一種鈦合金表面固態(tài)原位復(fù)合減摩抗磨材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦合金構(gòu)件表面固態(tài)原位復(fù)合減摩抗磨材料，特別是涉及一種在嚴(yán)酷滑動(dòng)工況下服役的鈦合金構(gòu)件表面固態(tài)原位復(fù)合減摩抗磨材料。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金具有較高的比強(qiáng)度、優(yōu)異的耐蝕性能而廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、航空、海洋等工業(yè)領(lǐng)域。但鈦合金具有極差的摩擦磨損性能，在干滑動(dòng)條件下金屬-金屬的直接接觸容易造成鈦合金構(gòu)件表面嚴(yán)重磨損而失效。在鈦合金構(gòu)件表面涂抹潤滑油、脂等介質(zhì)是一種廉價(jià)、快捷、有效的處理方式，目前潤滑油、潤滑脂中的有效潤滑物質(zhì)一般為有機(jī)油、脂和層狀結(jié)構(gòu)的固體潤滑劑(稱為極壓抗磨劑，如二硫化鉬、石墨等)，如以下專利:CN 103740436 A(一種納米石墨潤滑油)，CN 104531306 A (減磨劑及其制備方法)，CN 104651013 A (一種納米減磨添加劑的制作配方)等。
[0003]然而在高溫、高速和高載的滑動(dòng)過程中，由于高溫或摩擦熱，大量的有機(jī)油、脂極易摩擦燃燒，鈦合金構(gòu)件由油潤滑摩擦變?yōu)楦苫瑒?dòng)摩擦；盡管此時(shí)潤滑介質(zhì)中的極壓抗磨劑(如MoS2)可以在構(gòu)件表面形成一層極壓反應(yīng)膜可以起到一定潤滑作用，但并不能長期承受嚴(yán)重載荷。因此，現(xiàn)有的潤滑油、脂并不能滿足鈦合金構(gòu)件長期在高溫、高速和高載等嚴(yán)酷工況條件下的減摩抗磨要求，而通過含抗磨劑和減摩劑的納米混合粉料直接填充到鈦合金構(gòu)件滑動(dòng)接觸表面而直接形成原位復(fù)合減摩抗磨材料，方法簡便，成本低廉，減摩抗磨效果顯著。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)鈦合金構(gòu)件較差的摩擦磨損性能和潤滑介質(zhì)不能長期承受高溫、高速和高載等嚴(yán)酷工況等問題，提出的一種鈦合金滑動(dòng)構(gòu)件表面固態(tài)原位復(fù)合減摩抗磨材料。
[0005]本發(fā)明針對(duì)上述問題采用的技術(shù)方案為:一種用于鈦合金構(gòu)件表面的固態(tài)原位復(fù)合減摩抗磨材料，其特征在于包含下列質(zhì)量分?jǐn)?shù)的兩種物質(zhì):60-90%的抗磨劑和10-40%的減摩劑，其中抗磨劑為10-80 nm的氧化鋁、氧化鐵和氧化鈦顆粒中的一種或幾種，減摩劑為50-500 nm石墨、二硫化鉬和二硫化媽中的一種或多種顆粒；當(dāng)減摩劑或抗磨劑由多種組分構(gòu)成時(shí)，每組分可按任意質(zhì)量比例混合。
[0006]將抗磨劑和減磨劑混合并用行星式球磨機(jī)混合均勻，由于具有層狀結(jié)構(gòu)的石墨、二硫化鉬、二硫化鎢等在壓力作用下極易形成壓實(shí)層吸附在金屬表面，因而只需均勻填充到鈦合金滑動(dòng)構(gòu)件接觸表面并壓實(shí)即可形成所需的減摩抗磨材料層。
[0007]所述復(fù)合減摩抗磨材料的填充量按照滑動(dòng)表面的12-mg/mm2的添加量加入到復(fù)合減摩抗磨材料摩擦界面。
[0008]50-500 nm的減摩劑(如石墨、二硫化鉬等)為六方晶系，具有層狀結(jié)構(gòu)，層間鍵能較低，容易被剪切發(fā)生滑移，且極易吸附金屬表面，摩擦過程中表現(xiàn)出極低的摩擦系數(shù)(0.03-0.06);而10-80 nm的氧化物(A1203、Fe203、1102等)具有較強(qiáng)的承載能力；本發(fā)明中將抗磨劑氧化物和減摩劑混合后，較大顆粒的減摩劑包裹具有承載能力的氧化物，在滑動(dòng)過程中極易吸附在鈦合金表面形成固態(tài)摩擦層，這種原位形成的機(jī)械混合摩擦層材料具備足夠的承載能力，且降低摩擦系數(shù)和摩擦噪聲。
[0009]采用MPX-2000型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)模擬嚴(yán)酷工況條件對(duì)本發(fā)明在TC4合金(固溶態(tài))干滑動(dòng)摩擦磨損中的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行測試，并對(duì)比了無添加情況下TC4合金的磨損率；將TC4切割成Φ 5 X 22的銷試樣，對(duì)磨盤材料選用軸承鋼GCrl5，硬度為50 HRC ;滑動(dòng)距離為850、1700、2500、3400 m，載荷為50、100、150、200 N ;滑動(dòng)開始前，在鈦合金滑動(dòng)界面，按滑動(dòng)接觸面積至少添加1-2 mg/ mm2的減摩劑+抗磨劑。
[0010]測試結(jié)果如附圖1-3所示。顯然，在無原位復(fù)合減摩抗磨材料下，鈦合金磨損率隨載荷和滑動(dòng)距離的增加而急劇增加，屬于嚴(yán)重磨損；當(dāng)在形成原位復(fù)合減摩抗磨材料下TC4合金磨損率急劇下降且?guī)缀醪浑S載荷和滑動(dòng)距離增加而波動(dòng)，本發(fā)明添加到鈦合金表面后在壓力作用下形成混合的固態(tài)顆粒層吸附在金屬表面，防止金屬-金屬直接接觸，且具有較強(qiáng)的承載能力，有效地降低磨損，可長期應(yīng)用于嚴(yán)酷滑動(dòng)工況下，本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)過程中摩擦噪聲微乎其微，可以用于精密鈦合金構(gòu)件的表面。
【附圖說明】
[0011]圖1有、無原位復(fù)合減摩抗磨材料下TC4合金隨載荷變化的磨損率對(duì)比示意圖。
[0012]圖2有、無原位復(fù)合減摩抗磨材料下TC4合金隨滑動(dòng)距離變化的對(duì)比示意圖。
[0013]圖3在TC4合金表面原位形成的復(fù)合減摩抗磨材料的形貌(實(shí)施例2)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1
10 nm氧化物(Al2O3和Fe 203，質(zhì)量比為1:1)、50 nm 二硫化鉬、80 nm石墨分別按60%、20%、20%的質(zhì)量比混合，攪拌均勻后按滑動(dòng)表面的lmg/mm2的添加量加入到TC4合金摩擦界面，制備獲得原位減摩抗磨材料。
[0015]實(shí)施例2
50 nm氧化物(Al2O3和Fe 203，質(zhì)量比2:1)和200 nm 二硫化鉬分別按80%和20%的質(zhì)量比混合，攪拌均勻后按滑動(dòng)面積2mg/mm2的添加量添加到TC4合金摩擦界面，制備獲得原位減摩抗磨材料。
[0016]實(shí)施例3
80 nm氧化物(Al2O3和Fe 203，質(zhì)量比1:2)和500 nm 二硫化鉬、300 nm石墨、200 nm 二硫化鎢按70%、10%、10%、10%的質(zhì)量比混合，攪拌均勻后按滑動(dòng)面積的lmg/mm2的添加量添加到TC4合金摩擦界面，制備獲得原位減摩抗磨材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鈦合金表面固態(tài)原位復(fù)合減摩抗磨材料，其特征在于由下列質(zhì)量分?jǐn)?shù)的兩種物質(zhì)組成，60-90%的抗磨劑和10-40%的減摩劑，其中抗磨劑為10-80 nm的氧化鋁、氧化鐵和氧化鈦顆粒中的一種或幾種，減摩劑為50-500 nm石墨、二硫化鉬和二硫化鎢中的一種或多種；將抗磨劑和減摩劑混合后，較大顆粒的減摩劑包裹具有承載能力的氧化物，在滑動(dòng)過程中極易吸附在鈦合金表面形成固態(tài)摩擦層，這種原位形成的機(jī)械混合復(fù)合減摩抗磨材料具備足夠的承載能力，且降低摩擦系數(shù)和摩擦噪聲。2.如權(quán)利要求1所述的一種鈦合金表面固態(tài)原位復(fù)合減摩抗磨材料，其特征在于:當(dāng)減摩劑或抗磨劑由多種組分構(gòu)成時(shí)，每組分可按任意質(zhì)量比例混合。3.如權(quán)利要求1所述的一種鈦合金表面固態(tài)原位復(fù)合減摩抗磨材料，其特征在于:將抗磨劑和減磨劑混合并用行星式球磨機(jī)混合均勻，由于具有層狀結(jié)構(gòu)的石墨、二硫化鉬或/和二硫化鎢在壓力作用下極易形成壓實(shí)層吸附在金屬表面，只需均勻填充到鈦合金滑動(dòng)構(gòu)件接觸表面并壓實(shí)即可形成所需的減摩抗磨材料。4.如權(quán)利要求3所述的一種鈦合金表面固態(tài)原位復(fù)合減摩抗磨材料，其特征在于:所述復(fù)合減摩抗磨材料的填充量按照滑動(dòng)表面的12-mg/mm2的添加量加入到復(fù)合減摩抗磨材料摩擦界面。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鈦合金表面固態(tài)原位復(fù)合減摩抗磨材料，其特征在于，包括下列兩種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的物質(zhì)：抗磨劑60-90%，減摩劑10-40%。其中抗磨劑為10-80nm氧化物粉末，如氧化鋁、氧化鐵、氧化鈦等中一種或多種；減摩劑為50-500nm的石墨、二硫化鉬、二硫化鎢等其中的一種或多種。將粉料混合攪拌均勻后填充到鈦合金構(gòu)件滑動(dòng)接觸表面即可。本發(fā)明中較大顆粒的減摩劑包裹小顆粒的抗磨劑氧化物，在滑動(dòng)過程中容易在鈦合金構(gòu)件表面壓實(shí)燒結(jié)形成摩擦層，具有較高的硬度和較好的承載能力；而減摩劑顯著降低摩擦系數(shù)，降低摩擦噪聲。本發(fā)明適用于在嚴(yán)酷滑動(dòng)工況下服役的鈦合金構(gòu)件表面的減摩抗磨。
【IPC分類】C10N30/06, C10M125/00
【公開號(hào)】CN105038903
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510444550
【發(fā)明人】王樹奇, 張秋陽, 崔向紅, 周銀, 陳康敏, 王蘭
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月27日