一种添加NbSe₂的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料及其制备方法

专利名称：一种添加NbSe₂的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及金属基自润滑复合材料及其制备方法技术领域，具体涉及一种添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料及其制备方法。
背景技术：
为解决热动力机械、高温传动设备等在高温条件下使用摩擦部件的易损耗，机械力学性能欠缺等问题，研制出具有优异自润滑性能的金属及其合金基高温自润滑材料是的有效途径之一。以镍基、钻基高温合金为基体的高温自润滑材料的研制和应用较多，这些研究大多见于机理研究和尖端技术领域。对于传统制造业中，作为工程材料在600°C左右可以 使用的的高温自润滑复合材料的应用和研究较少。铁以及用合金元素强化的铁合金是廉价的工程材料，具有较低的成本并且铁基材料具有独特的热处理性能、高性价比等优点。廉价的铁基材料应用于轧钢设备、连铸设备等可极大的简化机械结构的设计，可减少甚至消除设备的高温润滑维护工作，减轻工人的劳动强度和降低设备的维护费用，具有深远的实际的工程意义和巨大的市场应用前景。

发明内容
发明目的针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料，使其在55(T 750°C下具有良好的自润滑特性和优异的耐磨性。本发明的另一目的是提供一种上述添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料的制备方法，方法简单而非常有效，制备的产品具有良好的自润滑特性和优异的耐磨性。技术方案为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下
一种添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料，以铁为材料基体，以镍铬为强化合金元素，以氟化钙、二硒化铌和石墨复合而成的复合润滑剂为润滑相，采用粉末冶金工艺制备而成。所述的添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料，包括以下质量百分数计的各组分2 13%NbSe2、8 34%Ni、3 7%Cr、0. 5 4%石墨、7 19%Cu、0. 4 4%氟化钙、以及余量的铁与3wt%硬脂酸钠。其中，铁、铬、镍以及铜的纯度均大于99. 95%，粒度小于0. 076mm。二硒化铌纯度大于99. 5%，粒度达到微纳米级。铁选自还原铁粉或雾化铁粉。一种制备添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料的方法，包括以下步骤
(1)称取铁粉、镍粉、铬粉、铜粉、二硒化铌、氟化钙、石墨粉，置于V混料器中混匀；
(2)添加粘合剂，采用热等静压法制备压坯；
(3)在真空炉或在通入保护气氛的高温烧结炉中烧结，烧结温度为110(Tl29(rC，保温l 2h，即可。步骤(3)中，烧制温度为700-800°C。
有益效果与现有技术相比，本发明具有的主要优点包括该材料在55(T750°C下有优良的耐磨性能并且可实现自润滑，可适应于航空航天工业、核工业、冶金及化工等领域的高温设备滑动部件，其转动副零件常常工作在高温、高负荷、真空及强氧化、强辐射等苛刻的条件下工作，从而实现了结构材料与润滑材料设计的一体化。本发明中铁粉价格相对较低，与纯镍基、钻基高温合金相比，材料具有较好的性价比优势。具有很好的实用性和经济性。


图I是实施例I中材料的磨损形貌扫描 图2是实施例2中材料的磨损形貌扫描 图3是实施例3中材料的磨损形貌扫描 图4是实施例I、2、3中材料的摩擦系数图。
具体实施例方式下面结合具体实施例进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例I
一种添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料，以铁为材料基体，以镍铬为强化合金元素，以氟化钙、二硒化铌和石墨复合而成的复合润滑剂为润滑相，采用粉末冶金工艺制备而成。该添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料，具体组分包括(质量百分数计)10%NbSe2、20%Ni、5%Cr、3%石墨、15%Cu、2%氟化钙、以及余量的铁与硬脂酸钠。其中，铁、铬、镍以及铜的纯度均大于99. 95%，粒度小于0. 076mm。二硒化铌纯度大于99. 5%，粒度达到微纳米级。铁选自还原铁粉或雾化铁粉。具体制备过程为
(I)称取99. 9%的高纯度铁粉、镍粉、铬粉、二硒化铌、铜、氟化钙、石墨粉，置于V混料器中混匀，添加硬脂酸钠(3 wt%)，利用粉末冶金工艺制备复合材料。(2)采用热等静压法制备压坯，然后在真空炉或在通入保护气氛的高温烧结炉中烧结，烧结温度为110(Tl290°C。烧结过程中，考虑到烧结体的自反应及合金的颗粒粗细度，会严格控制温度升高梯度，减少废品率。达到设置温度后，保温广2小时的时间，进行充分烧结，即制成具有高温耐磨性能的复合材料。实施例2
与实施例I基本相同，不同之处在于NbSe2的添加量为2%。摩擦学性能试验是在CETR UMT-2 Multi-Specimen Test System摩擦试验机上进行的，将已获得的实验材料在45钢盘上用9mm直径的440C小球与之进行回转摩擦。实验条件为载荷5kg、转速100r、时间20min、温度200°C。实施例3
与实施例I本相同，不同之处在于NbSe2的添加量为13%。图1、2、3分别是实施例1、2、3中材料磨损形貌扫描图，从扫描图片中可以看出添加13%NbSe2的材料有较好的抗胶合性能，高温下运转具有较小的摩擦磨损量小,具有较好的强度和硬度。图4是实施例1、2、3材料的摩擦系数图，从图中可以看出实例I的材料，即NbSe2 的添加量为10%时，其摩擦系数较小且稳定，表现出减摩效果较好。具有明显的减摩耐磨和润滑作用。
权利要求
1.一种添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料，其特征在于以铁为材料基体，以镍铬为强化合金元素，以氟化钙、二硒化铌和石墨复合而成的复合润滑剂为润滑相，采用粉末冶金工艺制备而成。
2.根据权利要求I所述的添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料，其特征在于，包括以下质量百分数计的各组分2 13%NbSe2、8 34%Ni、3 7%Cr、0. 5 4%石墨、7 19%Cu、O.4 4%氟化钙、3%硬脂酸钠，以及余量的铁。
3.根据权利要求2所述的添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料，其特征在于铁、铬、镍以及铜的纯度均大于99. 95%，粒度小于O. 076mm。
4.根据权利要求2所述的添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料，其特征在于二硒化铌纯度大于99. 5%，粒度达到微纳米级。
5.根据权利要求2所述的添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料，其特征在于 铁选自还原铁粉或雾化铁粉。
6.一种制备权利要求I所述的添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)称取铁粉、镍粉、铬粉、铜粉、二硒化铌、氟化钙、石墨粉，置于V混料器中混匀； (2)添加粘合剂，采用热等静压法制备压坯； (3)在真空炉或在通入保护气氛的高温烧结炉中烧结，烧结温度为110(T129(TC，保温l 2h，即可。
7.根据权利要求6所述的制备添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料的方法，其特征在于步骤(3)中，烧制温度为700-800°C。
全文摘要
本发明公开了一种添加NbSe2的Fe-Ni-Cr高温自润滑复合材料及其制备方法，该材料以铁为材料基体，以镍铬为强化合金元素，以氟化钙、二硒化铌和石墨复合而成的复合润滑剂为润滑相，采用粉末冶金工艺制备而成。该材料在550~750℃下有优良的耐磨性能并且可实现自润滑，可适应于航空航天工业、核工业、冶金及化工等领域的高温设备滑动部件，其转动副零件常常工作在高温、高负荷、真空及强氧化、强辐射等苛刻的条件下工作，从而实现了结构材料与润滑材料设计的一体化。本发明中铁粉价格相对较低，与纯镍基、钻基高温合金相比，材料具有较好的性价比优势。具有很好的实用性和经济性。
文档编号C22C33/02GK102965596SQ20121044323
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者李长生, 孙建荣, 唐华, 范有志, 钱周 申请人:镇江中孚复合材料有限公司