一種寬真空耐高溫自潤滑復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬真空耐高溫自潤滑復(fù)合材料，該復(fù)合材料的組成及各組分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：Ni基合金40～89%、石墨1～10%、WS210～50%；Ni基合金為霧化合金粉末，其組成及各組分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：Ni 60～95%、Cr 1～10%、Mo 1～5%、W 1～5%、Cu 1～10%、Al 1～10%。本發(fā)明還公開了該復(fù)合材料的制備方法，通過熱壓燒結(jié)技術(shù)制備的復(fù)合材料在大氣至真空環(huán)境并且從低溫到高溫500℃具有良好的寬真空寬溫域自潤滑抗磨損性能，摩擦系數(shù)在0.06～0.20范圍，適合制作航空航天飛行器的高溫運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)部件。
【專利說明】
一種寬真空耐高溫自潤滑復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種寬真空耐高溫自潤滑復(fù)合材料及其制備方法。該復(fù)合材料在連續(xù) 大氣到真空、低溫到500°C具有良好的寬真空寬溫域潤滑抗磨性能，適合制作航空航天飛行 器的高溫運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)部件。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空航天等高新技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)耐高溫潤滑材料的潤滑性能提出了更高的要 求。高溫環(huán)境是飛行器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)摩擦副所面對(duì)的苛刻工況條件。另外，隨著飛行器發(fā)射以及 飛行高度的變化，摩擦副將處于不同的真空環(huán)境下，連續(xù)變化的真空是飛行器所面對(duì)的又 一個(gè)苛刻工況條件。因此，航空航天飛行器的高溫摩擦系統(tǒng)將在連續(xù)高溫和真空的復(fù)雜極 端苛刻工況下工作。普通潤滑油脂及其它有機(jī)潤滑劑已不能滿足這種極端條件下的潤滑需 求，采用固體潤滑劑是解決其潤滑問題的有效途徑。由于傳統(tǒng)的固體潤滑劑的適用范圍較 窄，沒有能同時(shí)滿足連續(xù)真空和連續(xù)高溫的單一固體潤滑劑。因此，發(fā)展在寬真空寬溫域的 復(fù)雜工況環(huán)境下?lián)碛辛己脻櫥阅艿墓腆w潤滑材料在航空航天領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 目前國內(nèi)外公開報(bào)道的高溫自潤滑材料多適用于高溫大氣環(huán)境下使用，其性能數(shù) 據(jù)為大氣環(huán)境下的測(cè)試結(jié)果。美國NASA報(bào)道的等離子噴涂PS304涂層（成分為NiCr-20% Cr2〇3-l〇%Ag-10%BaF2/CaF2)在25，500和650°C下的摩擦系數(shù)和磨損率分別為0.31，0.25， 0.23以及（48,28，10)\10- 5臟3/_(嫩5厶/^]?-2009-215678)。專利1]5 8753417 81報(bào)道的 PS400 涂層（成分為 NiMoAl-5%Ag-5%BaF2/CaF2_20%Cr2〇3)，在 25,500和650°(：下的摩擦系數(shù) 和磨損率分別為 〇.8,0.16,0.21以及（1 1.8,0.63,0.76) X 10 -5 mm3/Nm。中國專利 CN101463439A公開的一種Ni3Al基高溫自潤滑復(fù)合材料，室溫至1000 °C摩擦系數(shù)小于0.35， 磨損率低于5.OX HT5 mm3/Nm，自潤滑性能良好。然而，在高溫真空環(huán)境中使用的自潤滑材 料還未見報(bào)道，并且傳統(tǒng)固體潤滑材料在大氣和真空環(huán)境下的高溫摩擦學(xué)行為完全不同。 因此，解決寬真空寬溫域復(fù)雜環(huán)境下的潤滑問題需要開發(fā)新型的高溫自潤滑復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種在大氣至真空并且從室溫到高溫500°C復(fù)雜環(huán)境下具 有良好潤滑性能的寬真空耐高溫自潤滑復(fù)合材料及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明選擇高溫力學(xué)性能和抗氧化性能均優(yōu)異的鎳基合金作為基體，通過添加匹 配性良好的復(fù)合潤滑劑來實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料在寬真空范圍寬溫域復(fù)雜環(huán)境下的連續(xù)潤滑。
[0006] -種寬真空耐高溫自潤滑復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料的組成及各組分所占 的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:Ni基合金40~89%、石墨1~10%、WS2l0~50%;所述Ni基合金為霧化合金粉 末，其組成及各組分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:Ni 60~95%、Cr 1~10%、M〇 1~5%、W 1~5%、Cu 1~10%、A1 1~10%〇
[0007] 一種寬真空耐高溫自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：將Ni基 合金粉末、石墨粉末和WS 2粉末進(jìn)行球磨干混合得到復(fù)合粉末，然后將混合后的復(fù)合粉末裝 入石墨模具中并將其置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)，燒結(jié)參數(shù)為:升溫速率?ο ~50°C/min，真空度10-2~10-1Pa,燒結(jié)溫度700~1000°C，燒結(jié)壓力5~40MPa，保溫時(shí)間10 ~60min，燒結(jié)完成后爐冷至室溫，得到塊體耐高溫自潤滑復(fù)合材料。
[0008] 所述球磨參數(shù)為:球磨時(shí)間4~8小時(shí)，球料比3~8:1，球磨罐和磨球均為碳化鎢硬 質(zhì)合金，轉(zhuǎn)速200~300r/min。
[0009] 采用X射線衍射(XRD)分析材料的相組成;采用掃描電子顯微鏡（SEM)分析材料組 織結(jié)構(gòu)和磨斑形貌特征；壓縮強(qiáng)度測(cè)試的試樣尺寸為Φ3πιπιΧ 4.5mm，壓頭下移速度為 0.05mm/min;采用栓盤接觸式真空高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試材料的摩擦磨損性能，盤為本 發(fā)明的材料，尺寸為18.5 X 18.5 X 5mm3，對(duì)偶栓為GH4169鎳基超合金。實(shí)驗(yàn)條件如下：接觸 應(yīng)力7MPa，滑動(dòng)速率0.033m/s，運(yùn)行時(shí)間10分鐘，測(cè)試溫度為-60 °C、25 °C、200 °C和500 °C，真 空度為大氣、l〇〇〇Pa、IPa。寬真空耐高溫自潤滑復(fù)合材料性能指標(biāo)如表1、表2和表3。
[0010] 衷1寬直空耐高淵自潤滑復(fù)合材料的件能
本發(fā)明的特點(diǎn)之一是，本發(fā)明所述材料適合于在大氣至真空以及低溫至高溫的復(fù)雜環(huán) 境下作為固體潤滑材料使用。
[0011] 本發(fā)明的特點(diǎn)之二是，本發(fā)明所述材料在這種復(fù)雜環(huán)境下具有優(yōu)異的自潤滑性 能。
[0012] 本發(fā)明的特點(diǎn)之三是，本發(fā)明所述材料的組織結(jié)構(gòu)均勻，力學(xué)性能良好。
[0013] 本發(fā)明的特點(diǎn)之四是，本發(fā)明所述材料的制備工藝簡(jiǎn)單，性能可調(diào)控。
[0014] 本發(fā)明制備的自潤滑復(fù)合材料在寬真空寬溫域的復(fù)雜環(huán)境下具有優(yōu)良的潤滑性 能，其作為航空航天飛行器等的高溫運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)部件具有廣泛的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 實(shí)施例1: 按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)55%的Ni基合金，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%的石墨，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40%的WS2，分 別稱取粉末材料，將其置于行星式高能球磨機(jī)中干混合，轉(zhuǎn)速為300r/min，球料比為8:1，磨 球?yàn)樘蓟u硬質(zhì)合金球，球磨時(shí)間為6小時(shí)，獲得均勻的混合粉末。將該混合粉末裝入涂有 六方氮化硼的石墨模具中，然后放入真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，爐腔真空度為KT 2~ 10一1Pa，升溫速率為10°C/min，燒結(jié)溫度為950°C，燒結(jié)壓力為35MPa，燒結(jié)時(shí)間為30min。燒結(jié) 完成后隨爐冷卻至室溫，得到致密的Ni-5%C-40%WS 2高溫自潤滑復(fù)合材料。
[0016] 實(shí)施例2: 按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)70%的Ni基合金，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%的石墨，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20%的WS2，分 別稱取粉末材料，將其置于行星式高能球磨機(jī)中干混合，轉(zhuǎn)速為250r/min，球料比為6:1，磨 球?yàn)樘蓟u硬質(zhì)合金球，球磨時(shí)間為4小時(shí)，獲得均勻的混合粉末。將該混合粉末裝入涂有 六方氮化硼的石墨模具中，然后放入真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，爐腔真空度為KT 2~ HT1Pa，升溫速率為20°C/min，燒結(jié)溫度為900°C，燒結(jié)壓力為25MPa，燒結(jié)時(shí)間為60min。燒結(jié) 完成后隨爐冷卻至室溫，得到致密的Ni-10%C-20%WS 2高溫自潤滑復(fù)合材料。
[0017] 實(shí)施例3: 按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)60%的Ni基合金，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%的石墨，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30%的WS2，分 別稱取粉末材料，將其置于行星式高能球磨機(jī)中干混合，轉(zhuǎn)速為250r/min，球料比為6:1，磨 球?yàn)樘蓟u硬質(zhì)合金球，球磨時(shí)間為4小時(shí)，獲得均勻的混合粉末。將該混合粉末裝入涂有 六方氮化硼的石墨模具中，然后放入真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，爐腔真空度為KT 2~ HT1Pa，升溫速率為20°C/min，燒結(jié)溫度為850°C，燒結(jié)壓力為25MPa，燒結(jié)時(shí)間為60min。燒結(jié) 完成后隨爐冷卻至室溫，得到致密的Ni-10%C-30%WS 2高溫自潤滑復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種寬真空耐高溫自潤滑復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料的組成及各組分所占的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:Ni基合金40~89%、石墨1~10%、WS 210~50%;所述Ni基合金為霧化合金粉 末，其組成及各組分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:Ni 60~95%、Cr 1~10%、M〇 1~5%、W 1~5%、Cu 1~10%、A1 1~10%〇2. 如權(quán)利要求1所述的寬真空耐高溫自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體步 驟為:將Ni基合金粉末、石墨粉末和WS2粉末進(jìn)行球磨干混合得到復(fù)合粉末，然后將混合后 的復(fù)合粉末裝入石墨模具中并將其置于真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)，燒結(jié)參數(shù) 為：升溫速率10~50°C/min，真空度10- 2~10-^a，燒結(jié)溫度700~1000°C，燒結(jié)壓力5~ 40MPa，保溫時(shí)間10~60min，燒結(jié)完成后爐冷至室溫，得到塊體耐高溫自潤滑復(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參數(shù)為:球磨時(shí)間4~8小時(shí)，球 料比3~8:1，球磨罐和磨球均為碳化媽硬質(zhì)合金，轉(zhuǎn)速200~300r/min。
【文檔編號(hào)】C22C29/00GK106086568SQ201610592468
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月26日 公開號(hào)201610592468.3, CN 106086568 A, CN 106086568A, CN 201610592468, CN-A-106086568, CN106086568 A, CN106086568A, CN201610592468, CN201610592468.3
【發(fā)明人】楊軍, 朱圣宇, 張 浩, 程軍, 喬竹輝, 劉維民
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所