一种镍铝/氧化铜高温自润滑复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种NiAl/CuO高温自润滑复合材料及其制备方法，该材料具有良好 的高温润滑抗磨性能和强度，在高温、高载、无油等苛刻环境下作为自润滑材料具有良好的 应用前景。
【背景技术】
[0002] 高温是机械运动的最苛刻环境，部件将受到氧化、腐蚀和磨损的交互作用，同时材 料的力学性能也会大幅度下降，导致材料加速失效。因此，高温润滑耐磨问题通常是整个系 统可靠性和寿命的关键。随着现代工业的迅猛发展，对高性能高温自润滑材料与技术具有 巨大的需求。
[0003] NiAl金属间化合物具有长程有序的B2结构，兼具金属和陶瓷的优良性能，如强度 高、抗氧化性好、导热率大等一系列特点，特别是其熔点高达1638°C，比一般的镍基高温合 金高300-350°C，而其密度（5.86g/cm 3)仅为镍基高温合金的2/3,即使合金化，其密度也在 6. Og/cm3左右，从而可有效地提高比强度，成为镍基高温合金良好的替代材料。NiAl金属 间化合物作为高温材料已在很多领域中得到应用，如高温模具、切割工具、抗氧化涂层、高 温轴承、气体涡轮发动机中的活塞和阀门等各种部件。由于NiAl材料优异的高温性能，其 非常适合作为高温自润滑材料的基体材料而推广和应用。
[0004] NiAl金属间化合物材料在无润滑的条件下摩擦系数较高，然而作为运动部件应用 就必须对其进行有效的润滑设计。在高温条件下，常规的液体润滑技术很难实施，而表面固 体润滑技术又存在寿命问题或者需要不断的补充，在这种极端苛刻条件下最具潜力的润滑 方式是自润滑。
[0005] 关于镍基高温自润滑复合材料已有专利公开报道。中国专利CN102102155A公开 了一种镍铝/石墨的自润滑材料，与Al 3O3配副时，25°C摩擦系数在0. 31-0. 37,600°C摩擦 系数在0. 42-0. 48,高温时摩擦系数较高，更高温度的摩擦磨损性能并为报道。中国专利 CN101463439B公开了一种镍铝金属间化合物基高温自润滑复合材料的制备方法，与Si3N4 配副时，室温至l〇〇〇°C的摩擦系数小于0. 35。中国专利CN103752819A公开了一种镍铝/ 二硫化钨/纳米石墨烯的自润滑材料的室温摩擦学性能，而对高温摩擦学性能无报道。这 三个发明专利均为镍铝材料作为结构材料，但以NiAl-Cr(Mo)合金为基体且氧化铜作为高 温润滑剂还未见公开报道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于通过加入CuO来改善NiAl材料的高温减摩抗磨性能，制备具有 良好高温自润滑性能的NiAl基自润滑复合材料，该材料主要用于制作高温环境下使用的 滑动部件。
[0007] -种镍铝/氧化铜高温自润滑复合材料，其特征在于该材料包含质量百分数为 60~90%的NiAl合金和质量百分数为10~40%的CuO。
[0008] 所述NiAl合金的组成及其质量百分含量为：Ni :40%、A1 :18%、Cr :30%和Mo : 12%。
[0009] -种镍铝/氧化铜高温自润滑复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：将 NiAl合金粉末和CuO粉末置于球磨机中干混合得到NiAl/CuO复合粉末，将混合后的复合粉 末装入石墨模具，置于真空热压烧结炉中进行热压成型烧结，烧结完成后炉冷至室温，得到 块体NiAl/CuO高温自润滑复合材料。
[0010] 所述NiAl合金粉末为雾化合金粉末，其粒径为40~70 μ m。
[0011] 所述CuO粉末的粒径为40~70 μ m。
[0012] 所述干混合的时间为4~8小时，球料比为8:1，磨球为WC (碳化钨硬质合金)球， 转速为200~300r/min。
[0013] 所述烧结的升温速率为10~20°C /min，真空度为10_2~10，a，烧结温度为 1100~1300°C，烧结压力为20~40MPa，烧结时间为10~30min。
[0014] 采用显微硬度计测试材料的硬度，测定条件为，载荷300g，加载持续时间10s。采 用万能材料试验机测试材料的室温压缩性能，试样尺寸为Φ3Χ5πιπι，恒位移速率为0.1 mm/ min。摩擦磨损试验是在ΗΤ-1000球盘接触式高温摩擦磨损试验机上进行的，盘为本发明的 材料，尺寸为18. 5 X 18. 5mm3,对偶为Φ 6mm的Si3N4球。载荷10N，滑动速率0. 2m/s，旋转半 径5mm，运行时间30分钟。测试温度为室温、600、800和1000°C。
[0015] 本发明的特点之一是，材料高温润滑性能良好且抗磨损性能优良。
[0016] 本发明的特点之二是，材料硬度和强度高，润滑剂在基体中分布均匀，组织结构均 匀。
[0017] 本发明的特点之三是，材料耐热性好，氧化稳定性高。
[0018] 本发明的特点之四是，通过调整材料组成可以调控材料性能。
[0019]
【具体实施方式】： 实施例1 : 按照质量百分数85%NiAl合金粉末和15%Cu0粉末，分别称取两种粉末材料，将其置于 行星式球磨机中干混合，转速为250r/min，球料比为8: 1，磨球为WC球，球磨时间为6小时， 获得混合均匀的NiAl/CuO混合粉末。将该混合粉末装入涂有BN (六方氮化硼）的石墨模 具中，然后放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，炉腔真空度为KT2~KT1Pa,升温速率为 12°C /min，烧结温度为1100°C，烧结压力为35MPa，烧结时间为30min。烧结完成后随炉冷 却至室温，得到致密的NiAl - 15%Cu0高温自润滑复合材料。
[0020] 经测试，材料的显微维氏硬度为4. 77GPa，抗压强度1335MPa，摩擦系数和磨损率 如下表所示。
【主权项】
1. 一种镍铝/氧化铜高温自润滑复合材料，其特征在于该材料包含质量百分数为60~ 90%的NiAl合金和质量百分数为10~40%的CuO。
2. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述NiAl合金的组成及其质量百分含量 为：Ni :40%、Al : 18%、Cr :30% 和 Mo : 12%。
3. 如权利要求1或2所述复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：将NiAl合 金粉末和CuO粉末置于球磨机中干混合得到NiAl/CuO复合粉末，将混合后的复合粉末装 入石墨模具，置于真空热压烧结炉中进行热压成型烧结，烧结完成后炉冷至室温，得到块体 NiAl/CuO高温自润滑复合材料。
4. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述NiAl合金粉末为雾化合金粉末，其 粒径为40~70 ym。
5. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述CuO粉末的粒径为40~70 y m。
6. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述干混合的时间为4~8小时，球料比 为8:1，磨球为WC球，转速为200~300r/min。
7. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述烧结的升温速率为10~20°C /min， 真空度为KT2~KT1Pa,烧结温度为1100~1300°C，烧结压力为20~40MPa，烧结时间为 10 ~30min〇
【专利摘要】本发明公开了一种镍铝/氧化铜高温自润滑复合材料，该材料包含质量百分数为60～90%的NiAl合金和质量百分数为10～40%的CuO。本发明还公开了该复合材料的制备方法，采用机械合金化制备粉体材料，然后用真空热压烧结技术制备块体材料。该复合材料具有良好的高温润滑抗磨性能和强度，在高温高载等苛刻环境下作为自润滑材料具有良好的应用前景。
【IPC分类】C22C1-05, C22C30-02, C22C32-00
【公开号】CN104878272
【申请号】CN201510156154
【发明人】朱圣宇, 杨军, 刘维民, 程军, 乔竹辉, 尹兵
【申请人】中国科学院兰州化学物理研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月3日