍;周健松;韓永全;陳芙蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C32/00;C22C19/05
• 代理公司: 北京冠榆知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11666
• 代理人: 朱亞琦

本發(fā)明公開微納米雙尺度陶瓷顆粒復(fù)合鎳基耐磨自潤滑涂層材料及自潤滑耐高溫鎳基合金制備方法，該涂層材料由如下步驟制備得到：對鎳基合金進行表面噴砂粗化處理；配置鎳基耐磨自潤滑涂層原始粉末；采用激光熔覆法將鎳基耐磨自潤滑涂層原始粉末熔覆在鎳基合金表面以得到鎳基耐磨自潤滑涂層；對上述鎳基合金表面熔覆的鎳基耐磨自潤滑涂層進行打磨拋光形成光滑平整表面，即得到目標涂層材料，表面熔覆有該涂層材料的鎳基合金即為自潤滑耐高溫鎳基合金。本發(fā)明可滿足室溫至極端高溫(900～1100℃)的寬溫域服役環(huán)境的應(yīng)用要求，適用于極端高溫服役環(huán)境條件下鎳基合金及其它熱端部件表面改性和防護。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合鎳基材料技術(shù)領(lǐng)域。具體地說是微納米雙尺度陶瓷顆粒復(fù)合鎳基耐磨自潤滑涂層材料及自潤滑耐高溫鎳基合金制備方法。

背景技術(shù)

隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，更多的機械摩擦副關(guān)鍵部件需要在高溫、高負載、高速和特殊環(huán)境等具有典型代表意義的極端苛刻工況中進行服役使用，尤其在航空航天工業(yè)和高端裝備領(lǐng)域應(yīng)用的高溫空氣箔片軸承、燃氣渦輪密封面、低散熱柴油機汽缸活塞環(huán)和汽缸壁、各種爐組件、小武器活動組件和武器裝備用高溫軸承等關(guān)鍵熱端部件均涉及到900℃以上甚至到1100℃的氧化、潤滑耐磨問題，相關(guān)運動件的潤滑和耐磨問題更是成為影響整個機械設(shè)備高溫運動系統(tǒng)可靠性、使用壽命及運行效率的關(guān)鍵因素。對于服役溫度超過1000℃的摩擦副材料而言，溫度每升高10℃，材料的高溫抗氧化、耐磨損、高溫持久性等多方面性能都將面臨極大挑戰(zhàn)，這對材料的高溫使用性能提出了更苛刻的要求。因此，研究和發(fā)展能夠在極端苛刻高溫條件下具有優(yōu)異力學(xué)性能穩(wěn)定性、抗氧化、耐磨自潤滑材料與技術(shù)對促進我國航空航天和軍事工業(yè)等高新技術(shù)裝備制造業(yè)的發(fā)展具有重大的理論意義和應(yīng)用價值。

鎳基高溫合金具有優(yōu)異的機械性能、耐腐蝕性能以及耐熱性能，在1100℃的高溫下表現(xiàn)出微觀組織穩(wěn)定、固溶能力強等特點，被稱為“航空發(fā)動機的心臟”。鎳基高溫合金具有的優(yōu)良高溫和低溫綜合性能，可以在200～1090℃內(nèi)抵抗多種腐蝕介質(zhì)的氧化侵蝕，是軍工、航空航天、火箭發(fā)動機以及燃氣渦輪機制造行業(yè)極其重要的材料，在現(xiàn)代航空發(fā)動機中，鎳基高溫合金的最高用量可占發(fā)動機總質(zhì)量的50％左右。但是，隨著尖端技術(shù)的快速發(fā)展，鎳基高溫合金部件的服役環(huán)境愈加苛刻；以航空航天技術(shù)為例，目前先進航空發(fā)動機的燃氣進口溫度達到1370℃，推力達22余噸，推重比十發(fā)動機的渦輪進口溫度可達1500℃；絕熱柴油發(fā)動機軸承襯墊的工作溫度可達1000℃，并且在發(fā)動機啟停和運行階段要承受室溫-1000℃的溫度波動，在此極端高溫服役條件下的鎳基合金不可避免的發(fā)生氧化和摩擦磨損，從而導(dǎo)致合金表層破壞或者整體失效的行為。極端高溫服役條件下鎳基合金的氧化磨損是航空航天、石油化工、冶金、核電能源、熱處理等領(lǐng)域應(yīng)用亟待改善和解決的關(guān)鍵問題，不僅嚴重制約著裝備的正常使用和服役安全，而且給國民經(jīng)濟發(fā)展帶來巨大損失。

現(xiàn)階段，解決鎳基合金在極端高溫條件下發(fā)生氧化、潤滑和磨損失效問題，可行的途徑主要有：通過固體潤滑技術(shù)設(shè)計和發(fā)展新型具有高溫高強度、抗氧化、自潤滑耐磨性能的鎳基復(fù)合涂層材料的方式。然而，為了實現(xiàn)鎳基耐磨自潤滑涂層高溫高強度、抗氧化、自潤滑和耐磨損等多功能性，需要在鎳基高溫合金基體粘結(jié)相中添加更高含量的陶瓷增強相和固體潤滑相。目前涂層配方體系中的耐磨相和潤滑相主要以直接添加的方式通過機械混合到基體相中，但是強化相和潤滑相主要為無機物，其熱力學(xué)參數(shù)及結(jié)構(gòu)與合金基體存在較大差異，兩者的浸潤性和匹配性差，不同的相結(jié)構(gòu)之間因存在明顯的結(jié)合界面產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時添加相的團聚和富集易導(dǎo)致涂層出現(xiàn)裂紋或制造缺陷等問題。另外，受到極端高溫條件下測試設(shè)備和高溫合金材料的極限服役溫度的限制，在顯示有重要工程應(yīng)用價值的鎳基高溫自潤滑耐磨涂層長期使用溫度均在800℃以下，而對于有關(guān)能夠在極端高溫區(qū)間(比如900～1100℃)服役的涂層材料的研制和對其氧化、摩擦磨損性能的報道極度缺少。

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