專利名稱：一種高溫鎳基自潤滑材料及其制備方法
一種高溫鎳基自潤滑材料及其制備方法 技術領域 .
本發明屬于一種粉末冶金材料及其制備方法，具體涉及一種高溫鎳 基自潤滑材料及其制備方法。
背景技術：
在自潤滑材料領域，以鎳或者合金作為基體，與硫化鉬(MoS2)、 石墨以及軟金屬銀(Ag)等固體潤滑劑組成的復合材料，可作在高溫、 高真空或惰性氣氛中使用的金屬基自潤滑材料。在這類材料中，通常需 要在鎳或者合金中添加合理配比的多種固體潤滑劑，如鎳合金:石墨:銀 =75:15:15，從而獲得良好的室溫和高溫綜合性能，即高機械強度、低 摩擦系數和高耐磨性。
工業領域需要一種高溫自潤滑材料，不僅需具有良好的機械性能和 摩擦學特性，還需要在氟化物氣體介質中具有良好的耐腐蝕性能，以及 與銅基材料間良好的焊接性能。由于現有的鎳基固體自潤滑材料無法滿 足上述功能要求，因此需要研發一種新型材料。
固體潤滑劑氟化鈣(CaF2)的膜在室溫時摩擦系數為0. 4，在約500°C 時經歷由脆性到塑性的轉變，使其從500 100(TC都能起到潤滑作用， 從室溫到IOO(TC的溫度范圍內，摩擦系數都保持在0. 2 0. 5之間，從 而具有優良的室溫和高溫摩擦學特性，同時其在氟化物的氣體腐蝕性介 質中，具有較高的耐腐蝕能力。此外以鎳、銅作基體可以保證材料與銅 基材料間的焊接性能。因而存在將氟化鈣作為一種高溫潤滑劑添加到鎳 銅合金發明一種新材料的可能性。

發明內容
本發明是為了克服現有的鎳基高溫自潤滑材料的不足，其目的是提 供一種在高溫、高真空、強腐蝕性條件下具有良好的摩擦學特性以及機 械性能，同時具有良好的焊接性能的高溫鎳基自潤滑材料及其制備方法。
具體實施例方式
以下，參照附圖
和實施例對本發明的一種高溫鎳基自潤滑材料及其
制備方法進行詳細說明
--種高溫鎳基自潤滑材料，包括
氟化鈣(CaF2) : 5% 15%重量比，粉狀、粒度300 500目 鎳(Ni) : 40% 60%重量比，粉狀、粒度100 300目銅(Cii) : 25°/。 55°/。重量比，粉狀、粒度100 300目
一種高溫鎳基自潤滑材料的制備方法，包括以下步驟 (i )混合將以上氟化鈣、鎳和銅三種粉末按照上述比例配制后， 在混粉機中進行混合，混合時間3 20小時，得到均勻分散的混合粉末； (ii)燒結將混合粉末裝入石墨模具中，在真空熱壓燒結爐中進 行燒結，燒結溫度為1000 1250°C，燒結爐內壓力為3 15MPa，燒結 時間10 100分鐘，隨爐自然冷卻。 燒結結束后脫模即為產品毛坯。
混粉機采用GH-5三維運動混粉機，真空熱壓燒結爐采用ZRYS-真 空熱壓燒結爐。
本方法的特點是將混合后的粉末直接輸入模具中熱壓成型，成型 后的產品可以是各種形狀的，若尺寸精度要求較高，需要后續加工。
另一種高溫鎳基自潤滑材料的制備方法，包括以下步驟 (i )混合將以上氟化鈣、鎳和銅三種粉末按照上述比例配制后，
在混粉機中進行混合，混合時間3 20小時，得到均勻分散的混合粉末。
(ii) 制粒將混合粉與粘接劑按照10:1.的重量比例混合，在球磨 機中進行濕法球磨，將球磨后得到的混合漿料輸送到離心造粒干燥機中 進行制粒，離心造粒干燥機的工藝參數為
進口溫度200 300°C 出口溫度100 200°C 送料速度8 20rpm 在震蕩篩中篩分后得到流動性小于60秒/2.5mm孔和松裝密度為 1. 20 1. 60g/cnV,的顆粒狀粉末。
其中，粘接劑采用聚乙烯醇(PVA)的低聚合度10%水溶膠(PB105)， 球磨機采用SX-8球磨機，離心造粒干燥機采用GL-5離心造粒干燥機。
(iii) 壓制成型將顆粒狀粉末置于石墨模具中，用壓力機壓制出 尺寸基本一致的壓坯。
成型壓力為4 25kN 壓制速度為10 20次/分； 其中，壓力機采用DP25-II全自動干粉壓力機。
(iv) 燒結將壓坯在真空燒結爐中進行燒結 燒結溫度1000 1250°C 燒結時間1 5小時
燒結完成后，隨爐自然冷卻，得到半成品。其中，真空燒結爐采用 VF-I1-100真空燒結爐。
(v) 表面處理將半成品在拋光研磨機中進行拋光研磨
拋光研磨機的轉速為500 ]000rpm拋光研磨時間為10 60分鐘
表面處理以保證零件尺寸的要求。其中，拋光研磨機采用XW-30離
心式拋光研磨機。'
木方法的特點是將混合后的粉末進行霧化制粒，然后輸入模具中 壓制，最后燒結而成，成型后的產品尺寸控制精度較高，無需后續加工。 所述鎳基高溫自潤滑材料可達到的性能指標見表1 。
性能指標
表l
室溫50CTC組成 比例 (重量比)密度 (g/cm'1)抗拉強度 PaX10"硬度 PaX108摩擦系數磨損率 [mVN. m] X 10—12摩擦系數磨損率 [m:,/N. m] x 10—12
Ni:Cu:CaF2 =52:36:127. 11. 1811 130,474. 480. 270. 06
如表1所示，本發明的鎳基高溫自潤滑材料具備機械強度高、摩擦 系數低、耐磨性好、組織均勻、性能穩定、重現性好、易機械加工、成 品率高、耐腐蝕性好和可焊性好等優點。該材料在氟化物氣體介質中具
有良好的耐蝕性，與銅基材料焊接后結合力可達到300N以上。
權利要求
1、一種高溫鎳基自潤滑材料，其特征在于其組分和重量配比為氟化鈣5％～15％鎳40％～60％銅25％～55％
2、 根據權利要求l所述的一種高溫鎳基自潤滑材料，其特征在于-氟化鈣為粉狀，粒度300 500目；鎳為粉狀，粒度100 300目； 銅為粉狀，粒度100 300目。
3、 按照權利要求1所述的一種高溫鎳基自潤滑材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟(i )混合按照權利要求1所述的氟化鈣、鎳和銅三種粉末的比例配制后，在混粉機中進行混合，混合時間3 20小時，得到均勻分散的混合粉末；(ii) 燒結將混合粉末裝入石墨模具中，在真空熱壓燒結爐中進 行燒結，燒結溫度為1000 1250°C，燒結爐內壓力為3 15MPa，燒結 時間10 100分鐘，隨爐自然冷卻。燒結結束后脫才莫即為產品毛坯。
4、 根據權利要求3所述的高溫鎳基自潤滑材料的制備方法，其特 征在于混粉機采用GH-5三維運動混粉機，真空熱壓燒結爐采用ZRYS-真空熱壓燒結爐。
5、按照權利要求1所述的一種高溫鎳基自潤滑材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟(i )混合按照權利要求1所述的氟化鈣、鎳和銅三種粉末的比例配制后，在混粉機中進行混合，混合時間3 20小時，得到均勻分散 的混合粉末；(U )制粒將混合粉與粘接劑按照10:1的重量比例混合，在球磨 機中進行濕法球磨，將球磨后得到的混合漿料輸送到離心造粒干燥機中 進行制粒，離心造粒干燥機的工藝參數為進口溫度200 300°C 出口溫度100 200°C 送料速度8 20rpm 在震蕩篩中篩分后得到流動性小于60秒/2.5ram孔和松裝密度為 1. 20 1. 60g/cm3的顆粒狀粉末；(iii) 壓制成型將顆粒狀粉末置于石墨模具中，用壓力機壓制出尺寸基本一致的壓坯成型壓力為4 25kN 壓制速度為10 20次/分；(iv)燒結將壓坯在真空燒結爐中進行燒結燒結溫度1000 1250°C 燒結時間1 5小時 燒結完成后，隨爐自然冷卻，得到半成品；(V)表面處理將半成品在拋光研磨機中進行拋光研磨拋光研磨機的轉速為500 1000rpm 拋光研磨時間為10 60分鐘。
6、 根據權利要求5所述的高溫鎳基自潤滑材料的制備方法，其特 征在于粘接劑采用聚乙烯醇(PVA)的低聚合度10%水溶膠(PB105)。
7、 根據權利要求5所述的高溫鎳基自潤滑材料的制備方法，其特 征在于球磨機采用SX-8球磨機，離心造粒干燥機采用GL-5離心造粒 干燥機，壓力機采用DP25-II全自動干粉壓力機，真空燒結爐采用 VF-11-100真空燒結爐，拋光研磨機采用XW-30離心式拋光研磨機。
全文摘要
本發明公開了一種高溫鎳基自潤滑材料及其制備方法，高溫鎳基自潤滑材料由高溫固體潤滑劑氟化鈣、銅、鎳三種粉料組成，其重量比含量是氟化鈣為5％～15％、銅為40％～60％、鎳為25％～55％。上述三種粉料按比例混合后、經制粒、壓制、燒結和表面處理等工序制成。本發明的鎳基高溫自潤滑材料具備機械強度高、摩擦系數低、耐磨性好、組織均勻、性能穩定、重現性好、易機械加工、成品率高、耐腐蝕性好和可焊性好等優點。適用于航空、航天、機械、電子、汽車、核工業等眾多領域的高溫、高真空、強輻射和強腐蝕等苛刻條件。
文檔編號C22C19/03GK101619406SQ20091006986
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月24日 優先權日2009年7月24日
發明者福 吳, 寇益強, 健 李, 李金樹, 王鐘起, 王靜波, 凱 趙, 韓秋良 申請人:核工業理化工程研究院華核新技術開發公司