一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料，该复合材料的组成及各组分的质量百分含量为：Ni3Al金属间化合物70～94%、V2O5 1～10%、Ag 5～20%。本发明还公开了该复合材料的制备方法，采用机械合金化制备粉体材料，然后用真空热压烧结技术制备块体材料。本发明所述复合材料具有良好的宽温域润滑抗磨性能，在高温高载等苛刻环境下作为轴承和密封材料具有良好的应用前景。
【专利说明】
-种镇错/氧化飢/银宽溫域自润滑复合材料及其制备方法
技术领域
[000。 本发明设及一种Ni3Al-V205-Ag宽溫域自润滑复合材料及其制备方法，该材料具有 良好的宽溫域润滑抗磨性能，在高溫、高载、无油等苛刻环境下作为轴承和密封材料具有良 好的应用前景。
【背景技术】
[0002] 高溫是机械运动的最苛刻环境，部件将受到氧化、腐蚀和磨损的交互作用，同时材 料的力学性能也会大幅度下降，导致材料加速失效。因此，高溫润滑耐磨问题通常是整个系 统可靠性和寿命的关键。随着现代工业的迅猛发展对高性能高溫自润滑材料与技术具有巨 大的需求。
[0003] NisAl金属间化合物具有长程有序的L12结构，兼具金属和陶瓷的优良性能，如强 度高、抗氧化性好、导热率大等一系列特点，特别是其烙点近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，从而可有效地提高比强度，成为儀基高溫合金良好的 替代材料。作为高溫材料已在很多领域中得到应用，如高溫模具、切割工具、抗氧化涂层、高 溫轴承、气体满轮发动机中的活塞和阀口等各种部件。由于M3A1材料优异的高溫性能，其 非常适合作为高溫自润滑材料的基体材料而易于推广和应用。
[0004] NisAl金属间化合物材料在无润滑的条件下摩擦系数较高，然而作为运动部件应 用就必须对其进行有效的润滑设计。在高溫条件下，常规的液体润滑技术很难实施，而表面 固体润滑技术又存在寿命问题或者需要不断的补充，在运种极端苛刻条件下最具潜力的润 滑方式是设计制备自润滑复合材料。
[0005] 关于儀侣基高溫自润滑复合材料已有专利公开报道。中国专利CN102102155A公开 了一种儀侣/石墨的自润滑材料，与Al3〇3配副时，25°C摩擦系数在0.31-0.37，600°C摩擦系 数在0.42-0.48,高溫时摩擦系数较高，更高溫度的摩擦磨损性能并未报道。中国专利 CN101463439B公开了一种儀侣金属间化合物基高溫自润滑复合材料的制备方法，与Si3N4配 副时，室溫至l〇〇〇°C的摩擦系数小于0.35。中国专利CN103752819A公开了一种儀侣/二硫化 鹤/纳米石墨締的自润滑材料的室溫摩擦学性能，而对高溫摩擦学性能无报道。运Ξ个发明 专利均为儀侣材料作为结构材料，但W五氧化二饥和银作为复合润滑剂还未见专利公开报 道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种宽溫域(室溫到ΙΟΟΟΓ)具有良好自润滑性能的儀侣/ 氧化饥/银宽溫域自润滑复合材料及其制备方法。
[0007] 本发明选择高溫力学性能和抗氧化性能均优异的Μ3Α1作为基体，通过添加匹配 性良好的复合润滑剂来实现复合材料低溫至高溫的连续润滑。
[000引一种儀侣/氧化饥/银宽溫域自润滑复合材料，其特征在于该复合材料的组成及各 组分的质量百分含量为：NisAl金属间化合物70~94%、V2化！~10%、Ag 5~20%。
[0009] 如上所述儀侣/氧化饥/银宽溫域自润滑复合材料的制备方法，其特征在于具体制 备方法如下： 将Ni3Al、V2化和Ag粉末物料在球磨机中干混合4~8小时，转速为200~300 r/min，得到 Ni3Al-V2化-Ag复合粉末;将Ni3Al-V2〇5-Ag复合粉末装入石墨模具中然后将其置于真空热压 烧结炉中进行热压成型烧结，升溫速率为10~20°C/min，真空度为10-2~l(Tipa，烧结溫度 为1000~1200 °C，烧结压力为20~40MPa，烧结时间为10~30min;烧结完成后炉冷至室溫， 得到块体Ni3A^V2化-Ag宽溫域自润滑复合材料。
[0010] 所述球磨机的球料比为8:1，磨球为碳化鹤(WC)球。
[0011] 采用显微硬度计测试材料的硬度，测定条件为，载荷200 g，加载持续时间10 S。摩 擦磨损试验是在HT-1000球盘接触式高溫摩擦磨损试验机上进行的，盘为本发明的材料，尺 寸为18.5X18.5mm3，对偶为Φ6mm的Si3N4球。载荷10N，滑动速率0.2m/s，旋转半径5 mm，运行时间30分钟。测试溫度为室溫、400、800和1000 °C。
[0012]本发明的特点之一是，材料宽溫域润滑性能良好。
[OOU]本发明的特点之二是，材料抗磨损性能优良。
[0014] 本发明的特点之Ξ是，材料耐热性好，氧化稳定性高。
[0015] 本发明的特点之四是，通过调整材料组成可W调控材料性能。
[0016] 本发明制备的宽溫域自润滑复合材料组织结构良好，性能优异，作为轴承和密封 等高溫运动系统部件具有广泛的应用前景。
【具体实施方式】 [0017]实施例1 按照质量百分数88%Ni3Al合金粉末，2%V2化粉末和10%Ag粉末，分别称取粉末材料，将其 置于行星式球磨机中干混合，转速为250 r/min，球料比为8:1，磨球为WC球，球磨时间为6小 时，获得混合均匀的Ni3Al-V2〇5-Ag混合粉末。将该混合粉末装入涂有BN的石墨模具中，然后 放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，炉腔真空度为10-2~10-? Pa，升溫速率为12 r/min， 烧结溫度为1100 C,烧结压力为35 MPa,烧结时间为20 min。烧结元成后随炉冷却至室溫， 得到致密的Ni3Al-2%V2化-10%Ag高溫自润滑复合材料。
[0018] 经测试，材料的显微维氏硬度为2.5G化，摩擦系数和磨损率如下表所示。
[0019] 实施例2 照质量百分数80%Ni3Al合金粉末，5%V2化粉末和15%Ag粉末，分别称取粉末材料，将其置 于行星式球磨机中干混合，转速为200 r/min，球料比为8 :1，磨球为WC球，球磨时间为8小 时，获得混合均匀的Ni3Al-V2〇5-Ag混合粉末。将该混合粉末装入涂有BN的石墨模具中，然后 放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，炉腔真空度为10-2~10-? Pa，升溫速率为15 °C/min， 烧结溫度为1200 °C，烧结压力为30 MPa,烧结时间为20 min。烧结完成后随炉冷却至室溫， 得到致密的Ni3Al-5%V2〇5-15%Ag高溫自润滑复合材料。
[0020] 经测试，材料的显微维氏硬度为3. IG化，摩擦系数和磨损率如下表所示。
[0021] 实施例3 照质量百分数76%Ni3Al合金粉末，4%V2化粉末和20%Ag粉末，分别称取粉末材料，将其置 于行星式球磨机中干混合，转速为200 r/min，球料比为4:1，磨球为WC球，球磨时间为6小 时，获得混合均匀的Ni3Al-V2〇5-Ag混合粉末。将该混合粉末装入涂有BN的石墨模具中，然后 放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，炉腔真空度为10-2~10-? Pa，升溫速率为15 °C/min， 烧结溫度为1150 °C，烧结压力为30 MPa,烧结时间为30 min。烧结完成后随炉冷却至室溫， 得到致密的Ni3Al-4%V2〇5-20%Ag高溫自润滑复合材料。
[0022] 经测试，材料的显微维氏硬度为2.8G化，摩擦系数和磨损率如下表所示。
[0023]
【主权项】
1. 一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料，其特征在于该复合材料的组成及各组 分的质量百分含量为：Ni 3Al金属间化合物70~94%、V2〇5 1~10%、Ag 5~20%。2. 如权利要求1所述镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料的制备方法，其特征在于 具体制备方法如下： 将Ni3Al、V2〇5和Ag粉末物料在球磨机中干混合4~8小时，转速为200~300 r/min，得到 Ni3Al-V2〇5-Ag复合粉末;将Ni3Al-V 2〇5-Ag复合粉末装入石墨模具中然后将其置于真空热压 烧结炉中进行热压成型烧结，升温速率为10~20°C/min，真空度为10- 2~H^Pa，烧结温度 为1000~1200 °C，烧结压力为20~40MPa，烧结时间为10~30min;烧结完成后炉冷至室温， 得到块体Ni3Al-V 2〇5-Ag宽温域自润滑复合材料。3. 如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述球磨机的球料比为8 :1，磨球为碳化 钨球。
【文档编号】C22C1/10GK106011539SQ201610375401
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】杨军, 朱圣宇, 程军, 乔竹辉, 刘维民
【申请人】中国科学院兰州化学物理研究所