一种含有锆酸锶的高温润滑复合材料及其制备方法
【专利摘要】一种含有锆酸锶的高温润滑复合材料，按质量百分含量比，其特征在于，包括以下组分：镍：49.28～54.32%，铬：12.32～13.58%，纳米钇稳定氧化锆：26.4～29.1%，硫酸锶：3～12%，其制备方法的步骤为：采用干法球磨工艺将上述各组分的粉末混合，将混合后粉末在石墨模具中冷压预成型，然后在真空热压烧结炉中进行热压烧结，即可基于固相反应制备含有锆酸锶的高温润滑复合材料；该材料在800～1000℃范围内具有优异的摩擦学性能，制备方法简单，制备过程中工艺参数容易控制，可用于解决航天发动机、燃气机、石油钻机相关运动部件的高温润滑问题。
【专利说明】
一种含有锆酸锶的高温润滑复合材料及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明属于高温润滑材料领域，涉及一种含有锆酸锶的高温润滑复合材料，本发 明还涉及基于固相反应制备该高温润滑复合材料的方法，特别适用于解决800~1000 tC范 围内相关运动部件的润滑问题。
【背景技术】
[0002] 随着航天航空、石油工业、核技术等领域要求材料在高温、高速、重载等苛刻环境 下工作，尤其对用于关键运动部件的润滑材料的使用工况要求愈加苛刻，例如，在高速运转 过程中产生的摩擦热使得材料表面温度高达1280°C，即要求润滑材料在高温下具有连续、 稳定的摩擦系数和可靠的耐磨性。为了避免材料在变温条件下摩擦演变过程中所引起的严 重损耗甚至永久损害，迫切需要开发新型的高温润滑材料解决相关运动部件的交变温度下 磨损失效问题，已经成为当今摩擦学领域的前沿课题之一。运用固体润滑技术设计制备高 温下具有优异摩擦学性能的新型润滑材料是解决相关运动部件高温磨损失效问题的有效 途径，对于航天航空、石油工业、能源等领域的发展具有十分重要的意义。
[0003] 目前，大多数的高温润滑材料通过复配不同固体润滑剂以实现在变温条件下连续 润滑。但是，固体润滑剂与金属陶瓷基体相的润湿性不匹配不仅破坏了金属陶瓷基体相的 连续性，而且还降低了烧结复合材料的强度和耐磨性，例如，在烧结温度较高时，一些固体 润滑剂(如MoS 2, WS2)会发生分解，将严重破坏烧结复合材料的润滑性能。因此，改善固体润 滑剂与基体材料之间的润湿性则是增强基体与固体润滑剂之间的界面结合和改善润滑材 料力学性能和摩擦学性能的关键技术手段之一，针对固体润滑剂与金属陶瓷基体相的润湿 问题，基于摩擦表面发生摩擦化学反应生成润滑物质的观点，采用固相反应的方法制备了 含有锆酸锶的高温润滑材料，用于解决航天发动机、燃气机、石油钻机等相关运动部件的高 温磨损失效问题。
【发明内容】
[0004] 为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含有锆酸锶的高温润滑 复合材料及其制备方法，具有烧结反应稳定、制备工艺简单、应用前景广阔的特点。
[0005] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种含有锆酸锶的高温润滑复合 材料，按质量百分含量比，其特征在于，包括以下组分：镍：49.28~54.32%，铬：12.32~ 13 · 58%，钇稳定氧化锆：26 · 4~29 · 1%，硫酸锶：3~12%。
[0006] 所述的镍、铬为元素粉末或为80Ni-20Cr合金粉，所述的钇稳定氧化锆为纳米粉 末，所述的硫酸锶为粉末。
[0007] 所述的含有锆酸锶的高温润滑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 首先，将纯度大于99.0%的Ni粉末49.28~54.32%与Cr粉末12.32~13.58%混合，将上 述混合物采用干法球磨10小时，转速200-300r/min，球料比10:1; 其次，将粉末纯度大于99.0%的由91.5%Zr〇2和8.5% Y2〇3组成的纳米钇稳定氧化锆 (Zr02-5mol%Y2〇3)26.4~29.1%与硫酸锶（SrS〇4)粉末3~12%混合，并加入上步骤的混合物 中，再将所得的混合物采用干法球磨工艺，得到混合粉末； 最后，称取适量的上一步获得的混合粉末放入石墨模具中进行冷压预成型，将石墨模 具放入真空热压烧结炉中进行热压烧结，真空度I .OX HT2Pa,烧结温度为1150°C，达到温度 后施加正压力20~25MPa，保温保压时间为50~90min，随炉自然冷却，即可基于固相反应制 备含有锆酸锶的高温润滑复合材料。
[0008] 本发明的有益效果是： 1)本发明的高温润滑材料采用热压进行烧结，烧结反应稳定，且制备的含有锆酸锶的 高温润滑材料在800~1000 tC具有优异的摩擦学性能。采用球盘接触式高温摩擦试验机测 试材料的摩擦学性能，盘为本发明的材料，球为φ 3mm氧化铝球，试验条件如下，载荷10N，滑 动速度〇. lm/s，运行时间Ih，大气环境，测试温度为800°C和1000°C，其摩擦性能见下表：
不反明的市?奋丄乙何早，通SK力和丄乙的调塋，柯科?'王酡口」调设，作73肌大反动 机、燃气机、石油钻机等相关尚温、尚速运动部件具有广阔的应用如景。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明含有锆酸锶的高温润滑复合材料的X-射线衍射图谱。
[0010]图2是本发明实施例4制备的含有锆酸锶的高温润滑复合材料的800°C摩擦系数-时间曲线。
[0011] 图3是本发明实施例4制备的含有锆酸锶的高温润滑复合材料的1000 tC摩擦系数-时间曲线。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0013] 实施例1 含有锆酸锶的高温润滑复合材料，按质量百分比，包括以下组分:Ni : 50.4%，Cr: 12.6%， Zr〇2_5mol%Y2〇3:27%，SrSO4:10%。
[0014] 实施例2 含有锆酸锶的高温润滑复合材料，按质量百分比，包括以下组分：Ni :54.32%，Cr: 13 · 58%，Zr〇2_5mo 1%Υ2〇3:29 · 1%，SrSO4:3%〇
[0015] 实施例3 含有锆酸锶的高温润滑复合材料，按质量百分比，包括以下组分：Ni :49.28%，Cr: 12 · 32%，Zr〇2_5mo I %Υ2〇3:26 · 4%，Sr SO4:12% 〇
[0016] 实施例4 含有锆酸锶的高温润滑复合材料，按质量百分比，包括以下组分:Ni : 53.2%，Cr: 13.3%， Zr〇2-5mol%Y2〇3:28 · 5%，SrS〇4:5%。
[0017] 实施例5 含有锆酸锶的高温润滑复合材料的制备方法，包括以下步骤： 首先，将纯度大于99.0%的Ni粉末50.4%与Cr粉末12.6%混合，将混合物在行星式高能 球磨机(QM-1SP2,中国）上采用干法球磨工艺混合，球磨时间10h，转速300r/min，球料比 10:1； 其次，将粉末纯度大于99.0%的由91.5%Zr02和8.5% Y2O3所组成的Zr〇2-5mol%Y2〇3纳米 粉末27%与SrS〇4粉末10%混合，并加入上步骤的混合物中，再将该混合物采用干法球磨工 艺，得到混合粉末； 最后，称取65g的上述混合粉末放入石墨模具中进行冷压预成型，将石墨模具放入真空 热压烧结炉中进行热压烧结，先抽真空至1.〇乂1〇_知，然后升温到1150°(：，达到温度后施加 正压力25MPa，保温保压时间为60min，随炉自然冷却，即可基于固相反应制备含有锆酸锶的 高温润滑复合材料。
[0018] 实施例6 含有锆酸锶的高温润滑复合材料的制备方法，包括以下步骤： 首先，将纯度大于99.0%的Ni粉末54.32%与Cr粉末13.58%混合，将混合物在行星式高 能球磨机(QM-1SP2，中国）上采用干法球磨工艺混合，球磨时间IOh，转速200r/min，球料比 10:1； 其次，将粉末纯度大于99.0%的由91.5%Zr02和8.5% Y2O3所组成的Zr〇2-5mol%Y2〇3纳米 粉末29.1%与SrS〇4粉末3%混合，并加入上步骤的混合物中，再将该混合物采用干法球磨工 艺，得到混合粉末； 最后，称取65g的上述混合粉末放入石墨模具中进行冷压预成型，将石墨模具放入真空 热压烧结炉中进行热压烧结，先抽真空至1.〇乂1〇_知，然后升温到1150°(：，达到温度后施加 正压力20MPa，保温保压时间为50min，随炉自然冷却，即可基于固相反应制备含有锆酸锶的 高温润滑复合材料。
[0019] 实施例7 含有锆酸锶的高温润滑复合材料的制备方法，包括以下步骤： 首先，将纯度大于99.0%的Ni粉末49.28%与Cr粉末按13.58%混合，将混合物在行星式 高能球磨机(QM-1SP2，中国）上采用干法球磨工艺混合，球磨时间IOh，转速300r/min，球料 比10山 其次，将粉末纯度大于99.0%的由91.5%Zr02和8.5% Y2O3所组成的Zr〇2-5mol%Y2〇3纳米 粉末26.4%与SrS〇4粉末12%混合，并加入上步骤的混合物中，再将该混合物采用干法球磨工 艺，得到混合粉末； 最后，称取65g的上述混合粉末放入石墨模具中进行冷压预成型，将上述石墨模具放入 真空热压烧结炉中进行热压烧结，先抽真空至1.0乂10_如，然后升温到1150°(：，达到温度后 施加正压力25MPa，保温保压时间为90min，随炉自然冷却，即可基于固相反应制备含有锆酸 锶的高温润滑复合材料。
[0020] 实施例8 含有锆酸锶的高温润滑复合材料的制备方法，包括以下步骤： 首先，将纯度大于99.0%的Ni粉末53.2%与Cr粉末13.3%混合，将混合物在行星式高能 球磨机(QM-1SP2,中国）上采用干法球磨工艺混合，球磨时间10h，转速250r/min，球料比 10:1； 其次，将粉末纯度大于99.0%的由91.5%Zr02和8.5% Y2O3所组成的Zr〇2-5mol%Y2〇3纳米 粉末28.5%与SrS〇4粉末5%混合，并加入上步骤的混合物中，再将该混合物采用干法球磨工 艺，得到混合粉末； 最后，称取65g的上述混合粉末放入石墨模具中进行冷压预成型，将石墨模具放入真空 热压烧结炉中进行热压烧结，先抽真空至1.〇乂1〇_知，然后升温到1150°(：，达到温度后施加 正压力25MPa，保温保压时间为60min，随炉自然冷却，即可基于固相反应制备含有锆酸锶的 高温润滑复合材料。
【主权项】
1. 一种含有锆酸锶的高温润滑复合材料，按质量百分含量比，其特征在于，包括以下组 分:镍:49 · 28~54 · 32%，铬：12 · 32~13 · 58%，钇稳定氧化锆：26 · 4~29 · 1%，硫酸锶：3~12%。2. 根据权利要求1所述的一种含有锆酸锶的高温润滑复合材料，其特征在于，所述的 镍、铬为元素粉末或为80Ni-20Cr合金粉，所述的钇稳定型氧化锆为纳米粉末，所述的硫酸 锶为粉末。3. 根据权利要求1或2所述的含有锆酸锶的高温润滑复合材料的制备方法，其特征在 于，包括以下步骤： 首先，将纯度大于99.0%的Ni粉末49.28~54.32%与Cr粉末12.32~13.58%混合，将上 述混合物采用干法球磨10小时，转速200-300r/min，球料比10:1; 其次，将粉末纯度大于99.0%的由91.5%Zr02和8.5% Y2〇3所组成的纳米钇稳定氧化锆和 硫酸锶按纳米钇稳定氧化锆26.4~29.1%与硫酸锶3~12%混合，并加入上步骤的混合物中， 再将所得的混合物采用干法球磨工艺，得到混合粉末； 最后，称取上一步获得的混合粉末放入石墨模具中进行冷压预成型，将石墨模具放入 真空热压烧结炉中进行热压烧结，真空度1.0 X l(T2Pa，烧结温度为1150°C，达到温度后施加 正压力20~25MPa，保温保压时间为50~90min，随炉自然冷却，即可基于固相反应制备含有 锆酸锶的高温润滑复合材料。
【文档编号】C22C1/10GK106086524SQ201610456874
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】刘峰, 张骁勇, 曹伟锋, 周勇
【申请人】西安石油大学