[发明专利]一种添加WS2的高温耐磨自润滑复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐高温、耐磨的金属基自润滑复合材料，尤其涉及一种添加WS₂的高温耐磨自润滑复合材料及其制备方法，属于轴承合金材料领域。

背景技术

航空航天工业、核工业、冶金及化工等领域，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，工作环境已远超过一般润滑油、润滑脂的使用极限。一般的润滑油脂在高温环境下都容易碳化、蒸发失效。

在高温、高速负载下运转的无油自润滑轴承、密封环等零部件材料要求强度好、自润滑性能好、耐腐蚀、减震降噪、抗异物侵入损伤等，一直是新型轴承研究开发的重点方向之一。如轧钢设备中的运输辊子轴承，工作在大冲击、高温等恶劣工况中。以往使用的滚动轴承易失效、寿命短、维护周期短，需要设计出机械性能与摩擦性能较优的滑动轴承代替，因而研究高温耐磨自润滑材料具有重要意义。

现有技术中高温耐磨材料是由耐高温基金属粉末和其他减摩组元材料压制、烧结、整形而成。一般的铁基和铜基由于强度不够，难以胜任轧钢环境的摩擦磨损，而W、Mo等难溶合金为基体的复合材料，成本太高，企业难以接受。

CN1125776A公开了一种钨-铜-镍-碳高温耐磨合金，并用其制成的制品，解决了合金或零件在高温、特别在急冷急热得作业中耐磨性能差、使用寿命短等问题。该合金的组成（重量百分含量）为15~60%WC，15~30%Cu，1~5%Ni，1~6%C，余量为W，该合金还可以添加其它添加剂，例如MoC等，以进一步提高其硬度和耐磨性。但是W含量较高，生产成本大幅提高，不利于规模化应用，同时，该合金的耐高温性能一般。

CN1772934A公开了一种高温耐磨合金，属于合金技术领域。该合金由如下重量比例的元素熔炼而成：Cu：5.3%、Mg：0.7%、Si：1.5%、Mn：3.3%、Zr：3.7%、Co：0.5%、Cr：3.5%、Ti：0.7%、S：0.6%、Fe：15%，余量为Al。该合金具有较好的高温耐磨性，但是其自润滑性较差。

CN101067185A公开了一种高温长寿自润滑耐磨合金材料。该自润滑材料的具体化学成分组成（质量%）为：C 0.35~0.45%，Si 0.9~1.2%，Mn 6.5~8.0%，Cr 15~16.5，Mo 0.35~0.45%，Cu 0.8~1.2%，Al 4.5~5.5%，S 0.25~0.45%，N0.01~0.10%，V 0.15~0.20%，B 0.05~0.15%，RE 0.01~0.15%，P≤0.025%，Ni≤0.3%，余量为铁。该合金材料具有优良的耐磨性能和减摩性能、使用寿命长等优点。但是该合金材料采用了大量的铁，铁基体本身强度较差，影响了其最终的高温力学性能。

现有的合金材料高温耐磨能力不足，无法同时满足耐高温、耐磨且自润滑的要求，并且存在着寿命短、维护难等缺点，尤其对于一些要求无油润滑的场合，现有合金材料无法满足其使用要求，因此，研究一种耐温、耐磨且自润滑性好的复合材料迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种添加WS₂的高温耐磨自润滑复合材料。

本发明通过选用耐高温的基体材料，进行合理的材料配方设计，以最大限度地提高合金材料的综合技术性能，制备一种使用温度达400℃以上的摩擦系数低、耐磨损性能好、使用寿命长、自润滑的复合材料。

所述添加WS₂的高温耐磨自润滑复合材料，其按质量百分比包括：

自润滑复合材料的摩擦学设计思想立足于对复合材料各组分进行调整和优化,达到协同效应，使复合材料在摩擦过程中产生的氧化物膜具有减摩特性。

根据上述指导，选择的复合材料各组分由强度高的硬质相，结合牢固的粘结相和分散均匀的润滑相组成，使各组分的优点特征融合于一体中，制备成综合性能较好的材料。

Fe-Cr复合材料的耐磨性较好，但是塑性较差，影响加工性能。Ni元素在改善复合材料的塑性方面具有独特的优势，通过添加Ni元素改善Fe-Cr-Ni复合材料的塑性，有利于复合材料的强化。采用Fe-Cr-Ni高温合金为集体，具有很好的高温机械性能、韧性以及减摩耐磨性。

铜作为粘结相，在烧结过程中高温熔化的铜迅速填充气孔达到致密化烧结，提高了复合材料的密度和强度。