專利名稱：：鎳合金基高溫自潤滑材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明敘述了一種鎳合金基高溫自潤滑材料，屬超級鎳合金基高溫自潤滑復(fù)合材料。一般的固體潤滑材料都具備良好的摩擦學特性和機械性能，但在高溫、高負荷、高速下，材料性能會下降，以至于不能使用。中國專利(CN88100441)公開了一種高溫自潤滑鎳基合金，它選用鎳鈮合金作為自潤滑材料的基體，具體組成(重量百分含量)為鈮(鉬)5-30，鐵2-30，硫1-8，稀土化合物0.1-1，余量為鎳，它可廣泛應(yīng)用于300-700℃溫度下潤滑。中國專利(申請?zhí)?9106018.9)描述了一種自潤滑金屬陶瓷，屬碳化鎢-鎳基金屬陶瓷，具體配方(重量百分含量)是碳化鎢45-60，鎳30-40，氧化鉛5-25，二氧化硅0-2.5，在500-700℃高溫下，摩擦系數(shù)0.12-0.29，磨損率為(0.98-2.22)×10-13米3/牛頓·米。但上述固體潤滑材料只能在700℃以下使用。本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之外而提供一種鎳合金基高溫自潤滑材料，它適宜在900-1000℃高溫和高負荷、高速的工況條件下使用，材料還具有高機械強度、低摩擦系數(shù)、耐磨損等優(yōu)點。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種制備鎳合金基高溫自潤滑材料的工藝方法。本發(fā)明的目的可通過如下措施來達到在配方上，本發(fā)明選用超級鎳合金作為自潤滑復(fù)合材料的基體，并加入適量的石墨和銀為潤滑相，依靠合金基體保證自潤滑復(fù)合材料的機械性能，依靠自潤滑復(fù)合材料的某些組元在高溫下的固-固反應(yīng)生成彌散相提高材料的耐磨性與機械強度，依靠石墨和銀在高溫下的協(xié)同效應(yīng)，實現(xiàn)高溫自潤滑。銀的加入還具有改善自潤滑復(fù)合材料的燒結(jié)性能與機械性能的特點。在工藝上，本發(fā)明采用中頻勵磁感應(yīng)加熱高溫快速熱壓成型法制備材料，中頻磁力線切割復(fù)合材料各組元對自潤滑復(fù)合材料燒結(jié)的均勻性起保證作用。本發(fā)明的鎳合金基高溫自潤滑材料各組份的重量百分含量范圍是鎳47.123-65.240，鉻6.500-9.000，鎢3.570-4.950，鉬3.570-4.950，鋁2.730-3.780，鈦1.500-2.070，硼0.007-0.010，銀5.000-13.000，石墨5.000-17.000。本發(fā)明的具體制備過程是按配方稱取鎳、鉻、鎢、鉬、鋁、鈦、硼各組元，裝入混料器，將混料器固緊在振動微米粉碎機上，振混10-30分鐘，獲得均勻的鎳合金基體粉末;然后將石墨粉、銀粉也裝入混料器，并在上述條件下振混，獲得制備鎳合金基高溫自潤滑材料的混勻粉末;將該粉末裝入石墨模具并將其移至于熱壓設(shè)備的中頻勵磁感應(yīng)線圈中央，快速升溫(8-10分鐘由室溫升至燒結(jié)溫度)的過程中，逐漸給物料加壓，當溫度升至1050-1300℃，熱壓壓力為7.5-28.0兆帕，保溫保壓燒結(jié)5-20分鐘;此后自然降溫、降壓，至室溫后卸壓脫膜，制得鎳合金基高溫自潤滑材料。本發(fā)明的目的還可以通過以下措施來達到本發(fā)明的鎳合金基高溫自潤滑材料各組份最佳的百分含量是鎳49.532-55.603，鉻6.103-7.910，鎢3.610-4.521，鉬3.772-4.332，鋁2.730-3.260，Ti1.550-1.790，硼0.007-0.009，銀9.100-16.500，石墨13.000-16.800。本發(fā)明從摩擦學原理出發(fā)，利用粉末冶金工藝制備金屬(或合金)基自潤滑復(fù)合材料。粉末冶金法可在較寬范圍內(nèi)改變各組元的配比，以調(diào)節(jié)材料的綜合性能，基體的合金化可以提高材料的機械性能，組元間固-固反應(yīng)生成彌散相能提高材料的耐磨性與機械強度。粉末冶金法還可以在比金屬粉(或金粉)熔點低得多的溫度下燒結(jié)成材料，使一些性質(zhì)(如熔點、物理性質(zhì)、熱穩(wěn)定性等)相差懸殊的金屬(或合金)和固體潤滑劑(如石墨等)，在燒結(jié)后仍保留其原有的特性。從而可獲得機械與摩擦磨損性能各異的材料，滿足不同的使用要求。采用本發(fā)明的熱壓成型工藝制備的鎳合金基高溫自潤滑材料不僅可使密度達理論密度，而且具有各組元分布均勻、重現(xiàn)性好、機械強度高和自潤滑的特點。本發(fā)明對各組元的粒度要求是鎢、銀、硼為300-400目，石墨25-35微米，其余組元為150-230目。制備的鎳合金基高溫自潤滑材料的物理-機械性能列于表1。表1、本發(fā)明的物理-機械性能續(xù)表材料的密度是燒結(jié)型金屬(或合金)基自潤滑復(fù)合材料的最主要的物理性質(zhì)。在燒結(jié)材料的密度達到計算的理論密度而且固定不變時，這就意味著材料已達到最高的機械性能。如材料有一定孔隙就意味著材料有效承載截面減小、應(yīng)力集中，在應(yīng)力足夠大時，將產(chǎn)生塑性變形，孔隙長大并成為斷裂源而斷裂。從表1可以看出，本發(fā)明的材料密度和理論密度非常接近。本發(fā)明的布氏硬度BB為70～100，可知材料的均勻性及合金化物的效果與在各部位的平衡性都很好。由表1列出的沖擊強度、抗壓強度、壓潰強度、抗張強度、抗彎強度等一系列數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明的材料抗斷裂能力特強。鎳合金基高溫自潤滑材料的摩擦磨損性能列于表2。表2、本發(fā)明的摩擦磨損性能摩擦磨損試驗是在栓-盤式高溫摩擦試驗機上進行的。栓為本發(fā)明的材料，將其制成尺寸為φ5×15毫米，對偶盤為TZM合金(Mo-0.5Ti-0.08Zr)，其尺寸為φ45×10毫米，負荷98牛頓，速度1.5米/秒，大氣運轉(zhuǎn)1小時。另外，本發(fā)明材料性能的離散度不大于5%，說明材料的重現(xiàn)性是好的。材料外觀無缺陷，顯微結(jié)構(gòu)均勻。本發(fā)明具有機械強度高，摩擦系數(shù)低，耐磨損，性能均一，穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，易于加工，成品率高等優(yōu)點。本發(fā)明不僅適宜室溫-700℃下使用，而且在900-1000℃高溫和高速、高負荷等工況條件下，亦有良好的機械性能和自潤滑性能。本發(fā)明的材料已在熱動力機械上得到了成功的應(yīng)用，所以本發(fā)明將結(jié)合實施例作進一步詳述。實施例1按表3的配方稱取鎳、鉻、鎢、鉬、鋁、鈦、硼各組表3:</tables>元，裝入混料器，將混料器固緊在振動微米粉碎機上，振混15分鐘，再裝入石墨粉和銀粉，振混15分鐘。將均勻粉末裝入石墨模具并將其移至于熱壓設(shè)備的頻勵磁中感應(yīng)線圈中央，快速升溫(9分鐘由室溫升至燒結(jié)溫度)，逐漸給物料加壓，溫度升至1100℃，熱壓壓力20兆帕，保溫保壓燒結(jié)10分鐘。自然降溫、降壓，至室溫后卸壓脫膜，制得鎳合金基高溫自潤滑材料，其實際性能及技術(shù)指標密度5.34×103公斤/米3，布氏硬度RB80，蒸發(fā)率1.47×10-7克/厘米2秒，線膨脹系數(shù)11.6×10-6l/℃，沖擊強度1.62×104焦耳/米2，抗壓強度，室溫下310兆帕，700℃下172兆帕，壓潰強度，室溫下165兆帕，700℃下36兆帕，抗張強度155兆帕，抗變強度261兆帕。室溫下摩擦系數(shù)0.29，磨損率1.26×10-14米3/牛頓·米，600℃下摩擦系數(shù)0.16，磨損率2.36×10-14米3/牛頓·米，作為以796燃料燃氣(796燃料燃燒后的氣體為惰性缺氧氣體，該氣體百分含量為CO37.7，H213.3，H2O12.6，H211.75，CH411.5，CO210.65，NO1.55，N2O0.4，C2H40.35，HCN0.2)為動力的魚雷發(fā)動機配氣閥座，進行馬力試驗，工作條件閥座與T2N合金閥體相對運動速度7.17米/秒，平均壓力11.37兆帕，溫度900-1000℃，運行兩個全程(900秒)，可靠度為100%，閥座經(jīng)過馬力試驗的工況運行后，材料的組成與結(jié)構(gòu)不變，說明材料性能穩(wěn)定，是可以多次重復(fù)使用的。實施例2按配方鎳50.743，鉻7.000，鎢3.850，鉬3.850，鋁2.940，鈦1.610，硼0.007，銀15.000，石墨15.000。其它制備工藝及過程同實施例1，振混20分鐘，燒結(jié)溫度1050℃，熱壓壓力15兆帕，保溫保壓燒結(jié)12分鐘。其實際性能及指標密度5.90×103公斤/米3，布氏硬度HB76，蒸發(fā)率1.60×10-7克/厘米2·秒，線膨脹系數(shù)12.2×10-61/℃，沖擊強度1.51×104焦耳/米2，抗壓強度，室溫下234兆帕，700℃下128兆帕，壓潰強度，室溫下160兆帕，700℃下78兆帕，抗張強度82兆帕，抗彎強度170兆帕。室溫下摩擦系數(shù)0.29，磨損率0.91×10-14米3/牛頓·米，600℃下摩擦系數(shù)0.14，磨損率2.27×10-14米3/牛頓·米，用該材料制成座閥在魚雷發(fā)動機的實行工況(條件同例1)，下啟動五次，運行三個全程，累計1335秒，總磨損25.7微米，在機加工公差允許的范圍內(nèi)，可靠度為100%。實施例3配方同例1，制備工藝和過程同例1，燒結(jié)溫度1160℃，熱壓壓力25兆帕，保溫保壓燒結(jié)15分鐘。實際性能及指標密度5.90×103公斤/米3，布氏硬度HB85，蒸發(fā)率1.42×10-7克/厘米2·秒，線膨脹系數(shù)11.3×10-61/℃，沖擊強度1.50×104焦耳/米2，抗壓強度，室溫下280兆帕，700℃下174兆帕，壓潰強度，室溫下162兆帕，700℃下81兆帕，抗張強度140兆帕，抗彎強度229兆帕，室溫下的摩擦系數(shù)0.29，磨損率1.15×10-14米3/牛頓·米，600℃下摩擦系數(shù)0.15，磨損率2.30×10-14米3/牛頓·米。實施例4配方同例1，燒結(jié)溫度、熱壓壓力、保溫保壓時間同例2。其實際性能及指標密度5.86×103公斤/米3，布氏硬度HB99，線膨脹系數(shù)11.2×10-61/℃，沖擊強度1.39×104焦耳/米2，抗壓強度，室溫下250兆帕，700℃下136兆帕，抗張強度130兆帕，抗彎強度180兆帕。室溫下摩擦系數(shù)0.29，磨損率(1.03～1.07)×10-14米3/牛頓·米，600℃下摩擦系數(shù)0.18，磨損率3.14×10-14米3/牛頓·米。實施例5按配方鎳52.486，鉻7.810，鎢3.722，鉬4.000，鋁3.252，鈦1.722，硼0.008，銀10.000，石墨17.000，燒結(jié)工藝條件及過程同例2，其實際性能及指標密度5.63公斤/米3，布氏硬度HB70，線膨脹系數(shù)11.0×10-61/℃，沖擊強度1.34×104焦耳/米2，抗壓強度，室溫下200兆帕，700℃下125兆帕;抗張強度123兆帕，抗彎強度166兆帕。室溫下摩擦系數(shù)0.29，磨損率(1.24～1.26)×10-14米3/牛頓·米，600℃下摩擦系數(shù)0.13，磨損率3.15×10-14米3/牛頓·米。權(quán)利要求1.一種鎳合金基高溫自潤滑材料，其特征是含有(重量百分含量)鎳47.123-65.240鉻6.500-9.000鎢3.570-4.950鉬3.570-4.950鋁2.730-3.780鈦1.500-2.070硼0.007-0.010銀5.000-18.000石墨5.000-17.0002.如權(quán)利要求1所述的鎳合金基高溫自潤滑材料，其特征是含有(重量百分含量)鎳49.532-55.603鉻6.103-7.910鎢3.610-4.521鉬3.772-4.332鋁2.730-3.260鈦1.550-1.790硼0.007-0.009銀9.100-16.500石墨13.000-16.8003.一種鎳合金基高溫自潤滑材料，采用中頻勵磁感應(yīng)加熱高溫快速熱壓成型法制備，包括〈1〉按配方稱取鎳、鉻、鎢、鉬、鋁、鈦、硼各組元，裝入混料器于振動微米粉碎機上，振混10-30分鐘?！?〉然后將石墨粉、銀粉裝入混料器于振動微米粉碎機上，振混10-30分鐘?！?〉裝入石墨模具并將其移至于熱壓設(shè)備的中頻勵磁感應(yīng)線圈中央?！?〉快速升溫的過程中，逐漸給物料加壓。其特征是當溫度升至1050℃-1300℃，熱壓壓力為7.5-28.0兆帕，保溫保壓燒結(jié)5-20分鐘。全文摘要鎳合金基高溫自潤滑材料，屬超級鎳合金基高溫自潤滑復(fù)合材料，選用鎳、鉻、鎢、鉬、鋁、鈦、硼作為自潤滑復(fù)合材料的基體，并加入適量的石墨與銀為潤滑相，采用中頻勵磁感應(yīng)加熱高溫快速熱壓成型法制備材料。本材料在900—1000℃高溫和高速、高負荷等工況條件下，有良好的機械性能和自潤滑性能。文檔編號C22C1/05GK1073727SQ9111266公開日1993年6月30日申請日期1991年12月28日優(yōu)先權(quán)日1991年12月28日發(fā)明者歐陽錦林,牛淑琴,阮虎生,朱家珮申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所