[发明专利]一种Ni基合金/陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及复合材料，特别涉及一种Ni基合金/陶瓷复合材料及其制备方法；述Ni基合金/陶瓷复合材料由Ni基合金和三元层状MAX相陶瓷组成，其中M为过渡族元素，A主要为ⅢA和ⅣA族元素，X为C或N，本发明Ni基合金/三元层状MAX相陶瓷复合材料室温下的摩擦系数在0.40‑0.50，600℃高温下的摩擦系数在0.35‑0.40，与现有Ni基高温合金的摩擦系数基本相同；Ni基合金/三元层状MAX相陶瓷复合材料在室温下和600℃高温下的磨损率均在10^‑5mm³/N·m数量级，远小于现有Ni基高温合金的磨损率。

技术领域

本发明涉及复合材料，特别涉及一种Ni基合金/陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

Ni基合金是在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金，其主要成分为Ni-Cr高温合金。Ni基合金适合长时间在高温下工作，并且在中、高温度下具有优异综合性能，对于航空航天材料减小飞行器之间的摩擦损耗及延长飞行器的寿命具有极为重要的作用，但在高温下摩擦性能差，摩擦系数和磨损率都很高。

Ni基合金的摩擦系数强烈依赖于服役条件，在室温下摩擦系数在0.5-0.6之间，磨损率为10^-4mm³/N·m，摩擦性能很差。当服役条件在400℃以上时，摩擦系数有所降低为0.4-0.5,磨损率为10^-4mm³/N·m，摩擦性能也比较差。鉴于Ni基高温合金在广域温度下摩擦磨损性能差的现状，研究人员进行了大量的研究，通过在Ni基高温合金中引入增韧相来提高Ni基高温合金的摩擦磨损性能，一般添加的增韧相为WC、VC、TiC或Al₂O₃等，虽然一定程度上提高了Ni基合金材料的摩擦磨损性能，但是仍不理想。另外，现有制备Ni基合金材料的制备工艺烧结温度较高，在制备复合材料时，不利于材料的烧结致密。

针对以上现象，需要一种在Ni基合金中添加一种新的润滑相，不但可以改善Ni基合金材料的摩擦磨损性能，同时能够承受Ni基合金复合材料制备过程中的高温情况。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有Ni基合金在室温至600℃的广域温度下摩擦磨损性能差，及现有制备工艺烧结温度高的问题，本发明提供了一种Ni基合金/三元层状MAX相陶瓷复合材料及其制备方法。

本发明提供了一种Ni基合金/陶瓷复合材料，所述Ni基合金/陶瓷复合材料由Ni基合金和三元层状MAX相陶瓷组成，所述三元层状MAX相陶瓷包含M、A和X三类元素，其中M为过渡族元素金属，A主要为ⅢA和ⅣA族元素，X为C或N。

本发明的进一步改进在于：所述Ni基合金/陶瓷复合材料中Ni基合金和三元层状MAX相陶瓷的质量比为4：1。

本发明的进一步改进在于：所述Ni基合金/陶瓷复合材料中Ni基合金为Ni-Cr高温合金，其中Ni：Cr的质量比为4：1。

本发明的进一步改进在于：所述Ni基合金/陶瓷复合材料中三元层状MAX相陶瓷包含M₂AX陶瓷和M₃AX₂陶瓷，其中M为Cr、V、Ti、Nb、Ta中的一种，A为Al或Si，X为C或N，所述三元层状MAX相陶瓷为Cr₂AlC，Ti₂AlC，Ti₃AlC₂，Nb₂AlC，Ta₂AlC，Ti₃SiC₂中一种或多种的组合。