专利名称：一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr-20Co合金作为高温自润滑材料的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及镍铝基复合材料的高温自润滑应用技术，具体为一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr-20Co合金作为高温自润滑材料的应用。
背景技术：
金属间化合物NiAl是理想的高温结构材料，具有高熔点(1640°C)、高导热率(70 80W/m.Κ)、低密度(5.86g/cm3)以及优异的抗氧化性能等优点。然而，室温拉伸塑性差、室温断裂抗力低和高温强度不足以及高温蠕变抗力低等问题一直制约着NiAl用于结构部件材料的实用化进程。多年来，人们从合金化，制备内生和外生复合材料的角度出发，采用固溶强化、第二相强化、氧化物弥散强化(ODS)等方法，提高了 NiAl合金的抗高温蠕变性能和室温断裂韧性。但是要使NiAl基合金同时达到具有足够的室温断裂韧性，可以与高温合金相比拟的蠕变强度，以及2%的室温拉伸塑性，还难以满足要求。目前NiAl除了作为Ni基和Co基高温合金的涂层材料广泛应用之外，还没有作为高温结构材料和功能材料而得到广泛应用。考虑到摩擦磨损工况下自然的压应力状态，中国科学院金属研究所与湖南科技大学研究了原位内生NiAl-A1203-TiC复合材料、NiAl-Cr (Mo) -Ho-Hf共晶合金和NiAl-Cr (Mo) -CrxSy复合材料的摩擦磨损性能。结果发现，室温摩擦磨损工况下，合金的拉伸塑性与硬度、强度、压缩塑性和加工硬化能力相比成为次要的性能指标，其干摩擦磨损受控于塑性变形，具有较好的耐磨损性能；在大气和干摩擦的条件下，合金在700°C 900°C的高温摩擦磨损中可以产生良好的自润滑和耐磨损效果,摩擦系数和磨损率低于Ni基自润滑合金(合金含有W、Mo、Co)，自润滑特性具有持久性。另外，NiAl-Cr(Mo)-CrxSy复合材料在200°C 400°C摩擦表面形成CrxSy润滑膜，产生了自润滑特性，为研制更宽温度范围的NiAl基自润滑材料提供了研究思路。目前关于NiAl基合金要作为自润滑材料而广泛应用，仍需解决三个问题:①常温至200°C的自润滑性能.级500°C至600°C的自润滑性能；@需解决1000°C的自润滑性能。
发明内容
为克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金作为高温自润滑材料的应用。本发明解决上述技术问题的技术方案是:一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金作为高温自润滑材料的应用，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-20Co合金作为机构滑动部件用室温至600°C自润滑材料，对磨件材料为SiC、Si3N4^Al2O3陶瓷材料或硬质合金。所述的一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金作为高温自润滑材料的应用，耐磨材料的载荷为10 20N，滑动速度为0.2 0.5m/s，应用于室温至600°C大气条件下处于摩擦磨损工况的机构滑动部件。所述的一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金作为高温自润滑材料的应用，NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co复合材料的摩擦系数为0.24 0.27。所述的一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金作为高温自润滑材料的应用，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-20Co复合材料的摩擦表面形成Co的氧化物润滑膜。本发明的有益效果在于:①本发明NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金组织由NiAl、Cr、Cr2Ta和Co3Ta相组成，在摩擦磨损过程中，在摩擦表面自形成Co的氧化物润滑膜，由于该润滑膜在摩擦磨损中具有自修复性能，室温至600°C具有持久自润滑性能。解决了NiAl基合金常温至200°C的自润滑性能和500°C至600°C的自润滑性能的难题。②本发明NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金，可以分别与SiC、Si3N4和Al2O3等陶瓷材料和硬质合金配副，应用范围广。③本发明将NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金作为自润滑材料，是添加了 Ta、Cr和Co作为强化元素的NiAl基合金，合金在室温至600°C的压缩强度、塑性与硬度优异，在载荷为压应力的磨损工况下，室温至600°C摩擦磨损性能展现出优异的自润滑性能，摩擦系数为 0.24 0.27。
图1 NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co 合金的 SEM 形貌。图2 NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co 合金的(b).X 衍射图谱。图3常温下NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金摩擦系数的变化趋势。图4常温下中NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金摩擦表面润滑膜形貌。图5 100°C下NiAl-2.5Ta_7.5Cr_20Co合金摩擦系数变化趋势。
图6 100°C下中NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金摩擦表面润滑膜形貌。图7 200°C下NiAl-2.5Ta_7.5Cr_20Co合金摩擦系数变化趋势。图8 200°C下NiAl-2.5Ta_7.5Cr_20Co合金摩擦表面润滑膜形貌。图9 300°C下NiAl-2.5Ta_7.5Cr_20Co合金摩擦系数变化趋势。图10 300°C下NiAl-2.5Ta_7.5Cr_20Co合金摩擦表面润滑膜形貌。图11 400°C下NiAl-2.5Ta_7.5Cr_20Co合金摩擦系数变化趋势。图12 400°C下NiAl-2.5Ta_7.5Cr_20Co合金摩擦表面润滑膜形貌。图13 500°C下NiAl-2.5Ta_7.5Cr_20Co合金摩擦系数变化趋势。图14 500°C下NiAl-2.5Ta_7.5Cr_20Co合金摩擦表面润滑膜形貌。图15 600°C下NiAl-2.5Ta_7.5Cr_20Co合金摩擦系数变化趋势。图16 600°C下NiAl-2.5Ta_7.5Cr_20Co合金摩擦表面润滑膜形貌。
具体实施例方式下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。本发明的实际应用方法按如下步骤实施:1、将NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金块体样品固定在下试样夹具上，陶瓷或硬质合金球固定在上试样夹具上，置于加热电炉内升温，升温速度为20°C /分钟，温度升到设定温度后，保温2min,加载,上试样轴带动陶瓷或硬质合金球转动开始摩擦磨损。
2、载荷为10 20N，滑动速率为0.2 0.5m/s，摩擦磨损实验温度为室温 600°C，大气下干摩擦。表I不同温度下NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金的摩擦系数
权利要求
1.一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co合金作为高温自润滑材料的应用，其特征在于:NiAl-2.5Ta-7.5Cr-20Co合金作为机构滑动部件用室温至600°C自润滑材料，对磨件材料为SiC、Si3N4^Al2O3陶瓷材料或硬质合金。
2.如权利要求1所述的一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr-20Co合金作为高温自润滑材料的应用，其特征在于:耐磨材料的载荷为10 20N，滑动速度为0.2 0.5m/s，应用于室温至600°C大气条件下处于摩擦磨损工况的机构滑动部件。
3.如权利要求1所述的一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr-20Co合金作为高温自润滑材料的应用，其特征在于:NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co复合材料的摩擦系数为0.24 0.27。
4.如权利要求1所述的一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr-20Co合金作为高温自润滑材料的应用，其特征在于:NiAl-2.5Ta-7.5Cr-20Co复合材料的摩擦表面形成氧化物润滑膜。
5.如权利要求4所 述的一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr-20Co合金作为高温自润滑材料的应用，其特征在于:NiAl-2.5Ta-7.5Cr_20Co复合材料的摩擦表面形成的氧化物润滑膜为Co的氧化物润滑膜。
全文摘要
本发明公开了一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr-20Co合金作为高温自润滑材料的应用。该合金采用电解Ni、金属Al、Cr、Ta、Co作为原材料，按照配比在真空电弧炉中熔炼并浇注成圆锭。该合金作为机构滑动部件用室温至高温自润滑材料，对磨件材料为SiC、Si3N4、Al2O3陶瓷材料或硬质合金。耐磨材料的载荷为10～20N，滑动速度为0.2～0.5m/s，应用于室温至600℃大气条件下处于摩擦磨损工况的机构滑动部件。在此工况下，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-20Co合金具有优异的持久自润滑性能。解决了NiAl基合金常温至200℃的自润滑性能和500℃至600℃的自润滑性能的难题。
文档编号C22C19/03GK103160708SQ20131012801
公开日2013年6月19日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者王振生, 张孟恩, 杨双双, 郭建亭, 周兰章, 郭源君, 宋力, 赵威为 申请人:湖南科技大学