一種鎳鋁/氧化釩/銀寬溫域自潤滑復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎳鋁/氧化釩/銀寬溫域自潤滑復(fù)合材料，該復(fù)合材料的組成及各組分的質(zhì)量百分含量為：Ni3Al金屬間化合物70～94%、V2O5 1～10%、Ag 5～20%。本發(fā)明還公開了該復(fù)合材料的制備方法，采用機械合金化制備粉體材料，然后用真空熱壓燒結(jié)技術(shù)制備塊體材料。本發(fā)明所述復(fù)合材料具有良好的寬溫域潤滑抗磨性能，在高溫高載等苛刻環(huán)境下作為軸承和密封材料具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
-種鎮(zhèn)錯/氧化飢/銀寬溫域自潤滑復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[000。 本發(fā)明設(shè)及一種Ni3Al-V205-Ag寬溫域自潤滑復(fù)合材料及其制備方法，該材料具有 良好的寬溫域潤滑抗磨性能，在高溫、高載、無油等苛刻環(huán)境下作為軸承和密封材料具有良 好的應(yīng)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002] 高溫是機械運動的最苛刻環(huán)境，部件將受到氧化、腐蝕和磨損的交互作用，同時材 料的力學(xué)性能也會大幅度下降，導(dǎo)致材料加速失效。因此，高溫潤滑耐磨問題通常是整個系 統(tǒng)可靠性和壽命的關(guān)鍵。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展對高性能高溫自潤滑材料與技術(shù)具有巨 大的需求。
[0003] NisAl金屬間化合物具有長程有序的L12結(jié)構(gòu)，兼具金屬和陶瓷的優(yōu)良性能，如強 度高、抗氧化性好、導(dǎo)熱率大等一系列特點，特別是其烙點近140(TC，比一般的儀基高溫合 金高，而其密度低于儀基高溫合金的，從而可有效地提高比強度，成為儀基高溫合金良好的 替代材料。作為高溫材料已在很多領(lǐng)域中得到應(yīng)用，如高溫模具、切割工具、抗氧化涂層、高 溫軸承、氣體滿輪發(fā)動機中的活塞和閥口等各種部件。由于M3A1材料優(yōu)異的高溫性能，其 非常適合作為高溫自潤滑材料的基體材料而易于推廣和應(yīng)用。
[0004] NisAl金屬間化合物材料在無潤滑的條件下摩擦系數(shù)較高，然而作為運動部件應(yīng) 用就必須對其進行有效的潤滑設(shè)計。在高溫條件下，常規(guī)的液體潤滑技術(shù)很難實施，而表面 固體潤滑技術(shù)又存在壽命問題或者需要不斷的補充，在運種極端苛刻條件下最具潛力的潤 滑方式是設(shè)計制備自潤滑復(fù)合材料。
[0005] 關(guān)于儀侶基高溫自潤滑復(fù)合材料已有專利公開報道。中國專利CN102102155A公開 了一種儀侶/石墨的自潤滑材料，與Al3〇3配副時，25°C摩擦系數(shù)在0.31-0.37，600°C摩擦系 數(shù)在0.42-0.48,高溫時摩擦系數(shù)較高，更高溫度的摩擦磨損性能并未報道。中國專利 CN101463439B公開了一種儀侶金屬間化合物基高溫自潤滑復(fù)合材料的制備方法，與Si3N4配 副時，室溫至l〇〇〇°C的摩擦系數(shù)小于0.35。中國專利CN103752819A公開了一種儀侶/二硫化 鶴/納米石墨締的自潤滑材料的室溫摩擦學(xué)性能，而對高溫摩擦學(xué)性能無報道。運Ξ個發(fā)明 專利均為儀侶材料作為結(jié)構(gòu)材料，但W五氧化二饑和銀作為復(fù)合潤滑劑還未見專利公開報 道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種寬溫域(室溫到ΙΟΟΟΓ)具有良好自潤滑性能的儀侶/ 氧化饑/銀寬溫域自潤滑復(fù)合材料及其制備方法。
[0007] 本發(fā)明選擇高溫力學(xué)性能和抗氧化性能均優(yōu)異的Μ3Α1作為基體，通過添加匹配 性良好的復(fù)合潤滑劑來實現(xiàn)復(fù)合材料低溫至高溫的連續(xù)潤滑。
[000引一種儀侶/氧化饑/銀寬溫域自潤滑復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料的組成及各 組分的質(zhì)量百分含量為：NisAl金屬間化合物70~94%、V2化！~10%、Ag 5~20%。
[0009] 如上所述儀侶/氧化饑/銀寬溫域自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體制 備方法如下： 將Ni3Al、V2化和Ag粉末物料在球磨機中干混合4~8小時，轉(zhuǎn)速為200~300 r/min，得到 Ni3Al-V2化-Ag復(fù)合粉末;將Ni3Al-V2〇5-Ag復(fù)合粉末裝入石墨模具中然后將其置于真空熱壓 燒結(jié)爐中進行熱壓成型燒結(jié)，升溫速率為10~20°C/min，真空度為10-2~l(Tipa，燒結(jié)溫度 為1000~1200 °C，燒結(jié)壓力為20~40MPa，燒結(jié)時間為10~30min;燒結(jié)完成后爐冷至室溫， 得到塊體Ni3A^V2化-Ag寬溫域自潤滑復(fù)合材料。
[0010] 所述球磨機的球料比為8:1，磨球為碳化鶴(WC)球。
[0011] 采用顯微硬度計測試材料的硬度，測定條件為，載荷200 g，加載持續(xù)時間10 S。摩 擦磨損試驗是在HT-1000球盤接觸式高溫摩擦磨損試驗機上進行的，盤為本發(fā)明的材料，尺 寸為18.5X18.5mm3，對偶為Φ6mm的Si3N4球。載荷10N，滑動速率0.2m/s，旋轉(zhuǎn)半徑5 mm，運行時間30分鐘。測試溫度為室溫、400、800和1000 °C。
[0012]本發(fā)明的特點之一是，材料寬溫域潤滑性能良好。
[OOU]本發(fā)明的特點之二是，材料抗磨損性能優(yōu)良。
[0014] 本發(fā)明的特點之Ξ是，材料耐熱性好，氧化穩(wěn)定性高。
[0015] 本發(fā)明的特點之四是，通過調(diào)整材料組成可W調(diào)控材料性能。
[0016] 本發(fā)明制備的寬溫域自潤滑復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)良好，性能優(yōu)異，作為軸承和密封 等高溫運動系統(tǒng)部件具有廣泛的應(yīng)用前景。
【具體實施方式】 [0017]實施例1 按照質(zhì)量百分數(shù)88%Ni3Al合金粉末，2%V2化粉末和10%Ag粉末，分別稱取粉末材料，將其 置于行星式球磨機中干混合，轉(zhuǎn)速為250 r/min，球料比為8:1，磨球為WC球，球磨時間為6小 時，獲得混合均勻的Ni3Al-V2〇5-Ag混合粉末。將該混合粉末裝入涂有BN的石墨模具中，然后 放入真空熱壓燒結(jié)爐中進行熱壓燒結(jié)，爐腔真空度為10-2~10-? Pa，升溫速率為12 r/min， 燒結(jié)溫度為1100 C,燒結(jié)壓力為35 MPa,燒結(jié)時間為20 min。燒結(jié)元成后隨爐冷卻至室溫， 得到致密的Ni3Al-2%V2化-10%Ag高溫自潤滑復(fù)合材料。
[0018] 經(jīng)測試，材料的顯微維氏硬度為2.5G化，摩擦系數(shù)和磨損率如下表所示。
[0019] 實施例2 照質(zhì)量百分數(shù)80%Ni3Al合金粉末，5%V2化粉末和15%Ag粉末，分別稱取粉末材料，將其置 于行星式球磨機中干混合，轉(zhuǎn)速為200 r/min，球料比為8 :1，磨球為WC球，球磨時間為8小 時，獲得混合均勻的Ni3Al-V2〇5-Ag混合粉末。將該混合粉末裝入涂有BN的石墨模具中，然后 放入真空熱壓燒結(jié)爐中進行熱壓燒結(jié)，爐腔真空度為10-2~10-? Pa，升溫速率為15 °C/min， 燒結(jié)溫度為1200 °C，燒結(jié)壓力為30 MPa,燒結(jié)時間為20 min。燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫， 得到致密的Ni3Al-5%V2〇5-15%Ag高溫自潤滑復(fù)合材料。
[0020] 經(jīng)測試，材料的顯微維氏硬度為3. IG化，摩擦系數(shù)和磨損率如下表所示。
[0021] 實施例3 照質(zhì)量百分數(shù)76%Ni3Al合金粉末，4%V2化粉末和20%Ag粉末，分別稱取粉末材料，將其置 于行星式球磨機中干混合，轉(zhuǎn)速為200 r/min，球料比為4:1，磨球為WC球，球磨時間為6小 時，獲得混合均勻的Ni3Al-V2〇5-Ag混合粉末。將該混合粉末裝入涂有BN的石墨模具中，然后 放入真空熱壓燒結(jié)爐中進行熱壓燒結(jié)，爐腔真空度為10-2~10-? Pa，升溫速率為15 °C/min， 燒結(jié)溫度為1150 °C，燒結(jié)壓力為30 MPa,燒結(jié)時間為30 min。燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫， 得到致密的Ni3Al-4%V2〇5-20%Ag高溫自潤滑復(fù)合材料。
[0022] 經(jīng)測試，材料的顯微維氏硬度為2.8G化，摩擦系數(shù)和磨損率如下表所示。
[0023]
【主權(quán)項】
1. 一種鎳鋁/氧化釩/銀寬溫域自潤滑復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料的組成及各組 分的質(zhì)量百分含量為：Ni 3Al金屬間化合物70~94%、V2〇5 1~10%、Ag 5~20%。2. 如權(quán)利要求1所述鎳鋁/氧化釩/銀寬溫域自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于 具體制備方法如下： 將Ni3Al、V2〇5和Ag粉末物料在球磨機中干混合4~8小時，轉(zhuǎn)速為200~300 r/min，得到 Ni3Al-V2〇5-Ag復(fù)合粉末;將Ni3Al-V 2〇5-Ag復(fù)合粉末裝入石墨模具中然后將其置于真空熱壓 燒結(jié)爐中進行熱壓成型燒結(jié)，升溫速率為10~20°C/min，真空度為10- 2~H^Pa，燒結(jié)溫度 為1000~1200 °C，燒結(jié)壓力為20~40MPa，燒結(jié)時間為10~30min;燒結(jié)完成后爐冷至室溫， 得到塊體Ni3Al-V 2〇5-Ag寬溫域自潤滑復(fù)合材料。3. 如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述球磨機的球料比為8 :1，磨球為碳化 鎢球。
【文檔編號】C22C1/10GK106011539SQ201610375401
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】楊軍, 朱圣宇, 程軍, 喬竹輝, 劉維民
【申請人】中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所