一种提高NiWCr铁基复合材料摩擦磨损性能的方法与流程

本发明属于金属材料深冷处理技术领域的领域，涉及一种提高NiWCr铁基复合材料摩擦磨损性能的深冷处理方法。

背景技术：

铁基合金由于较高性价比，其合金系列被广泛应用。铁基自润滑复合材料成分以Fe为主，加入Ni.Co,Cr,Mn,W,Mo元素在烧结过程中实现合金化，参与基体的形成，以进一步提高铁基摩擦材料的热稳定性和力学强度；添加摩擦剂：如石墨、金属硫化物、氟化物作为固体润滑剂可以保护对偶件，从而获得稳定的摩擦系数。但是随着固体润滑剂的加入，会使得复合材料的整体的机械性能大幅度降低，目前，通过在基体材质中添加陶瓷颗粒来增加耐磨性的方法来提升整体的机械耐磨性能，但是陶瓷的成本特别昂贵，不利于大范围的应用，近几年，通过添加稀土元素来提升材料的机械性能也有相关的报导，但是稀土元素成本高污染严重，不利于广泛的应用于工业。

深冷处理是将被处理工件置于特定的、可控的低温环境中，使材料的微观组织结构产生变化，从而达到提高或改善材料性能的一种新技术。被处理材料在低温环境下由于微观组织结构发生了改变，在宏观上表现为材料的耐磨性，尺寸稳定性，抗拉强度，残余应力等方面的提高，国内外学者对此开展了很多相关研究。随着深冷技术的发展和试验手段的完善，人们对深冷处理的研究逐步深入，材料除涉及钢铁材料外，现已延伸到粉末冶金、铜合金、铝合金及其它非金属材料(如塑料、尼龙等)。应用行业遍布于航空航天、精密仪器仪表、摩擦偶件、工模具、量具、纺织机械零件、汽车工业和军事科学等诸多领域。深冷处理技术的出现为低温学在工业中的实际应用和发展开辟了又一个广阔的研究领域。本文中所涉及到一种通过深冷处理提升自润滑材料机械性能的方法，无污染，操作简单方便，非常适合广泛的工业应用。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提高NiWCr铁基复合材料摩擦磨损性能，并克服现有方法存在的制备工艺复杂、注意事项繁多工艺参数要求高，成本急剧提高的缺陷，以及粉末冶金法难以控制烧结过程中晶粒长大的问题，而提供的一种NiWCr铁基复合材料摩擦磨损性能。

技术方案如下：

一种提高NiWCr铁基复合材料摩擦磨损性能的方法，步骤如下：

步骤1、将NiWCr合金粉、Cu粉、MoS₂、石墨粉和Fe粉按比例进行称量，然后以250r/min 转速进行12h的球磨混料，以60Mpa压制成型，再经过1100℃×1h的烧结；

步骤2、将烧结后的复合材料加热到950℃，保温1小时，油淬到室温，再进行深冷处理，然后升温到室温，再进行低温回火，保温2小时。

步骤1中，所述NiWCr合金粉质量分数为10～20％，Cu粉的质量分数为10～20％，MoS₂的质量分数为1～4％，石墨粉的质量分数为2～4％，Fe粉的质量分数为52～77％。

步骤2中，所述深冷处理的方法为以2-5℃/min的降温速率降到-180℃～-196℃，保温1～24小时。

步骤2中，所述升温到室温的速率为2～5℃/min。

步骤2中，所述低温回火的温度为150℃，在150℃下保温2小时。

步骤2中，在进行深冷处理时，所采用的深冷介质为液氮。

本发明的积极效果如下：

本发明一种提高NiWCr铁基复合材料摩擦磨损性能的深冷处理方法，相比传统的添加陶瓷颗粒，稀土元素的方法，具有成本低，污染小，可操作性强，非常适合大范围工业实际应用。本文所运用的冷却介质为液氮，液氮具有来源广，无毒无害，可持续应用。本发明处理的NiWCr铁基复合材料比原材料具有更好的物理和机械性能，硬度可提升187％，其具有更高的尺寸稳定性、更好的磨损性能等优点，可将自润滑材料的耐磨损性能提升70至80％，摩擦系数降低至0.09，非常具有实际生产意义。本发明工艺简单、可操作性强，克服现有方法存在的制备工艺复杂、注意事项繁多工艺参数要求高，成本急剧提高的缺陷，以及粉末冶金法难以控制烧结过程中晶粒长大的问题，在固体自润滑材料方面具有很大的应用前景。

附图说明

图1为实施例1处理的NiWCr铁基复合材料放大2000倍扫描电镜图；

图2为实施例3处理的NiWCr铁基复合材料放大1000倍扫描电镜图；

图3为实施例5处理的NiWCr铁基复合材料放大500倍扫描电镜图；

图4为实施例6处理的NiWCr铁基复合材料放大1000倍扫描电镜图；

图5为实施例1～6的样品的摩擦系数曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1

将10％的NiWCr合金粉、10％的Cu粉、1％的MoS₂、2％的石墨粉和77％的Fe粉按比例进行称量，然后以250r/min转速进行12h的球磨混料，以60Mpa压制成型，再经过1100℃×1h的烧结，将烧结后的复合材料加热到950℃，保温1小时，油淬到室温，然后以5℃/min 的降温速率降到-196℃，保温2小时，然后以5℃/min的升温速率到升温到室温，再进行150℃低温回火，保温2小时。如图1所示，烧结组织，致密均匀，润滑相掺杂在基体的组织之间，白色的颗粒散布在基体之上。

实施例2

将10％的NiWCr合金粉、20％的Cu粉、4％的MoS₂、4％的石墨粉和62％的Fe粉按比例进行称量，然后以250r/min转速进行12h的球磨混料，以60Mpa压制成型，再经过1100℃×1h的烧结，将烧结后的复合材料加热到950℃，保温1小时，油淬到室温，然后以3℃/min的降温速率降到-180℃，保温8小时，然后以5℃/min的升温速率到升温到室温，再进行150℃低温回火，保温2小时。

实施例3

将20％的NiWCr合金粉、10％的Cu粉、2％的MoS₂、1％的石墨粉和67％的Fe粉按比例进行称量，然后以250r/min转速进行12h的球磨混料，以60Mpa压制成型，再经过1100℃×1h的烧结，将烧结后的复合材料加热到950℃，保温1小时，油淬到室温，然后以2℃/min的降温速率降到-196℃，保温12小时，然后以5℃/min的升温速率到升温到室温，再进行150℃低温回火，保温2小时。如图2所示，马氏体出现在润滑相之间，并且白色的碳化物逐渐析出在基体之上，有利于进一步提升材料的耐磨性。

实施例4

将15％的NiWCr合金粉、15％的Cu粉、3％的MoS₂、3％的石墨粉和64％的Fe粉按比例进行称量，然后以250r/min转速进行12h的球磨混料，以60Mpa压制成型，再经过1100℃×1h的烧结，将烧结后的复合材料加热到950℃，保温1小时，油淬到室温，然后以5℃/min的降温速率降到-196℃，保温2小时，然后以5℃/min的升温速率到升温到室温，再进行150℃低温回火，保温2小时。

实施例5

将20％的NiWCr合金粉、20％的Cu粉、4％的MoS₂、4％的石墨粉和52％的Fe粉按比例进行称量，然后以250r/min转速进行12h的球磨混料，以60Mpa压制成型，再经过1100℃×1h的烧结，将烧结后的复合材料加热到950℃，保温1小时，油淬到室温，然后以2℃/min的降温速率降到-196℃，保温4小时，然后以2℃/min的升温速率到升温到室温，再进行150℃低温回火，保温2小时。如图3所示，基体主体逐渐转化为马氏体，并且大面积区域析出碳化物。

实施例6

将10％的NiWCr合金粉、10％的Cu粉、1％的MoS₂、2％的石墨粉和77％的Fe粉按比例进行称量，然后以250r/min转速进行12h的球磨混料，以60Mpa压制成型，再经过1100℃×1h的烧结，将烧结后的复合材料加热到950℃，保温1小时，油淬到室温，然后以5℃/min的降温速率降到-196℃，保温24小时，然后以5℃/min的升温速率到升温到室温，再进行150℃低温回火，保温2小时。如图4所示，经过深冷处理之后，组织均匀，且析出碳化物弥散分布，有利于机械性能的提升。

表1不同实施例提升的NiWCr铁基复合材料的性能参数

摩擦学性能是在MFT-5000摩擦试验机上进行的，实验参数为载荷15kg、线速度8mm/s，往复距离5mm，时间10min。如图5所示，经过深冷处理，材料的摩擦系数降低，且整个摩擦系数处于一个较低的水平，在0.095至0.14之间。