专利名称：：镍合金基高温自润滑材料的制作方法
技术领域：
：本发明叙述了一种镍合金基高温自润滑材料，属超级镍合金基高温自润滑复合材料。一般的固体润滑材料都具备良好的摩擦学特性和机械性能，但在高温、高负荷、高速下，材料性能会下降，以至于不能使用。中国专利(CN88100441)公开了一种高温自润滑镍基合金，它选用镍铌合金作为自润滑材料的基体，具体组成(重量百分含量)为铌(钼)5-30，铁2-30，硫1-8，稀土化合物0.1-1，余量为镍，它可广泛应用于300-700℃温度下润滑。中国专利(申请号89106018.9)描述了一种自润滑金属陶瓷，属碳化钨-镍基金属陶瓷，具体配方(重量百分含量)是碳化钨45-60，镍30-40，氧化铅5-25，二氧化硅0-2.5，在500-700℃高温下，摩擦系数0.12-0.29，磨损率为(0.98-2.22)×10-13米3/牛顿·米。但上述固体润滑材料只能在700℃以下使用。本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之外而提供一种镍合金基高温自润滑材料，它适宜在900-1000℃高温和高负荷、高速的工况条件下使用，材料还具有高机械强度、低摩擦系数、耐磨损等优点。本发明的另一个目的在于提供一种制备镍合金基高温自润滑材料的工艺方法。本发明的目的可通过如下措施来达到在配方上，本发明选用超级镍合金作为自润滑复合材料的基体，并加入适量的石墨和银为润滑相，依靠合金基体保证自润滑复合材料的机械性能，依靠自润滑复合材料的某些组元在高温下的固-固反应生成弥散相提高材料的耐磨性与机械强度，依靠石墨和银在高温下的协同效应，实现高温自润滑。银的加入还具有改善自润滑复合材料的烧结性能与机械性能的特点。在工艺上，本发明采用中频励磁感应加热高温快速热压成型法制备材料，中频磁力线切割复合材料各组元对自润滑复合材料烧结的均匀性起保证作用。本发明的镍合金基高温自润滑材料各组份的重量百分含量范围是镍47.123-65.240，铬6.500-9.000，钨3.570-4.950，钼3.570-4.950，铝2.730-3.780，钛1.500-2.070，硼0.007-0.010，银5.000-13.000，石墨5.000-17.000。本发明的具体制备过程是按配方称取镍、铬、钨、钼、铝、钛、硼各组元，装入混料器，将混料器固紧在振动微米粉碎机上，振混10-30分钟，获得均匀的镍合金基体粉末;然后将石墨粉、银粉也装入混料器，并在上述条件下振混，获得制备镍合金基高温自润滑材料的混匀粉末;将该粉末装入石墨模具并将其移至于热压设备的中频励磁感应线圈中央，快速升温(8-10分钟由室温升至烧结温度)的过程中，逐渐给物料加压，当温度升至1050-1300℃，热压压力为7.5-28.0兆帕，保温保压烧结5-20分钟;此后自然降温、降压，至室温后卸压脱膜，制得镍合金基高温自润滑材料。本发明的目的还可以通过以下措施来达到本发明的镍合金基高温自润滑材料各组份最佳的百分含量是镍49.532-55.603，铬6.103-7.910，钨3.610-4.521，钼3.772-4.332，铝2.730-3.260，Ti1.550-1.790，硼0.007-0.009，银9.100-16.500，石墨13.000-16.800。本发明从摩擦学原理出发，利用粉末冶金工艺制备金属(或合金)基自润滑复合材料。粉末冶金法可在较宽范围内改变各组元的配比，以调节材料的综合性能，基体的合金化可以提高材料的机械性能，组元间固-固反应生成弥散相能提高材料的耐磨性与机械强度。粉末冶金法还可以在比金属粉(或金粉)熔点低得多的温度下烧结成材料，使一些性质(如熔点、物理性质、热稳定性等)相差悬殊的金属(或合金)和固体润滑剂(如石墨等)，在烧结后仍保留其原有的特性。从而可获得机械与摩擦磨损性能各异的材料，满足不同的使用要求。采用本发明的热压成型工艺制备的镍合金基高温自润滑材料不仅可使密度达理论密度，而且具有各组元分布均匀、重现性好、机械强度高和自润滑的特点。本发明对各组元的粒度要求是钨、银、硼为300-400目，石墨25-35微米，其余组元为150-230目。制备的镍合金基高温自润滑材料的物理-机械性能列于表1。表1、本发明的物理-机械性能续表材料的密度是烧结型金属(或合金)基自润滑复合材料的最主要的物理性质。在烧结材料的密度达到计算的理论密度而且固定不变时，这就意味着材料已达到最高的机械性能。如材料有一定孔隙就意味着材料有效承载截面减小、应力集中，在应力足够大时，将产生塑性变形，孔隙长大并成为断裂源而断裂。从表1可以看出，本发明的材料密度和理论密度非常接近。本发明的布氏硬度BB为70～100，可知材料的均匀性及合金化物的效果与在各部位的平衡性都很好。由表1列出的冲击强度、抗压强度、压溃强度、抗张强度、抗弯强度等一系列数据可知，本发明的材料抗断裂能力特强。镍合金基高温自润滑材料的摩擦磨损性能列于表2。表2、本发明的摩擦磨损性能摩擦磨损试验是在栓-盘式高温摩擦试验机上进行的。栓为本发明的材料，将其制成尺寸为φ5×15毫米，对偶盘为TZM合金(Mo-0.5Ti-0.08Zr)，其尺寸为φ45×10毫米，负荷98牛顿，速度1.5米/秒，大气运转1小时。另外，本发明材料性能的离散度不大于5%，说明材料的重现性是好的。材料外观无缺陷，显微结构均匀。本发明具有机械强度高，摩擦系数低，耐磨损，性能均一，稳定，重现性好，易于加工，成品率高等优点。本发明不仅适宜室温-700℃下使用，而且在900-1000℃高温和高速、高负荷等工况条件下，亦有良好的机械性能和自润滑性能。本发明的材料已在热动力机械上得到了成功的应用，所以本发明将结合实施例作进一步详述。实施例1按表3的配方称取镍、铬、钨、钼、铝、钛、硼各组表3:</tables>元，装入混料器，将混料器固紧在振动微米粉碎机上，振混15分钟，再装入石墨粉和银粉，振混15分钟。将均匀粉末装入石墨模具并将其移至于热压设备的频励磁中感应线圈中央，快速升温(9分钟由室温升至烧结温度)，逐渐给物料加压，温度升至1100℃，热压压力20兆帕，保温保压烧结10分钟。自然降温、降压，至室温后卸压脱膜，制得镍合金基高温自润滑材料，其实际性能及技术指标密度5.34×103公斤/米3，布氏硬度RB80，蒸发率1.47×10-7克/厘米2秒，线膨胀系数11.6×10-6l/℃，冲击强度1.62×104焦耳/米2，抗压强度，室温下310兆帕，700℃下172兆帕，压溃强度，室温下165兆帕，700℃下36兆帕，抗张强度155兆帕，抗变强度261兆帕。室温下摩擦系数0.29，磨损率1.26×10-14米3/牛顿·米，600℃下摩擦系数0.16，磨损率2.36×10-14米3/牛顿·米，作为以796燃料燃气(796燃料燃烧后的气体为惰性缺氧气体，该气体百分含量为CO37.7，H213.3，H2O12.6，H211.75，CH411.5，CO210.65，NO1.55，N2O0.4，C2H40.35，HCN0.2)为动力的鱼雷发动机配气阀座，进行马力试验，工作条件阀座与T2N合金阀体相对运动速度7.17米/秒，平均压力11.37兆帕，温度900-1000℃，运行两个全程(900秒)，可靠度为100%，阀座经过马力试验的工况运行后，材料的组成与结构不变，说明材料性能稳定，是可以多次重复使用的。实施例2按配方镍50.743，铬7.000，钨3.850，钼3.850，铝2.940，钛1.610，硼0.007，银15.000，石墨15.000。其它制备工艺及过程同实施例1，振混20分钟，烧结温度1050℃，热压压力15兆帕，保温保压烧结12分钟。其实际性能及指标密度5.90×103公斤/米3，布氏硬度HB76，蒸发率1.60×10-7克/厘米2·秒，线膨胀系数12.2×10-61/℃，冲击强度1.51×104焦耳/米2，抗压强度，室温下234兆帕，700℃下128兆帕，压溃强度，室温下160兆帕，700℃下78兆帕，抗张强度82兆帕，抗弯强度170兆帕。室温下摩擦系数0.29，磨损率0.91×10-14米3/牛顿·米，600℃下摩擦系数0.14，磨损率2.27×10-14米3/牛顿·米，用该材料制成座阀在鱼雷发动机的实行工况(条件同例1)，下启动五次，运行三个全程，累计1335秒，总磨损25.7微米，在机加工公差允许的范围内，可靠度为100%。实施例3配方同例1，制备工艺和过程同例1，烧结温度1160℃，热压压力25兆帕，保温保压烧结15分钟。实际性能及指标密度5.90×103公斤/米3，布氏硬度HB85，蒸发率1.42×10-7克/厘米2·秒，线膨胀系数11.3×10-61/℃，冲击强度1.50×104焦耳/米2，抗压强度，室温下280兆帕，700℃下174兆帕，压溃强度，室温下162兆帕，700℃下81兆帕，抗张强度140兆帕，抗弯强度229兆帕，室温下的摩擦系数0.29，磨损率1.15×10-14米3/牛顿·米，600℃下摩擦系数0.15，磨损率2.30×10-14米3/牛顿·米。实施例4配方同例1，烧结温度、热压压力、保温保压时间同例2。其实际性能及指标密度5.86×103公斤/米3，布氏硬度HB99，线膨胀系数11.2×10-61/℃，冲击强度1.39×104焦耳/米2，抗压强度，室温下250兆帕，700℃下136兆帕，抗张强度130兆帕，抗弯强度180兆帕。室温下摩擦系数0.29，磨损率(1.03～1.07)×10-14米3/牛顿·米，600℃下摩擦系数0.18，磨损率3.14×10-14米3/牛顿·米。实施例5按配方镍52.486，铬7.810，钨3.722，钼4.000，铝3.252，钛1.722，硼0.008，银10.000，石墨17.000，烧结工艺条件及过程同例2，其实际性能及指标密度5.63公斤/米3，布氏硬度HB70，线膨胀系数11.0×10-61/℃，冲击强度1.34×104焦耳/米2，抗压强度，室温下200兆帕，700℃下125兆帕;抗张强度123兆帕，抗弯强度166兆帕。室温下摩擦系数0.29，磨损率(1.24～1.26)×10-14米3/牛顿·米，600℃下摩擦系数0.13，磨损率3.15×10-14米3/牛顿·米。权利要求1.一种镍合金基高温自润滑材料，其特征是含有(重量百分含量)镍47.123-65.240铬6.500-9.000钨3.570-4.950钼3.570-4.950铝2.730-3.780钛1.500-2.070硼0.007-0.010银5.000-18.000石墨5.000-17.0002.如权利要求1所述的镍合金基高温自润滑材料，其特征是含有(重量百分含量)镍49.532-55.603铬6.103-7.910钨3.610-4.521钼3.772-4.332铝2.730-3.260钛1.550-1.790硼0.007-0.009银9.100-16.500石墨13.000-16.8003.一种镍合金基高温自润滑材料，采用中频励磁感应加热高温快速热压成型法制备，包括〈1〉按配方称取镍、铬、钨、钼、铝、钛、硼各组元，装入混料器于振动微米粉碎机上，振混10-30分钟。〈2〉然后将石墨粉、银粉装入混料器于振动微米粉碎机上，振混10-30分钟。〈3〉装入石墨模具并将其移至于热压设备的中频励磁感应线圈中央。〈4〉快速升温的过程中，逐渐给物料加压。其特征是当温度升至1050℃-1300℃，热压压力为7.5-28.0兆帕，保温保压烧结5-20分钟。全文摘要镍合金基高温自润滑材料，属超级镍合金基高温自润滑复合材料，选用镍、铬、钨、钼、铝、钛、硼作为自润滑复合材料的基体，并加入适量的石墨与银为润滑相，采用中频励磁感应加热高温快速热压成型法制备材料。本材料在900—1000℃高温和高速、高负荷等工况条件下，有良好的机械性能和自润滑性能。文档编号C22C1/05GK1073727SQ9111266公开日1993年6月30日申请日期1991年12月28日优先权日1991年12月28日发明者欧阳锦林,牛淑琴,阮虎生,朱家珮申请人:中国科学院兰州化学物理研究所