本发明涉及金属润滑材料技术领域，特别涉及一种20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料，还特别涉及一种20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料的制备方法。
背景技术：
近年来随着科技的不断进步，现代工业得到了巨大的发展，尤其是航空、航天技术的迅速发展，在高温、高载、强辐射等其他极端工况环境下的运动部件对于润滑材料的耐高温、耐磨损等性能提出了越来越高的要求，导致许多传统金属材料已经不能满足一些特殊条件下的耐磨性要求；因此，急切需要发展固体润滑技术，研发自润滑减摩耐磨材料，去解决传统润滑材料在苛刻工况下的润滑失效问题。
技术实现要素：
为了克服上述所述的不足，本发明的目的是提供一种20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料，其组织结构致密，具有稳定优良的摩擦学性能，能有效地降低材料在滑动过程中的摩擦系数和磨损率，能够在极端工况条件提高机械零部件减摩耐磨行为；一种20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料的制备方法，工艺简单，易控制,适合大规模应用，无污染，响应了我国节能减排、降低污染的要求。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
一种20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料，其中，包括组分1和组分2，组分1与组分2的重量比为1/20:1/10；所述组分1为锡银铜合金；所述组分2包括按重量比的96％～98％铁、0.2％～0.4％硅、1％～1.6％铬、0.5％～1％锰和0.1％～0.2％钛。
作为本发明的一种改进，所述组分2包括按重量比的97.35％铁、0.34％硅、1.22％铬、0.96％锰和0.13％钛。
作为本发明的进一步改进，所述组分2包括按重量比的97％铁、0.4％硅、1.5％铬、0.9％锰和0.2％钛。
作为本发明的进一步改进，所述组分2包括按重量比的97％铁、0.3％硅、1.6％铬、1％锰和0.1％钛。
作为本发明的进一步改进，所述组分1包括按重量比的93％～95％锡、3％～4％银和1％～5％铜。
作为本发明的更进一步改进，所述组分1包括按重量比的93.7％锡、3.5％银和2.8％铜。
一种20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料的制备方法，其中，包括如下步骤：
步骤s1：按重量比的96％～98％铁、0.2％～0.4％硅、1％～1.6％铬、0.5％～1％锰和0.1％～0.2％钛，充分混合形成组分2；
步骤s2：称取为组分2重量的5％～10％的组分1；
步骤s3：使组分1和组分2充分混合，形成混合料；
步骤s4：将混合料进行烧结，形成自润滑材料。
作为本发明的进一步改进，在步骤s2内包括制备组分1的方法；
该制备组分1的方法包括：
步骤s21：选取锡粉、银粉和铜粉，加入到含辅助试剂的水溶液中，均匀搅拌形成混合溶液；
步骤s22：将混合溶液进行烘干，得到粉末颗粒；
步骤s23：将粉末颗粒加入氧-乙炔喷焊炬装置中熔融，将熔融后的反应物喷射到经净化后的超纯水中进行冷凝，收集水面上层漂浮的颗粒物；
步骤s24：将颗粒物在≤80℃的环境下烘干即可制得锡银铜合金球形粉末。
作为本发明的更进一步改进，在步骤s3内，将组分1和组分2放入振动混料机内，在振动频率为40hz～50hz、振动力为10000n～11000n的条件下，振荡12分钟～15分钟，得到混合料。
作为本发明的更进一步改进，在步骤s4内，将混合料采用放电等离子烧结，在烧结压力为20mpa～25mpa、烧结温度为1100℃～1200℃的条件下，烧结10分钟～20分钟，得到自润滑材料。
本发明的一种20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料，组织结构致密，具有稳定优良的摩擦学性能，能有效地降低材料在滑动过程中的摩擦系数和磨损率，能够在极端工况条件提高机械零部件减摩耐磨行为；本发明的一种20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料的制备方法，工艺简单，易控制,适合大规模应用，无污染，响应了我国节能减排、降低污染的要求。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1是本发明的制备方法的工艺流程框图；
图2是本发明中的实施例1制备的以锡银铜为固体润滑相的空心球形粉末的在放大倍数为1000时的电镜形貌；
图3是本发明中的实施例1制备的以锡银铜为固体润滑相的空心球形粉末的主要元素eds谱图；
图4是本发明中的实施例2以锡银铜为固体润滑相的20crmnti基的自润滑材料的磨痕epma形貌；
图5是本发明中的实施例2以锡银铜为固体润滑相的20crmnti基的自润滑材料的epma磨痕表面背散射形貌；
图6为本发明在室温条件下，测试实施例1、2、3所制得的20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料的摩擦系数曲线，其中，摩擦实验测试条件为：载荷5～15n、滑动速度0.2～0.6m/s、时间50min、摩擦半径3～5mm。
图7为本发明在室温条件下，测试实施例1、2、3所制得的20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料的磨损率柱状图，其中，摩擦实验测试条件为：载荷5～15n、滑动速度0.2～0.6m/s、时间50min、摩擦半径3～5mm。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明的一种20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料，包括组分1和组分2，组分1与组分2的重量比为1/20:1/10；组分1为锡银铜合金；组分2包括按重量比的96％～98％铁、0.2％～0.4％硅、1％～1.6％铬、0.5％～1％锰和0.1％～0.2％钛。
本发明的一种20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料，组织结构致密，具有稳定优良的摩擦学性能，能有效地降低材料在滑动过程中的摩擦系数和磨损率，能够在极端工况条件提高机械零部件减摩耐磨行为。
在本发明中，20crmnti是渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好，其用于制造截面＜30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件。
现有技术中，钛合金因其密度小、强度高、耐热及耐腐蚀性能好等诸多优点，在航空、海洋、医疗等诸多领域均有广泛的应用，其中α+β系的20crmnti齿轮钢的用量最大，应用范围最广,然而该合金同时具有导热系数小、高温化学活性高、弹性模量小、摩擦系数大等特点，如何进一步提高20crmnti金属间化合物在苛刻条件下的使用强度、使用精度与摩擦学性能来满足工业使用的要求就变得非常重要而迫切，通过本发明的技术方案可以得到解决。
本发明提供组分2的一种实施方式，组分2包括按重量比的97.35％铁、0.34％硅、1.22％铬、0.96％锰和0.13％钛；因含0.96％锰而使自润滑材料可以耐磨蚀。
本发明提供组分2的另一种实施方式，组分2包括按重量比的97％铁、0.4％硅、1.5％铬、0.9％锰和0.2％钛；因含0.2％钛而使自润滑材料更具有质量轻且强度高的特性。
本发明提供组分2的再一种实施方式，组分2包括按重量比的97％铁、0.3％硅、1.6％铬、1％锰和0.1％钛；因含1.6％铬而使自润滑材料质极硬，耐腐蚀。
本发明提供组分1的一种实施方式，组分1包括按重量比的93％～95％锡、3％～4％银和1％～5％铜，使组分1更容易与组分2熔融，还可以提高自润滑材料的延展性，作为优先，组分1包括按重量比的93.7％锡、3.5％银和2.8％铜。
如图1所示，本发明提供一种20crmnti基以锡银铜为润滑相的自润滑材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：按重量比的96％～98％铁、0.2％～0.4％硅、1％～1.6％铬、0.5％～1％锰和0.1％～0.2％钛，充分混合形成组分2；
步骤s2：称取为组分2重量的5％～10％的组分1；
步骤s3：使组分1和组分2充分混合，形成混合料；
步骤s4：将混合料进行烧结，形成自润滑材料。
本发明的制备方法工艺简单，易控制,适合大规模应用，无污染，响应了我国节能减排、降低污染的要求。
在本发明中，在步骤s2内包括制备组分1的方法；
该制备组分1的方法包括：
步骤s21：选取锡粉、银粉和铜粉，加入到含辅助试剂的水溶液中，均匀搅拌形成混合溶液；
步骤s22：将混合溶液进行烘干，得到粉末颗粒；
步骤s23：将粉末颗粒加入氧-乙炔喷焊炬装置中熔融，将熔融后的反应物喷射到经净化后的超纯水中进行冷凝，收集水面上层漂浮的颗粒物；
步骤s24：将颗粒物在≤80℃的环境下烘干即可制得锡银铜球合金形粉末。
具体地讲，选取锡粉、银粉与铜粉末加入到含辅助试剂的水溶液中，搅拌后形成均匀的含锡粉、银粉与铜粉的水溶液，将水溶液蒸干得到粉末颗粒，使用送料装置将得到的粉末颗粒输送到氧-乙炔喷焊炬装置中熔融，用喷枪将熔融的液滴状反应物喷射到经净化后的超纯水中进行冷凝，收集水面上层漂浮的颗粒物，在≤80℃的环境下烘干即可制得锡银铜合金球形粉末，其中，锡银铜球合金形粉末中的主要元素成分为93.7wt.％sn、3.5wt.％ag与2.8wt.％cu；锡银铜合金球形粉末是一种灰色中空的球形颗粒，颗粒的直径约为5～20μm，壁厚约为直径的1/3～1/2。
在本发明中，在步骤s3内，将组分1和组分2放入振动混料机内，在振动频率为40hz～50hz、振动力为10000n～11000n的条件下，振荡12分钟～15分钟，得到混合料。
在本发明中，在步骤s4内，将混合料采用放电等离子烧结，在烧结压力为20mpa～25mpa、烧结温度为1100℃～1200℃的条件下，烧结10分钟～20分钟，得到自润滑材料。
本发明提供一种实施例1：
如图1、图2和图3所示，该实施例包括如下步骤：
1)选取sn、ag、cu粉末加入到含辅助试剂的水溶液中，搅拌后形成均匀的含sn、ag与cu粉末的水溶液，将溶液蒸干后得到混合均匀的粉末颗粒，使用送料装置将得到的粉末颗粒输送到氧-乙炔喷焊炬装置中熔融，用喷枪将熔融的液滴状反应物喷射到经净化后的超纯水中进行冷凝，收集水面上层漂浮的颗粒物，在≤80℃的环境下烘干即可制得固体润滑相snagcu球形粉末；图2是本发明为实施例1制备的固体润滑相的空心球形粉末的在放大倍数为1000时的电镜形貌，如图2所示，snagcu球形粉末单颗粒的直径为5-20μm，壁厚约为直径的1/3-1/2；图3是本发明为实施例1制备的固体润滑相的空心球形粉末的主要元素eds谱图，如图3所示，snagcu球形粉末单颗粒主要元素为sn、ag与cu，含量分别为93.7wt.％sn、3.5wt.％ag与2.8wt.％cu。
2)按摩尔比为fe：si：cr：mn：ti＝97.35wt.％：0.34wt.％：1.22wt.％：0.96wt.％：0.13wt.％制得20crmnti，取其20g，选取上述所制备的球形粉末1.0g，得到配料；
3)将上述配料置于振动混料机内干混，振动混料罐外罐为钢罐，内置聚四氟乙烯罐，振动频率为45hz，振动力为10000n，振荡时间为15分钟，得到烧结配料；
4)将烧结配料采用放电等离子烧结的方法得到20crmnti基以snagcu为润滑相的自润滑材料，放电等离子烧结工艺为：烧结温度为1100℃、升温速率为90℃/min、烧结压力为20mpa、真空度为1×10-2pa，保温时间为10min。
经过hvs-1000型数显显微硬度仪测试，实施例1所制备的一种20crmnti基以snagcu为润滑相的自润滑材料的硬度为6.27gpa，相对密度为99.4％，图6和7表明本实施例1制备的20crmnti基的自润滑材料的摩擦系数较小(平均值约0.51)，且波动幅度较小，磨损率为3.71×104mm3/(nm)，体现出优良的摩擦学性能。
本发明提供一种实施例2：如图4和图5所示，
1)选取sn、ag、cu粉末加入到含辅助试剂的水溶液中，搅拌后形成均匀的含sn、ag与cu粉末的水溶液，将溶液蒸干后得到混合均匀的粉末颗粒，使用送料装置将得到的粉末颗粒输送到氧-乙炔喷焊炬装置中熔融，用喷枪将熔融的液滴状反应物喷射到经净化后的超纯水中进行冷凝，收集水面上层漂浮的颗粒物，在≤80℃的环境下烘干即可制得固体润滑相snagcu球形粉末；
2)按摩尔比为fe：si：cr：mn：ti＝97.35wt.％：0.34wt.％：1.22wt.％：0.96wt.％：0.13wt.％制得20crmnti，取其20g，选取上述所制备的球形粉末1.5g，得到配料；
3)将上述配料置于振动混料机内干混，振动混料罐外罐为钢罐，内置聚四氟乙烯罐，振动频率为45hz，振动力为10000n，振荡时间为15分钟，得到烧结配料；
4)将烧结配料采用放电等离子烧结的方法得到所述20crmnti基以snagcu为固体润滑相的自润滑材料，放电等离子烧结工艺为：烧结温度为1150℃、升温速率为100℃/min、烧结压力为23mpa、真空度为5.5×10-2pa，保温时间为15min。
经过hvs-1000型数显显微硬度仪测试，实施例2所制备的一种20crmnti基以snagcu为润滑相的自润滑材料的硬度为6.36gpa，相对密度为99.3％；图4是本发明为实施例2以snagcu为固体润滑相的新型20crmnti基自润滑材料磨痕epma形貌；如图4所示，在载荷约为10n、滑动速度约为0.4m/s测试工况下，滑动50min后，在磨痕表面因存在小的划痕，表明主要摩擦机制为微刮擦；图5是本发明为实施例2以snagcu为润滑相的20crmnti基的自润滑材料的epma磨痕表面背散射形貌；如图4与图5所示，球形润滑相snagcu主要分布在白色区域，小的划痕与snagcu在磨痕表面上的大量分布表明以snagcu为润滑相的20crmnti基的自润滑材料具有优异的减摩抗磨性能；图6和图7表明实施例2制备的一种20crmnti基以snagcu为润滑相的自润滑材料的摩擦系数较与磨损率；从图6和图7可知，摩擦系数小，平均值约为0.50，且波动幅度小。磨损率低，其值约为2.86×104mm3/(nm)。
本发明提供一个实施例3：
1)选取sn、ag、cu粉末加入到含辅助试剂的水溶液中，搅拌后形成均匀的含sn、ag与cu粉末的水溶液，将溶液蒸干后得到混合均匀的粉末颗粒；使用送料装置将得到的粉末颗粒输送到氧-乙炔喷焊炬装置中熔融，用喷枪将熔融的液滴状反应物喷射到经净化后的超纯水中进行冷凝，收集水面上层漂浮的颗粒物，在≤80℃的环境下烘干即可制得固体润滑相snagcu球形粉末；
2)按摩尔比为fe：si：cr：mn：ti＝97.35wt.％：0.34wt.％：1.22wt.％：0.96wt.％：0.13wt.％制得20crmnti，取其20g，选取上述所制备的球形粉末2.0g，得到配料；
3)将上述配料置于振动混料机内干混，振动混料罐外罐为钢罐，内置聚四氟乙烯罐，振动频率为45hz，振动力为10000n，振荡时间为15分钟，得到烧结配料；
4)将烧结配料采用放电等离子烧结的方法得到20crmnti基以snagcu为润滑相的自润滑材料，放电等离子烧结工艺为：烧结温度为1200℃、升温速率为110℃/min、烧结压力为25mpa、真空度为1×10-1pa，保温时间为20min。
经过hvs-1000型数显显微硬度仪测试，实施例3所制备的新型20crmnti基以snagcu为润滑相的自润滑材料的硬度为6.48gpa，相对密度为99.1％；图6是室温条件下，测试本发明实施例3所制得20crmnti基以snagcu为润滑相的自润滑材料的摩擦系数曲线，可知该自润滑复合材料的摩擦系数较小(平均值约0.43)，且波动幅度小；图7表明实施例3制备出的20crmnti基自润滑材料的磨损率为2.45×104mm3/(nm)，可知本实施例3制备的20crmnti基的自润滑材料表现出了优良的摩擦学性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。