一種Ni-Al基低摩擦抗磨損復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于高溫潤滑材料領域，具體涉及一種N1-Al基寬溫域高溫低摩擦抗磨損復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]現代航空、航天、核技術及電力等高新技術產業中普遍存在寬溫域(尤其是高溫)、特殊介質和高速等極端苛刻工況，相關滑動部件的潤滑和耐磨問題已成為影響整個系統可靠性和壽命的關鍵技術，因此對具有寬溫域連續潤滑功能的新型潤滑材料提出了越來越迫切的需求。鎳基高溫合金在650?1000°C范圍內因具有較高的強度、良好的抗氧化性而廣泛應用于航空、航天等領域的高溫結構件。因此，以鎳基合金為基體，運用固體潤滑技術發展具有寬溫域連續潤滑功能的鎳基低摩擦抗磨損復合材料，在實際工程應用中將具有廣闊的應用前景。
[0003]目前，多種金屬基高溫自潤滑耐磨材料已獲得了工程應用，但大都集中在材料的高溫潤滑耐磨性能研究方面，在材料的寬溫域自潤滑功能設計和研究方面，尚未見到系統的報道。而在顯示有重要工程應用價值的金屬基高溫自潤滑耐磨材料和高溫自潤滑合金方面，只見到國外少量可以使用到900°C左右的專利(相關專利:US4728448)，已在美國航空航天尖端技術領域獲得了成功的應用，其余使用溫度均在800°C以下，尚未檢索到從室溫到900°C能夠實現連續潤滑的固體潤滑材料相關專利。國內近年來在相關領域已經進行了許多探索性工作，取得了 700°C以下溫度區域良好的潤滑效果(相關專利:CN1611621A、CN1644749A、CN101463452A、CN101619406A等)，但能在700°C以上溫度區域具有良好潤滑效果的專利還非常少。如中國專利(200810012052，公開號:CN101613817A)公開了一種采用真空熱壓燒結并用熱等靜壓處理制備的高溫自潤滑耐磨材料。其制備的復合材料應用于700~900°C大氣條件下處于摩擦磨損工況的高溫機構滑動部件，摩擦磨損低于Ni基合金，可用于代替Ni基高溫自潤滑耐磨材料。然而，采用該專利方法制備的高溫自潤滑耐磨材料不僅成分配方和工藝復雜，且其在700~900°C大氣條件下摩擦系數為0.22-0.29，磨損率為8.5-20 (10 14m3.N 1.m 1X相較于高新技術領域對高溫自潤滑耐磨材料越來越高的要求來說依然偏大。因此，如何降低在高溫階段復合材料的摩擦系數和磨損率，實現復合材料在高溫階段的低摩擦和抗磨損成為研制高溫自潤滑耐磨材料的關鍵。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種在室溫?900°C溫度范圍內具有良好摩擦磨損性能和寬溫域潤滑性能的N1-Al基寬溫域高溫低摩擦抗磨損復合材料的制備方法。
[0005]—種N1-Al基低摩擦抗磨損復合材料的制備方法，其特征在于該方法依次包括以下步驟:
I)將鎳、鋁粉末按鎳:58.2?61.7%、鋁:26.8?28.3%的質量百分含量混合后采用濕法球磨50~70小時，轉速200-400r/min，球料質量比5:1~10:1，然后將釩酸銀(Ag3VO4)的粉末按Ag3V04:10~15%的質量百分含量加入上述混合物中，采用上述的濕法球磨工藝將其球磨5~10小時，混勻即可，經烘干后，得到混合粉末；
2)稱取上述混合粉末放入石墨模具中進行冷壓預成型，預成型壓力5?lOMPa，然后在真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結，真空度彡1.0X10 2Pa，燒結溫度為1250~1350°C，達到溫度后施加正壓力20?25MPa，保溫保壓時間為50?60min，隨爐自然冷卻，制備出N1-Al基低摩擦抗磨損復合材料。
[0006]本發明所述的鎳、鋁和釩酸銀粉末的純度均大于99.0%。
[0007]本發明的低摩擦抗磨損復合材料具有良好力學和耐高溫性能的N1-Al合金中加入釩酸銀(Ag3VO4), Ag3VO4在復合材料制備過程中分解出低溫潤滑相Ag，而在高溫摩擦時表面重新生成高溫潤滑相Ag3VO4,實現寬溫域連續潤滑功能。材料各組分的質量百分含量分別為:鎳:58.2 ?61.7%，鋁:26.8 ?28.3%，釩酸銀:10~15%。
[0008]本發明NiAl- Ag3VO4寬溫域高溫低摩擦抗磨損復合材料在高溫摩擦試驗機(CSM Instruments LTD，Switzerland)測試摩擦磨損性能(2N，0.287m/s，lh，大氣環境，Φ35mmX8mm Inconel718 合金對偶盤)。
[0009]本發明所述復合材料適用于在高溫氧化環境中工作的自潤滑軸承材料、滑板材料、高溫冶金機械自潤滑材料、高溫化工機械自潤滑材料及高溫發動機材料等高溫條件下服役的零部件材料，實現寬溫度范圍內的潤滑，且在高溫階段(700~900°C)具有低摩擦、低磨損的特性。
[0010]本發明與現有材料相比具有以下優點:
1、本發明所述的復合材料成分配方簡單、組織均勻，在室溫至900°c溫度范圍內具有良好的摩擦磨損性能和寬溫域潤滑性能，并且隨著溫度的升高，摩擦系數呈現降低的趨勢，在室溫至900°C溫度范圍內摩擦系數基本在0.3以下。
[0011]2、本發明所述的復合材料相對于很多高溫潤滑材料，在高溫自潤滑區間和摩擦磨損性能方面有很大提高，尤其是700~900°C溫度范圍內摩擦系數在0.15以下，且在900°C時，摩擦系數降到0.057，磨損率達到1.08X10 V.N 1.m、
[0012]綜上所述，本發明制備的NiAl- Ag3VO4寬溫域低摩擦抗磨損復合材料在室溫至900°C溫度范圍內具有摩擦磨損性能和寬溫域潤滑性能良好的優點，用于解決高新技術產業中存在的寬溫域、特殊介質和高速等工況下相關滑動部件之間的潤滑和耐磨問題。
【附圖說明】
[0013]附圖1是本發明實施例1制備的NiAl-Ag3VO4寬溫域高溫低摩擦抗磨損復合材料的摩擦系數-溫度曲線。
[0014]附圖2是本發明實施例1制備的NiAl-Ag3VO4寬溫域高溫低摩擦抗磨損復合材料的磨損率-溫度曲線。
[0015]附圖3是本發明實施例2制備的NiAl-Ag3VO4寬溫域高溫低摩擦抗磨損復合材料的摩擦系數-溫度曲線。
[0016]附圖4是本發明實施例2制備的NiAl-Ag3VO4寬溫域高溫低摩擦抗磨損復合材料的磨損率-溫度曲線。
【具體實施方式】
[0017]為進一步闡述本發明特提供以下實施例，但本發明的實施方式并不限于以下實施例。
[0018]實施例1
N1-Al基寬溫域高溫低摩擦抗磨損復合材料各組分及其質量百分比為:Ni:58.2%，Al:26.8%，Ag3VO4:15%。首先將純度大于99.0%的鎳、鋁粉末按N1:58.2%，Al:26.8%質量比(此時N1-50at.%A1)混合，將上述混合物在四罐行星式高能球磨機(FRITSCH，Germany)上采用濕法球磨工藝球磨，球磨時間為70h，轉速為250r/min，球料比為10:1。然后將粉末純度大于99.0%的釩酸銀(Ag3VO4)粉末按Ag3VO4: 15%的質量比加入上述混合物中，再將上述混合物采用上述的濕法球磨工藝球磨5小時，經烘干后，得到混合粉末。稱取上述混合粉末放入石墨模具中進行冷壓預成型，預成型壓力為10 MPa，然后將上述石墨模具放入真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結，先抽真空至1.0X102Pa以下，然后升溫到1300°C，達到溫度后施加正壓力25MPa，保溫保壓時間為60min，隨爐自然冷卻，即可得到NiAl- 48^04寬溫域高溫低摩擦抗磨損復合材料。本實施方式制備的N1-Al基復合材料，材料的維氏硬度(HV)為384，密度為6.21g/cm3，摩擦系數及磨損體積見圖1和圖2。
[0019]實施例2
N1-Al基寬溫域高溫低摩擦抗磨損復合材料各組分及其質量百分比為:Ni:61.7%，Al:28.3%，Ag3VO4:10%。首先將純度大于99.0%的鎳、鋁粉末按N1:61.7%，Al:28.3%質量比(此時N1-50at.%A1)混合，將上述混合物在四罐行星式高能球磨機(FRITSCH, Germany)上采用濕法球磨工藝球磨，球磨時間為70h，轉速為250r/min，球料比為10:1。然后將粉末純度大于99.0%的釩酸銀(Ag3VO4)粉末按Ag3VO4: 10%的質量比加入上述混合物中，再將上述混合物采用上述的濕法球磨工藝球磨5小時，經烘干后，得到混合粉末。稱取上述混合粉末放入石墨模具中進行冷壓預成型，預成型壓力為10 MPa，然后將上述石墨模具放入真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結，先抽真空至1.0X102Pa以下，然后升溫到1300°C，達到溫度后施加正壓力25MPa，保溫保壓時間為60min，隨爐自然冷卻，即可得到NiAl- 48^04寬溫域高溫低摩擦抗磨損復合材料。本實施方式制備的N1-Al基復合材料，材料的維氏硬度(HV)為426，密度為6.03g/cm3，摩擦系數及磨損體積見圖3和圖4。
【主權項】
1.一種N1-Al基低摩擦抗磨損復合材料的制備方法，其特征在于該方法依次包括以下步驟: 1)將鎳、鋁粉末按鎳:58.2?61.7%、鋁:26.8?28.3%的質量百分含量混合后采用濕法球磨50~70小時，轉速200-400r/min，球料質量比5:1~10:1，然后將釩酸銀(Ag3VO4)的粉末按Ag3V04:10~15%的質量百分含量加入上述混合物中，采用上述的濕法球磨工藝將其球磨5~10小時，混勻即可，經烘干后，得到混合粉末； 2)稱取上述混合粉末放入石墨模具中進行冷壓預成型，預成型壓力5?lOMPa，然后在真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結，真空度彡1.0X10 2Pa，燒結溫度為1250~1350°C，達到溫度后施加正壓力20?25MPa，保溫保壓時間為50?60min，隨爐自然冷卻，制備出N1-Al基低摩擦抗磨損復合材料。2.如權利要求1所述復合材料的制備方法，其特征在于鎳、鋁和釩酸銀粉末的純度均大于99.0%。
【專利摘要】本發明公開了一種Ni-Al基寬溫域高溫低摩擦抗磨損復合材料的制備方法。本發明將具有良好力學和耐高溫性能的Ni-Al合金中加入釩酸銀，釩酸銀在復合材料制備過程中分解出低溫潤滑相Ag，而在高溫摩擦時表面重新生成高溫潤滑相Ag3VO4，實現寬溫域連續潤滑功能。復合材料在室溫至900℃溫度范圍內具有連續穩定的潤滑功能，且在高溫階段（700~900℃）具有低摩擦低磨損的特性，用于解決高新技術產業中存在的寬溫域、特殊介質和高速等工況下相關滑動部件之間的潤滑和耐磨問題。
【IPC分類】B22F3/16, C22C1/05, C22C19/03
【公開號】CN105714135
【申請號】CN201410711290
【發明人】陜鈺, 賈均紅, 劉二勇, 易戈文, 王文珍
【申請人】中國科學院蘭州化學物理研究所