本發(fā)明涉及鎳鋁基合金自潤滑耐磨損應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金在co2環(huán)境中的自潤滑耐磨損應(yīng)用。

背景技術(shù)：

金屬間化合物nial熔點高(1638℃)，密度低(5.95g/cm³)，導(dǎo)熱性好，抗氧化性、抗腐蝕性以及力學(xué)性能優(yōu)異并且具有良好的自潤滑特性。室溫下，nial的干摩擦磨損受控于壓縮塑性變形，其拉伸塑性與硬度、強度、壓縮塑性和加工硬化能力相比成為次要的性能指標(biāo)。多年來，人們從合金化，制備內(nèi)生和外生復(fù)合材料的角度出發(fā)，采用固溶強化、第二相強化、氧化物彌散強化(ods)等方法，提高了nial合金的抗高溫蠕變性能和室溫斷裂韌性。但nial基合金作為高溫結(jié)構(gòu)材料的實際應(yīng)用主要分布于ni基和co基高溫合金的涂層材料，其高溫蠕變強度及其2％的室溫拉伸塑性成為限制nial基合金廣泛應(yīng)用的主要原因。目前，國內(nèi)外研究主要分析了nial基合金摩擦表面潤滑膜與傳統(tǒng)的ni基自潤滑合金潤滑膜在微觀組織結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，提出了玻璃相與納米氧化物顆粒組成的玻璃陶瓷潤滑膜比納米氧化物顆粒潤滑膜具有更好的減摩耐磨功能的理論。

鑒于實際應(yīng)用生產(chǎn)中，材料的摩擦磨損性能不僅取決于其摩擦副材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，而且與速度、載荷、環(huán)境(溫度、濕度，氣氛)等工況有著密切的聯(lián)系，目前，關(guān)于nial基合金在co2環(huán)境氣氛下的摩擦磨損性能還未見報道；也未見關(guān)于co2環(huán)境氣氛下具有自潤滑耐磨損特性材料的研究報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種nial基合金在co2環(huán)境中的自潤滑耐磨損應(yīng)用，nial基合金為nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金，開辟co2作為氣體潤滑劑進行實際應(yīng)用的新途徑，提供了一種co2作為氣體潤滑劑的實際應(yīng)用新技術(shù)。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種nial基合金在co2環(huán)境中的自潤滑耐磨損應(yīng)用，所述nial基合金為nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金，所述co2環(huán)境中co2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85％～99.9％，所述co2作為氣體潤滑劑，對磨件材料為陶瓷材料。

優(yōu)選地，所述陶瓷材料為si3n4或sic。

優(yōu)選地，在摩擦磨損過程中，所述對磨件的載荷為5～10n。

優(yōu)選地，在摩擦磨損過程中，所述對磨件的滑動速度為0.1～0.2m/s。

優(yōu)選地，所述自潤滑耐磨損應(yīng)用的溫度為0～40℃。

優(yōu)選地，所述nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金在摩擦磨損過程中形成自生潤滑膜后的摩擦系數(shù)為0.15～0.22。

優(yōu)選地，所述nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的磨損率為3.10～5.87×10^-15m³/(m·n)。

本發(fā)明提供了一種nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金在co2環(huán)境中的自潤滑耐磨損應(yīng)用，所述co2環(huán)境中co2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85％～99.9％，所述co2作為氣體潤滑劑，對磨件材料為陶瓷材料。本申請中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金在摩擦磨損過程中，其摩擦表面自形成了潤滑膜，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的在初始磨合階段具有較高的摩擦系數(shù)(0.42～0.57)，生成潤滑膜后摩擦系數(shù)明顯下降(0.15～0.22)，并具有持久自潤滑特征，在co2環(huán)境氣氛下，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的磨損率為3.10～5.87×10^-15m³/(m·n)，低于空氣環(huán)境(磨損率為8.55～35.44×10^-15m³/(m·n))，co2環(huán)境氣氛下的耐磨損性能較空氣環(huán)境中提高了1.6～6.5倍。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1為本發(fā)明實施例1中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金磨損后表面潤滑膜截面形貌；

圖2為本發(fā)明實施例1中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦表面形貌；

圖3為本發(fā)明實施例1中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦系數(shù)變化趨勢；

圖4為本發(fā)明實施例2中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦表面形貌；

圖5為本發(fā)明實施例2中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦系數(shù)變化趨勢；

圖6為本發(fā)明實施例3中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦表面形貌；

圖7為本發(fā)明實施例3中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦系數(shù)變化趨勢；

圖8為本發(fā)明實施例4中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦表面形貌；

圖9為本發(fā)明實施例4中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦系數(shù)變化趨勢；

圖10為本發(fā)明實施例5中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦表面形貌；

圖11為本發(fā)明實施例5中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦系數(shù)變化趨勢。

圖12為本發(fā)明對比例中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co合金摩擦表面形貌；

圖13為本發(fā)明對比例中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co合金摩擦系數(shù)變化趨勢。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種nial基合金在co2環(huán)境中的自潤滑耐磨損應(yīng)用，所述nial基合金為nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金，所述co2環(huán)境中co2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85％～99.9％，所述co2作為氣體潤滑劑，對磨件材料為陶瓷材料。

本發(fā)明對所述nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的來源沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的市售商品或采用本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段制得的合金即可；在本發(fā)明實施例中，所述的nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金采用電解ni、金屬al、cr、ta、ni-b、co、以及re(>99.9wt.％)作為原材料，按照nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re(at.％)的配比，在真空電弧爐中熔煉并澆注成圓錠。

在本發(fā)明中，所述co2環(huán)境中co2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為90％～95％，在本發(fā)明中，所述co2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高潤滑效果越好。

在本發(fā)明中，所述陶瓷材料優(yōu)選為si3n4或sic；本發(fā)明對所述陶瓷材料的來源沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的市售商品即可。

在本發(fā)明中，在摩擦磨損過程中，所述對磨件的載荷優(yōu)選為5～10n，更優(yōu)選為6～8n。

在本發(fā)明中，在摩擦磨損過程中，所述對磨件的滑動速度優(yōu)選為0.1～0.2m/s。

在本發(fā)明中，在摩擦磨損過程中，所述自潤滑耐磨損應(yīng)用優(yōu)選在0～40℃下進行，在本發(fā)明實施例中優(yōu)選在在室溫下進行，不需要額外的加熱或降溫。

在本發(fā)明中，所述co2環(huán)境優(yōu)選按照以下步驟得到：采用機械泵將密閉容器抽真空至10pa至2×10⁴pa，再充入co2氣體至8×10⁴pa。

在本發(fā)明中，所述nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金在摩擦磨損過程中形成自生潤滑膜后的摩擦系數(shù)為0.15～0.22，更優(yōu)選為0.16～0.18。

在本發(fā)明中，所述nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的磨損率優(yōu)選為3.10～5.87×10^-15m³/(m·n)，更優(yōu)選為3.68～5.48×10^-15m³/(m·n)，最優(yōu)選為4.19×10^-15m³/(m·n)。

鑒于nial、nial-2.5ta-7.5cr、nial-2.5ta-7.5cr-1b和nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co均沒有出現(xiàn)持久自潤滑特性。在本發(fā)明中，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金在摩擦磨損過程中其re元素與co2氣體可能發(fā)生反應(yīng)生成了re的氧化物，可能為re2o7相，re的氧化物具有熔點低，剪切強度低等特點，具有良好的減摩作用，在摩擦熱的作用下，形成“固-液混合的糊狀物”相，與摩擦表面之間存在一層熔融狀態(tài)的潤滑膜，使得nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金在co2環(huán)境氣氛下具有優(yōu)異的持久自潤滑特性。

本發(fā)明提供了一種nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金在co2環(huán)境中的自潤滑耐磨損應(yīng)用，所述co2環(huán)境中co2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85％～99.9％，所述co2作為氣體潤滑劑，對磨件材料為陶瓷材料。本申請中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金在摩擦磨損過程中，其摩擦表面自形成了潤滑膜，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的在初始磨合階段具有較高的摩擦系數(shù)(0.42～0.57)，生成潤滑膜后摩擦系數(shù)明顯下降(0.15～0.22)，并具有持久自潤滑特征，在co2環(huán)境氣氛下，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的磨損率為3.10～5.87×10^-15m³/(m·n)，低于空氣環(huán)境(磨損率為8.55～35.44×10^-15m³/(m·n))，co2環(huán)境氣氛下的耐磨損性能較空氣環(huán)境中提高了1.6～6.5倍。

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金在co2環(huán)境中的自潤滑耐磨損應(yīng)用進行詳細的說明，但是不能把它們理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。

實施例1

本實施例磨損溫度為室溫，對磨件為si3n4陶瓷材料，載荷為5n，滑動速率為0.1m/s，磨損時間為0.5h，滑行距離為180m。將nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金塊體樣品固定在下試樣夾具上，si3n4陶瓷材料固定在上試樣夾具上，置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85％的co2環(huán)境氣氛中，加載，上試樣軸帶動si3n4陶瓷材料試樣轉(zhuǎn)動開始摩擦磨損。

對實施例1中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦磨損后的表面潤滑膜截面形貌進行分析，結(jié)果如圖1所示，其中，圖1中鍍pt層是指試驗檢測表征時為防止表面潤滑膜被破壞，在磨痕表面鍍pt進行保護作用，由圖1可以看出，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金在摩擦磨損后生成潤滑膜。

對實施例1中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金進行sem表征，結(jié)果如圖2所示，由圖2可知，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦表面生成了潤滑膜，磨損表面光滑平整且未出現(xiàn)剝落特征。

對實施例1中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的摩擦系數(shù)進行測定，結(jié)果如圖3所示，由圖3可以看出，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的初始摩擦系數(shù)約為0.48，在生成潤滑膜后明顯下降并穩(wěn)定于0.15左右，其磨損率為3.68×10^-15m³/(m·n)。

實施例2

本實施例磨損溫度為室溫，對磨件為si3n4陶瓷材料，載荷為10n，滑動速率為0.1m/s，磨損時間為0.5h，滑行距離為180m。將nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金塊體樣品固定在下試樣夾具上，si3n4陶瓷材料固定在上試樣夾具上，置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90％的co2環(huán)境氣氛中，加載，上試樣軸帶動si3n4陶瓷材料樣轉(zhuǎn)動開始摩擦磨損。

對實施例2中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金進行sem表征，結(jié)果如圖4所示，由圖4可知，實施例2中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦表面生成了潤滑膜，磨損表面光滑平整且未出現(xiàn)剝落特征。

對實施例2中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的摩擦系數(shù)進行測定，結(jié)果如圖5所示，由圖5可以看出，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的初始摩擦系數(shù)約0.54，在生成潤滑膜后明顯下降并穩(wěn)定于0.22，磨損率為4.19×10^-15m³/(m·n)。

實施例3

本實施例磨損溫度為室溫，對磨件為si3n4陶瓷材料，載荷為5n，滑動速率為0.2m/s，磨損時間為0.5h，滑行距離為360m。將nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金塊體樣品固定在下試樣夾具上，si3n4陶瓷材料固定在上試樣夾具上，置于質(zhì)量95％的co2環(huán)境氣氛中，加載，上試樣軸帶動si3n4陶瓷材料轉(zhuǎn)動開始摩擦磨損。

對實施例3中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金進行sem表征，結(jié)果如圖6所示，由圖6可知，實施例3中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦表面生成了潤滑膜，磨損表面光滑平整且未出現(xiàn)剝落特征。

對實施例3中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的摩擦系數(shù)進行測定，結(jié)果如圖7所示，由圖7可以看出，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的初始摩擦摩擦系數(shù)約0.44，在生成潤滑膜后明顯下降并穩(wěn)定于0.15，其磨損率為5.87×10^-15m³/(m·n)。

實施例4

本實施例磨損溫度為室溫，對磨件為si3n4陶瓷材料，載荷為10n，滑動速率為0.2m/s，磨損時間為2h，滑行距離為1440m。將nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金塊體樣品固定在下試樣夾具上，si3n4陶瓷材料固定在上試樣夾具上，置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9％的co2環(huán)境氣氛中，加載，上試樣軸帶動si3n4陶瓷材料轉(zhuǎn)動開始摩擦磨損。

對實施例4中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金進行sem表征，結(jié)果如圖8所示，由圖8可知，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦表面生成了潤滑膜，磨損表面光滑平整且未出現(xiàn)剝落特征。

對實施例4中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的摩擦系數(shù)進行測定，結(jié)果如圖9所示，由圖9可以看出，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的初始摩擦系數(shù)約0.43，在生成潤滑膜后明顯下降并穩(wěn)定于0.16，磨損率為5.48×10^-15m³/(m·n)。

實施例5

本實施例磨損溫度為室溫，對磨件為sic陶瓷，載荷為5n，滑動速率為0.1m/s，磨損時間為0.5h，滑行距離為180m。將nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金塊體樣品固定在下試樣夾具上，sic陶瓷固定在上試樣夾具上，置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9％的co2環(huán)境氣氛中，加載，上試樣軸帶動sic陶瓷試樣轉(zhuǎn)動開始摩擦磨損。

對實施例5中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金進行sem表征，結(jié)果如圖10所示，由圖10可知，實施例5中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金摩擦表面生成了潤滑膜，磨損表面光滑平整且未出現(xiàn)剝落特征。

對實施例5中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的摩擦系數(shù)進行測定，結(jié)果如圖11所示，由圖11可以看出，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的初始摩擦系數(shù)約0.57，在生成潤滑膜后明顯下降并穩(wěn)定于0.18，磨損率為3.10×10^-15m³/(m·n)。

在陶瓷材料下，不同環(huán)境氣氛下nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的摩擦系數(shù)如表1所示，由表1可以看出，在co2環(huán)境氣氛中，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金在生成潤滑膜后的平均摩擦系數(shù)為0.15～0.23，空氣環(huán)境氣氛中的平均摩擦系數(shù)為0.41～0.51。不同環(huán)境氣氛下nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的磨損率如表2所示，由表2可知，在co2環(huán)境氣氛中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的磨損率為3.10～5.87×10^-15m³/(m·n)，大氣環(huán)境氣氛下的磨損率為8.55～35.44×10^-15m³/(m·n)，co2環(huán)境氣氛下的耐磨損性能較空氣環(huán)境中提高了1.6～6.5倍。

表1不同環(huán)境氣氛下nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的摩擦系數(shù)

表2不同環(huán)境氣氛下nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co-2.5re合金的磨損率(10^-15m³/(m·n))

對比例

本實施例磨損溫度為室溫，對磨件為si3n4陶瓷，載荷為10n，滑動速率為0.2m/s，磨損時間為1h，滑行距離為720m。將nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co合金塊體樣品固定在下試樣夾具上，si3n4陶瓷固定在上試樣夾具上，置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9％的co2環(huán)境氣氛中，加載，上試樣軸帶動si3n4陶瓷試樣轉(zhuǎn)動開始摩擦磨損。

對對比例中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co合金進行sem表征，結(jié)果如圖12所示，由圖12可知，對比例中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co合金摩擦表面存在磨屑，有明顯的表層剝落特征，摩擦表面未生成潤滑膜。

對對比例中nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co合金的摩擦系數(shù)進行測定，結(jié)果如圖13所示，由圖13可以看出，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co合金的摩擦系數(shù)始終保持在0.46左右，摩擦磨損過程中沒有出現(xiàn)摩擦系數(shù)下降的現(xiàn)象，其磨損率為24.12×10^-15m³/(m·n)，結(jié)果表明，nial-2.5ta-7.5cr-1b-5co合金的co2環(huán)境氣氛下摩擦磨損試驗中沒有產(chǎn)生自潤滑耐磨損特性

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。