一种自润滑功能抗高温磨蚀硬面材料及其制备方法与流程

文档序号:22327064发布日期:2020-09-25 17:56阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种自润滑功能抗高温磨蚀硬面材料,其特征在于:所述硬面材料采用合金粉末为原料,通过热喷涂或堆焊工艺沉积在需要强化的基体材料表面,形成功能型硬面材料,使基体表面同时具有自润滑功能以及抗高温氧化和抗高温磨蚀功能;所述合金粉末中包含硬质相和稀土相两种基础物相;所述自润滑功能和抗高温氧化功能通过稀土氧硫化物实现;所述抗高温磨蚀通过稀土氧硫化物和硬质相协同作用实现;所述稀土氧硫化物的熔点大于1900℃,具有与石墨类似的层状结构和自润滑功能;所述硬质相是指过渡族金属碳化物;所述过渡族金属碳化物包括由多种过渡族金属组员组成的碳化物;所述多种过渡族金属组员组成的碳化物包括高熵过渡族金属碳化物;所述合金粉末通过多元粉末烧结形成合金,除含硬质相和稀土相外,通常含粘结相;所述粘结相包括co基合金和/或ni基合金;所述co基合金是指合金组元粉末混合料在烧结过程中,硬质相组元在co或cocr合金中固溶形成的合金;所述ni基合金是指合金组元粉末混合料在烧结过程中,硬质相组元在ni或nicr合金中固溶形成的合金;所述cocr合金或nicr合金中cr的质量分数为15~30%;所述合金粉末中稀土的质量分数为1~5%,以氧化物形式添加;所述稀土的质量分数是指稀土氧化物的质量分数;所述稀土氧硫化物及其表面膜可在合金粉末烧结过程中、热喷涂或堆焊过程中以及在硬面材料服役过程中,通过稀土氧化物与高反应活性的s原位反应或稀土与高反应活性的s、o原位反应以及外部环境对物相生长的影响而形成;所述高反应活性的s有两种来源,一种来源于合金粉末,一种来源于高温服役工况;当高温服役工况不能提供高反应活性的s时,在合金组元粉末混合料制备过程中添加s,以保证所述硬面材料对服役工况的广泛适应性;所述s的高反应活性是指在合金粉末烧结过程中,或在热喷涂或堆焊伴随的高温和高冲击能作用下,或在高温摩擦服役工况条件下,s具有与稀土氧化物或与稀土和o迅速进行化学反应形成稀土氧硫化物的能力。

2.根据权利要求1所述的一种自润滑功能抗高温磨蚀硬面材料,其特征在于:所述稀土是指常用稀土,包括la、ce、y,稀土组员可联合添加;以氧化物计,联合添加的稀土在合金粉末原料中的质量分数为1~5%;所述稀土氧硫化物中可同时含多种稀土元素;所述过渡族金属碳化物主要是指wc、cr3c2、wc+cr3c2、以(v0.2nb0.2mo0.2ta0.2w0.2)c和(hf0.2nb0.2ta0.2ti0.2zr0.2)c为典型代表的一系列高熵碳化物;所述碳化物具有硬度大于最硬的钢材的高硬度特征;所述在合金组元粉末混合料制备过程中添加s是指以ws2形式添加;所述ws2在合金粉末中的质量分数为0.5~3%。

3.一种自润滑功能抗高温磨蚀硬面材料的制备方法,其特征在于:制备所述硬面材料采用合金粉末为原料,通过热喷涂或堆焊工艺沉积在需要强化的基体材料表面,形成功能型硬面材料,使基体表面同时具有自润滑功能以及抗高温氧化和抗高温磨蚀功能;所述合金粉末中包含硬质相和稀土相两种基础物相;所述合金粉末通过多元粉末烧结形成合金,除含硬质相和稀土相外,通常含粘结相;所述硬质相是指过渡族金属碳化物;所述过渡族金属碳化物包括由多种过渡族金属组员组成的碳化物;所述多种过渡族金属组员组成的碳化物包括高熵过渡族金属碳化物;所述粘结相包括co基合金和/或ni基合金;所述co基合金是指合金组元粉末混合料在烧结过程中,硬质相组元在co或cocr合金中固溶形成的合金;所述ni基合金是指合金组元粉末混合料在烧结过程中,硬质相组元在ni或nicr合金中固溶形成的合金;所述cocr合金或nicr合金中cr的质量分数为15~30%;所述合金粉末中稀土的质量分数为1~5%,以氧化物形式添加;所述稀土的质量分数是指稀土氧化物的质量分数;当高温服役工况能够提供高反应活性的s时,在合金组元粉末混合料制备过程中不添加s或添加s;当高温服役工况不能提供高反应活性的s时,在合金组元粉末混合料制备过程中添加s,在合金粉末烧结过程中、在热喷涂或堆焊过程中以及在硬面材料服役过程中,通过稀土氧化物与高反应活性的s原位反应或稀土与高反应活性的s、o原位反应以及外部环境对物相生长的影响,在硬面材料表面形成具有自润滑功能和抗高温氧化功能的稀土氧硫化物及其表面膜;所述在合金组元粉末混合料制备过程中添加s是指以ws2形式添加;所述ws2在合金粉末中的质量分数为0.5~3%;所述合金粉末的制备工艺包括(1)湿磨混合料制备;(2)湿磨混合料干燥制粒;(3)干燥制粒料松装烧结。

4.根据权利要求3所述的一种自润滑功能抗高温磨蚀硬面材料的制备方法,其特征在于:所述稀土是指常用稀土,包括la、ce、y,稀土组员可联合添加;以氧化物计,联合添加的稀土在合金粉末原料中的质量分数为1~5%;所述稀土氧硫化物中可同时含多种稀土元素;所述过渡族金属碳化物主要是指wc、cr3c2、wc+cr3c2、以(v0.2nb0.2mo0.2ta0.2w0.2)c和(hf0.2nb0.2ta0.2ti0.2zr0.2)c为典型代表的一系列高熵碳化物;所述碳化物具有硬度大于最硬的钢材的高硬度特征。

5.根据权利要求3所述的一种自润滑功能抗高温磨蚀硬面材料的制备方法,其特征在于:所述湿磨混合料制备的湿磨时间为24~48小时;所述干燥制粒包括喷雾干燥制粒;所述松装烧结温度为1200~1380℃,在真空烧结炉内进行。


技术总结
本发明涉及一种自润滑功能抗高温磨蚀硬面材料,其自润滑功能通过RE2O2S实现,抗高温磨蚀通过RE2O2S和硬质相协同作用实现;所述硬质相包括高熵碳化物,RE指稀土。本发明一种自润滑功能抗高温磨蚀硬面材料的制备方法,通过在硬面材料原料粉末的烧结、热喷涂或堆焊以及在硬面材料服役过程中形成RE2O2S物相;所述RE2O2S中S来源于服役工况或在硬面材料原料粉末制备时以WS2形式添加。本发明对服役工况以及硬面材料中的硬质相和粘结相具有广泛适应性,能显著提高硬面材料的服役温度,低成本改善其使用寿命,促进高熵碳化物推广应用,极大地满足高温极端服役工况对新型硬面材料高综合性能和高性能稳定性的需求。

技术研发人员:张立;陈述;吴厚平
受保护的技术使用者:中南大学
技术研发日:2020.06.30
技术公布日:2020.09.25
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