[发明专利]一种ZrO2–MoS2–CaF2高温自润滑耐磨材料

说明书

技术领域

本发明叙述了一种在室温至1000°C温度范围内均具有良好的润滑与耐磨损性能的ZrO₂–MoS₂–CaF₂高温自润滑耐磨材料。

背景技术

航空航天以及其它高端装备领域的发展对高温耐磨材料和高温自润滑技术提出越来越高的要求。通常，材料对于温度非常敏感，高温时材料的很多性能将变化，解决高温下材料的润滑与耐磨问题具有极大的挑战性。高温减摩抗磨技术是航空航天和先进制造等重大装备可靠性、稳定性和长寿命运行的关键难题之一。目前急需发展宽温域（室温到1000°C）范围内均具有优异摩擦学性能的高温自润滑材料以满足航空航天及其它高新技术领域的发展对高温耐磨材料和高温自润滑技术提出的越来越高的要求。在高温自润滑耐磨复合材料方面，目前广泛报道的主要是镍基合金和镍铝金属间化合物基高温自润滑复合材料。

CN1073727A公开了一种镍基高温自润滑材料，该材料选用镍、铬、钨、钼、铝、钛、硼作为自润滑复合材料的基体，加入适量的银和石墨为润滑相，在600°C时的摩擦系数为0.14~0.16，磨损率为2.25~2.37×10^–5mm³/Nm。CN1360075公开了一种主要由Co、Fe和Nb固溶强化的镍基固溶体为基体相，NbC或Nb₂C等碳化物为硬质耐磨相和NbSe₂或Nb_xSe₂(X＝1.0～1.1)二硒属化合物为润滑相构成的镍基自润滑材料，该材料适合制作在大气、真空及惰性气氛环境中，20°C~600°C温度内工作的摩擦学部件。CN101613817B公开了一种镍铝基复合材料作为高温自润滑耐磨材料，该材料以Al₂O₃和TiC陶瓷颗粒相增强，在700°C~900°C高温摩擦学性能优异，摩擦系数为0.22~0.29，磨损率为8.5~20×10^–5mm³/Nm。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，该复合材料实现了从室温到1000°C的宽温域范围内的连续润滑，摩擦系数小于0.35，磨损率小于5.0×10^–5mm³/Nm。但是，金属材料在高温下使用时强度会明显降低且耐热性变差，会影响使用寿命。

高温结构陶瓷是一种可以在1000°C长时间工作且具有高强度和耐腐蚀性的材料，如CN103073268A公开了一种氧化铝陶瓷自润滑复合材料及其制备方法，该氧化铝陶瓷自润滑复合材料在室温、500°C和800°C下与氧化锆陶瓷对磨时的摩擦系数分别为0.42、0.53和0.51，但该材料摩擦系数较高且氧化铝的断裂韧性较低限制了其应用。ZrO₂陶瓷高温蠕变小、热导率低和热稳定性好（部分稳定ZrO₂），例如，ZrO₂陶瓷的热导率比其它陶瓷低的多，纯ZrO₂陶瓷致密烧结体变形温度高达2400°C~2500°C，且热膨胀系数与金属较为接近。此外，氧化锆陶瓷因具有相变增韧效应而具有较高的韧性，是高温自润滑材料的理想基体。Wear258,1444-1454(2005)公开报道了一种ZrO₂(Y₂O₃)–CaF₂–Ag复合材料，当该复合材料含有质量分数35%的Ag和30%的CaF₂时在室温到1000°C的温度范围内均具有较好的摩擦学性能，但是由于使用了大量的贵金属Ag，该材料的力学性能严重下降，并且成本显著升高而限制了其应用，目前仍然缺乏一种摩擦学性能接近工业使用值的ZrO₂基高温自润滑材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZrO₂–MoS₂–CaF₂高温自润滑耐磨材料。

本发明选择高温力学性能优异的ZrO₂陶瓷作为高温自润滑耐磨复合材料的基体，选择MoS₂和CaF₂作为固体润滑剂，制备一种ZrO₂-MoS₂-CaF₂高温自润滑耐磨复合材料。