本发明涉及金属材料这一
技术领域：
，特别涉及到添加固体自润滑剂的复合金属材料的制备方法。
背景技术：
：全世界每年消耗的各类燃油总计约15亿t，但能源有效利用率只有30％左右。据估计，摩擦和磨损消耗了全世界消费能源的30％～40％。摩擦作为物体运动中的自然现象，是人类认识自然改造自然的过程中所面临的老问题。人类科学技术和生产方式进步的历史，也是润滑技术发展的历史。通过改进润滑技术，能有效地减少摩擦磨损所带来的资源浪费，为全人类带来巨大的经济效益，尤其是在地球能源日益枯竭、全球气候变化引起人们广泛的忧虑的今天，节省资源更是有利于社会的稳定以及人类的可持续发展。润滑油与润滑脂作为古老而有效的润滑材质，应用于工程机械和车辆工具等各个领域。然而，随着现代化工业的不断发展，以及航空航天、科学研究和新能源开发等诸多领域的发展，工程机械需要在真空、高温和辐射等多种苛刻条件下正常运转，人们迫切需要改进润滑技术和润滑材料以代替润滑油和润滑脂，以满足工程机械在苛刻条件下的润滑减摩需求，固体润滑剂应运而生。固体润滑剂是具有润滑作用，能降低摩擦带来的能量损耗并对相对运动的部件起保护作用的薄膜或粉末状固体物质。与传统的流体润滑介质不同，固体润滑剂在中通常为固体，因此能较好地满足现代工业对润滑材料的使用要求。固体自润滑复合材料是将固体润滑剂和附加元添加到基体中，通过一定的制备方法而制备出同时具有一定强度和润滑性能的复合材料。其中，基体赋予材料一定的强度、硬度、抗氧化和腐蚀等性能，固体润滑剂赋予材料润滑性能，并且一般不需要添加润滑油脂。高性能金属基自润滑材料的研究与开发需要紧密围绕实际生产生活需要，不仅必须具备良好的工作性能，还必须做到在生产、使用和回收再利用过程中的资源节约和环境保护。开展金属基自润滑复合材料的研究，能改进其性能，拓展其应用范围，对工业生产、科学研究、军事国防和交通运输等领域具有十分重大的意义。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明提供添加固体自润滑剂的复合金属材料的制备方法，该工艺通过加入润滑剂对镍合金材料的润滑性能进行优化，同时结合多种化合物对高温煅烧的复合金属材料进行活化，应用高温煅烧、螺杆挤压、处理改性、高温高压反应、浸泡脱模、化学沉降富集、静置钝化、车床加工等一系列操作后得到复合金属材料。制备而成的添加固体自润滑剂的复合金属材料，其摩擦系数小、润滑性能好、材料脆性小，具有较好的应用前景。同时还公开了由该制备方法制得的添加固体自润滑剂的复合金属材料在耐磨材料、变形材料中的应用。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：添加固体自润滑剂的复合金属材料的制备方法，由以下步骤组成：(1)将镍合金10-15份、氧化镍2-5份、铝粉1-2份、氧化锡2-4份、石墨2-3份、碳酸钙3-6份、硅油3-6份、石油醚1-4份、氟化钠1-5份、1-苯基-1-氰基环戊烷2-4份、(2,2-二(4-羟基苯基)丁烷3-4份，混合均匀后加入到高温烧结炉中，加热至850-900℃，保温3h,然后自然降温至500℃，加入三氯乙醛1-3份、二苯基乙醇酸2-6份、润滑剂3-8份，反应2小时，然后自然降温至220℃备用，得到基质材料；(2)将单宁酸1-3份、硼酸钠2-4份、磷酸氢二钠1-3份、碳酸氢钠2-4份、聚乙二醇1-3份依次加入1l16％的柠檬酸钠溶液中，搅拌15分钟，搅拌速度为150-200转/分钟，然后冰浴静置2h,加入5％的二硫苏糖醇溶液50-100ml,搅拌均匀后，室温放置1h，得到基质处理剂；(3)将步骤(1)得到的基质材料注入双螺杆挤出机将基质材料挤出，压制成合适的铸件形状，螺杆温度210℃，螺杆转速1000转/分钟；(4)将步骤(3)得到的基质材料铸件浸泡到步骤(2)的基质处理剂中进行改性处理，室温过夜放置；(5)将步骤(4)的处理过的基质铸件放入马弗炉中加压煅烧，加热温度至980-1000℃，加强为20mpa,反应时间6h,然后自然降温至450℃，压强自然降至与外界平衡，向煅烧的模胚上喷洒葡萄糖-磷酸氢二钾混合液，保温30min,然后自然冷却至室温；(6)将步骤(5)煅烧后的铸件模具浸泡在浓度为35％的脱模处理液中，室温浸泡2-4h，得到基质模胚；(7)将步骤(6)的基质模胚放入化学沉降池中进行金属表层富集反应，反应时间24-36h；(8)将步骤(7)的模胚取出后用去离子水反复洗涤3遍，然后在惰性气体保温箱静置钝化，反应温度为65-70℃，钝化时间为10-12h；(9)将步骤(8)得到的金属材料成品，按照需要的尺寸和形状在专业的车床上加工制成成品即可。优选地，所述步骤(1)中润滑剂选自芳基脲、聚四氟乙烯、膨润土、二硫化钼中的一种或几种。优选地，所述步骤(5)中葡萄糖-磷酸氢二钾混合液的混合比例为7:9,溶于15l去离子水中。优选地，所述步骤(6)中脱模处理液组成为硬质酸钠2-8份、月硅酸钙2-5份、硅油1-5份、石蜡3-7份、凡士林3-6份、滑石粉1-2份、蒸馏水50份。优选地，所述步骤(7)中化学沉降反应液的配方为磷酸三钠3-5份、硼砂1-2份、硫酸镁3-7份、硝酸铜2-5份、甘油磷酸酯2-3份、二氧二甲基嘌呤1-4份、磺胺二甲基嘧啶1-4份、蒸馏水100份。优选地，所述步骤(8)中惰性气体为氮气。本发明还提供了由上述制备方法得到的添加固体自润滑剂的复合金属材料在耐磨材料、变形材料中的应用。本发明与现有技术相比，其有益效果为：(1)本发明的添加固体自润滑剂的复合金属材料的制备方法及其应用通过润滑剂对镍合金材料的润滑性能进行优化，同时结合多种化合物对高温煅烧的复合金属材料进行活化，应用高温煅烧、螺杆挤压、处理改性、高温高压反应、浸泡脱模、化学沉降富集、静置钝化、车床加工等一系列操作后得到复合金属材料。制备而成的添加固体自润滑剂的复合金属材料，其摩擦系数小、润滑性能好、材料脆性小，具有较好的应用前景。(2)本发明的添加固体自润滑剂的复合金属材料原料易得、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。具体实施方式下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。实施例1(1)将镍合金10份、氧化镍2份、铝粉1份、氧化锡2份、石墨2份、碳酸钙3份、硅油3份、石油醚1份、氟化钠1份、1-苯基-1-氰基环戊烷2份、(2,2-二(4-羟基苯基)丁烷3份，混合均匀后加入到高温烧结炉中，加热至850℃，保温3h,然后自然降温至500℃，加入三氯乙醛1份、二苯基乙醇酸2份、芳基脲3份，反应2小时，然后自然降温至220℃备用，得到基质材料；(2)将单宁酸1份、硼酸钠2份、磷酸氢二钠1份、碳酸氢钠2份、聚乙二醇1份依次加入1l16％的柠檬酸钠溶液中，搅拌15分钟，搅拌速度为150转/分钟，然后冰浴静置2h,加入5％的二硫苏糖醇溶液50ml,搅拌均匀后，室温放置1h，得到基质处理剂；(3)将步骤(1)得到的基质材料注入双螺杆挤出机将基质材料挤出，压制成合适的铸件形状，螺杆温度210℃，螺杆转速1000转/分钟；(4)将步骤(3)得到的基质材料铸件浸泡到步骤(2)的基质处理剂中进行改性处理，室温过夜放置；(5)将步骤(4)的处理过的基质铸件放入马弗炉中加压煅烧，加热温度至980℃，加强为20mpa,反应时间6h,然后自然降温至450℃，压强自然降至与外界平衡，向煅烧的模胚上喷洒葡萄糖-磷酸氢二钾混合液，保温30min,然后自然冷却至室温；(6)将步骤(5)煅烧后的铸件模具浸泡在浓度为35％的脱模处理液中，室温浸泡2h，得到基质模胚，其中脱模处理液组成为硬质酸钠2份、月硅酸钙2份、硅油1份、石蜡3份、凡士林3份、滑石粉1份、蒸馏水50份；(7)将步骤(6)的基质模胚放入化学沉降池中进行金属表层富集反应，反应时间24h，其中化学沉降反应液的配方为磷酸三钠3份、硼砂1份、硫酸镁3份、硝酸铜2份、甘油磷酸酯2份、二氧二甲基嘌呤1份、磺胺二甲基嘧啶1份、蒸馏水100份；(8)将步骤(7)的模胚取出后用去离子水反复洗涤3遍，然后在氮气保温箱静置钝化，反应温度为65℃，钝化时间为10h；(9)将步骤(8)得到的金属材料成品，按照需要的尺寸和形状在专业的车床上加工制成成品即可。制得的添加固体自润滑剂的复合金属材料的性能测试结果如表1所示。实施例2(1)将镍合金12份、氧化镍3份、铝粉1份、氧化锡3份、石墨2份、碳酸钙4份、硅油4份、石油醚2份、氟化钠2份、1-苯基-1-氰基环戊烷3份、(2,2-二(4-羟基苯基)丁烷3份，混合均匀后加入到高温烧结炉中，加热至870℃，保温3h,然后自然降温至500℃，加入三氯乙醛2份、二苯基乙醇酸3份、聚四氟乙烯5份，反应2小时，然后自然降温至220℃备用，得到基质材料；(2)将单宁酸2份、硼酸钠3份、磷酸氢二钠2份、碳酸氢钠3份、聚乙二醇2份依次加入1l16％的柠檬酸钠溶液中，搅拌15分钟，搅拌速度为175转/分钟，然后冰浴静置2h,加入5％的二硫苏糖醇溶液70ml,搅拌均匀后，室温放置1h，得到基质处理剂；(3)将步骤(1)得到的基质材料注入双螺杆挤出机将基质材料挤出，压制成合适的铸件形状，螺杆温度210℃，螺杆转速1000转/分钟；(4)将步骤(3)得到的基质材料铸件浸泡到步骤(2)的基质处理剂中进行改性处理，室温过夜放置；(5)将步骤(4)的处理过的基质铸件放入马弗炉中加压煅烧，加热温度至990℃，加强为20mpa,反应时间6h,然后自然降温至450℃，压强自然降至与外界平衡，向煅烧的模胚上喷洒葡萄糖-磷酸氢二钾混合液，保温30min,然后自然冷却至室温；(6)将步骤(5)煅烧后的铸件模具浸泡在浓度为35％的脱模处理液中，室温浸泡3h，得到基质模胚，其中脱模处理液组成为硬质酸钠4份、月硅酸钙3份、硅油2份、石蜡4份、凡士林4份、滑石粉1份、蒸馏水50份；(7)将步骤(6)的基质模胚放入化学沉降池中进行金属表层富集反应，反应时间28h，其中化学沉降反应液的配方为磷酸三钠4份、硼砂1份、硫酸镁4份、硝酸铜3份、甘油磷酸酯2份、二氧二甲基嘌呤2份、磺胺二甲基嘧啶2份、蒸馏水100份；(8)将步骤(7)的模胚取出后用去离子水反复洗涤3遍，然后在氮气保温箱静置钝化，反应温度为67℃，钝化时间为11h；(9)将步骤(8)得到的金属材料成品，按照需要的尺寸和形状在专业的车床上加工制成成品即可。制得的添加固体自润滑剂的复合金属材料的性能测试结果如表1所示。实施例3(1)将镍合金14份、氧化镍4份、铝粉2份、氧化锡4份、石墨3份、碳酸钙5份、硅油5份、石油醚3份、氟化钠4份、1-苯基-1-氰基环戊烷3份、(2,2-二(4-羟基苯基)丁烷4份，混合均匀后加入到高温烧结炉中，加热至890℃，保温3h,然后自然降温至500℃，加入三氯乙醛2份、二苯基乙醇酸5份、膨润土7份，反应2小时，然后自然降温至220℃备用，得到基质材料；(2)将单宁酸2份、硼酸钠4份、磷酸氢二钠2份、碳酸氢钠4份、聚乙二醇1份依次加入1l16％的柠檬酸钠溶液中，搅拌15分钟，搅拌速度为175转/分钟，然后冰浴静置2h,加入5％的二硫苏糖醇溶液90ml,搅拌均匀后，室温放置1h，得到基质处理剂；(3)将步骤(1)得到的基质材料注入双螺杆挤出机将基质材料挤出，压制成合适的铸件形状，螺杆温度210℃，螺杆转速1000转/分钟；(4)将步骤(3)得到的基质材料铸件浸泡到步骤(2)的基质处理剂中进行改性处理，室温过夜放置；(5)将步骤(4)的处理过的基质铸件放入马弗炉中加压煅烧，加热温度至950℃，加强为20mpa,反应时间6h,然后自然降温至450℃，压强自然降至与外界平衡，向煅烧的模胚上喷洒葡萄糖-磷酸氢二钾混合液，保温30min,然后自然冷却至室温；(6)将步骤(5)煅烧后的铸件模具浸泡在浓度为35％的脱模处理液中，室温浸泡3.5h，得到基质模胚，其中脱模处理液组成为硬质酸钠6份、月硅酸钙4份、硅油4份、石蜡6份、凡士林5份、滑石粉2份、蒸馏水50份；(7)将步骤(6)的基质模胚放入化学沉降池中进行金属表层富集反应，反应时间32h，其中化学沉降反应液的配方为磷酸三钠3份、硼砂2份、硫酸镁6份、硝酸铜4份、甘油磷酸酯2份、二氧二甲基嘌呤3份、磺胺二甲基嘧啶3份、蒸馏水100份；(8)将步骤(7)的模胚取出后用去离子水反复洗涤3遍，然后在氮气保温箱静置钝化，反应温度为69℃，钝化时间为11.5h；(9)将步骤(8)得到的金属材料成品，按照需要的尺寸和形状在专业的车床上加工制成成品即可。制得的添加固体自润滑剂的复合金属材料的性能测试结果如表1所示。实施例4(1)将镍合金15份、氧化镍5份、铝粉2份、氧化锡4份、石墨3份、碳酸钙6份、硅油6份、石油醚4份、氟化钠5份、1-苯基-1-氰基环戊烷4份、(2,2-二(4-羟基苯基)丁烷4份，混合均匀后加入到高温烧结炉中，加热至900℃，保温3h,然后自然降温至500℃，加入三氯乙醛3份、二苯基乙醇酸6份、二硫化钼8份，反应2小时，然后自然降温至220℃备用，得到基质材料；(2)将单宁酸3份、硼酸钠4份、磷酸氢二钠3份、碳酸氢钠4份、聚乙二醇3份依次加入1l16％的柠檬酸钠溶液中，搅拌15分钟，搅拌速度为200转/分钟，然后冰浴静置2h,加入5％的二硫苏糖醇溶液100ml,搅拌均匀后，室温放置1h，得到基质处理剂；(3)将步骤(1)得到的基质材料注入双螺杆挤出机将基质材料挤出，压制成合适的铸件形状，螺杆温度210℃，螺杆转速1000转/分钟；(4)将步骤(3)得到的基质材料铸件浸泡到步骤(2)的基质处理剂中进行改性处理，室温过夜放置；(5)将步骤(4)的处理过的基质铸件放入马弗炉中加压煅烧，加热温度至1000℃，加强为20mpa,反应时间6h,然后自然降温至450℃，压强自然降至与外界平衡，向煅烧的模胚上喷洒葡萄糖-磷酸氢二钾混合液，保温30min,然后自然冷却至室温；(6)将步骤(5)煅烧后的铸件模具浸泡在浓度为35％的脱模处理液中，室温浸泡4h，得到基质模胚，其中脱模处理液组成为硬质酸钠8份、月硅酸钙5份、硅油5份、石蜡7份、凡士林6份、滑石粉2份、蒸馏水50份；(7)将步骤(6)的基质模胚放入化学沉降池中进行金属表层富集反应，反应时间36h，其中化学沉降反应液的配方为磷酸三钠5份、硼砂2份、硫酸镁7份、硝酸铜5份、甘油磷酸酯3份、二氧二甲基嘌呤4份、磺胺二甲基嘧啶4份、蒸馏水100份；(8)将步骤(7)的模胚取出后用去离子水反复洗涤3遍，然后在氮气保温箱静置钝化，反应温度为70℃，钝化时间为12h；(9)将步骤(8)得到的金属材料成品，按照需要的尺寸和形状在专业的车床上加工制成成品即可。制得的添加固体自润滑剂的复合金属材料的性能测试结果如表1所示。对比例1(1)将镍合金10份、氧化镍2份、石墨2份、碳酸钙3份、硅油3份、石油醚1份、氟化钠1份、1-苯基-1-氰基环戊烷2份、(2,2-二(4-羟基苯基)丁烷3份，混合均匀后加入到高温烧结炉中，加热至850℃，保温3h,然后自然降温至500℃，加入二苯基乙醇酸2份、芳基脲3份，反应2小时，然后自然降温至220℃备用，得到基质材料；(2)将单宁酸1份、硼酸钠2份、磷酸氢二钠1份、碳酸氢钠2份、聚乙二醇1份依次加入1l16％的柠檬酸钠溶液中，搅拌15分钟，搅拌速度为150转/分钟，然后冰浴静置2h,加入5％的二硫苏糖醇溶液50ml,搅拌均匀后，室温放置1h，得到基质处理剂；(3)将步骤(1)得到的基质材料注入双螺杆挤出机将基质材料挤出，压制成合适的铸件形状，螺杆温度210℃，螺杆转速1000转/分钟；(4)将步骤(3)得到的基质材料铸件浸泡到步骤(2)的基质处理剂中进行改性处理，室温过夜放置；(5)将步骤(4)的处理过的基质铸件放入马弗炉中加压煅烧，加热温度至980℃，加强为20mpa,反应时间6h,然后自然降温至450℃，压强自然降至与外界平衡，向煅烧的模胚上喷洒葡萄糖-磷酸氢二钾混合液，保温30min,然后自然冷却至室温；(6)将步骤(5)煅烧后的铸件模具浸泡在浓度为35％的脱模处理液中，室温浸泡2h，得到基质模胚，其中脱模处理液组成为硬质酸钠2份、月硅酸钙2份、硅油1份、石蜡3份、凡士林3份、滑石粉1份、蒸馏水50份；(7)将步骤(6)的基质模胚放入化学沉降池中进行金属表层富集反应，反应时间24h，其中化学沉降反应液的配方为磷酸三钠3份、硼砂1份、硫酸镁3份、硝酸铜2份、甘油磷酸酯2份、二氧二甲基嘌呤1份、磺胺二甲基嘧啶1份、蒸馏水100份；(8)将步骤(7)的模胚取出后用去离子水反复洗涤3遍，然后在氮气保温箱静置钝化，反应温度为65℃，钝化时间为10h；(9)将步骤(8)得到的金属材料成品，按照需要的尺寸和形状在专业的车床上加工制成成品即可。制得的添加固体自润滑剂的复合金属材料的性能测试结果如表1所示。对比例2(1)将镍合金15份、氧化镍5份、铝粉2份、氧化锡4份、碳酸钙6份、硅油6份、氟化钠5份、1-苯基-1-氰基环戊烷4份、(2,2-二(4-羟基苯基)丁烷4份，混合均匀后加入到高温烧结炉中，加热至900℃，保温3h,然后自然降温至500℃，加入三氯乙醛3份、二苯基乙醇酸6份、二硫化钼8份，反应2小时，然后自然降温至220℃备用，得到基质材料；(2)将单宁酸3份、硼酸钠4份、碳酸氢钠4份、聚乙二醇3份依次加入1l16％的柠檬酸钠溶液中，搅拌15分钟，搅拌速度为200转/分钟，然后冰浴静置2h,加入5％的二硫苏糖醇溶液100ml,搅拌均匀后，室温放置1h，得到基质处理剂；(3)将步骤(1)得到的基质材料注入双螺杆挤出机将基质材料挤出，压制成合适的铸件形状，螺杆温度210℃，螺杆转速1000转/分钟；(4)将步骤(3)得到的基质材料铸件浸泡到步骤(2)的基质处理剂中进行改性处理，室温过夜放置；(5)将步骤(4)的处理过的基质铸件放入马弗炉中加压煅烧，加热温度至1000℃，加强为20mpa,反应时间6h,然后自然降温至450℃，压强自然降至与外界平衡，向煅烧的模胚上喷洒葡萄糖-磷酸氢二钾混合液，保温30min,然后自然冷却至室温；(6)将步骤(5)煅烧后的铸件模具浸泡在浓度为35％的脱模处理液中，室温浸泡4h，得到基质模胚，其中脱模处理液组成为硬质酸钠8份、月硅酸钙5份、硅油5份、石蜡7份、凡士林6份、滑石粉2份、蒸馏水50份；(7)将步骤(6)的基质模胚放入化学沉降池中进行金属表层富集反应，反应时间36h，其中化学沉降反应液的配方为磷酸三钠5份、硼砂2份、硫酸镁7份、硝酸铜5份、甘油磷酸酯3份、二氧二甲基嘌呤4份、磺胺二甲基嘧啶4份、蒸馏水100份；(8)将步骤(7)的模胚取出后用去离子水反复洗涤3遍，然后在氮气保温箱静置钝化，反应温度为70℃，钝化时间为12h；(9)将步骤(8)得到的金属材料成品，按照需要的尺寸和形状在专业的车床上加工制成成品即可。制得的添加固体自润滑剂的复合金属材料的性能测试结果如表1所示。将实施例1-4和对比例1-2的制得的添加固体自润滑剂的复合金属材料分别进行伸长率、布氏硬度、摩擦系数这几项性能测试。表1伸长率％布氏硬度摩擦系数实施例14.52210.177实施例24.32230.180实施例34.22190.183实施例44.72250.181对比例110.31100.276对比例211.31790.262本发明的添加固体自润滑剂的复合金属材料的制备方法及其应用通过加入润滑剂对镍合金材料的润滑性能进行优化，同时结合多种化合物对高温煅烧的复合金属材料进行活化，应用高温煅烧、螺杆挤压、处理改性、高温高压反应、浸泡脱模、化学沉降富集、静置钝化、车床加工等一系列操作后得到复合金属材料。制备而成的添加固体自润滑剂的复合金属材料，其摩擦系数小、润滑性能好、材料脆性小，具有较好的应用前景。本发明的添加固体自润滑剂的复合金属材料原料易得、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12