[发明专利]一种NiAl基固体自润滑复合材料及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种以Ag和Mo-B-O-Zr-Cr五元板状晶体为润滑相的NiAl基固体自润滑复合材料及其制备工艺。

背景技术

随着航空、航天及汽车工业的快速发展，一些极端工况条件如高温、超高真空、强辐射等环境下的运动部件对固体自润滑复合材料提出了更高的要求，推动着固体自润滑复合材料的快速发展。因此，研发新型耐高温固体自润滑材料成为一种必要。NiAl基金属材料因具有熔点高、密度低、热导率大和抗氧化性能优异等特点，而受到一些科研研究工作者的广泛重视。（董虹星，贺跃辉.金属间化合物NiAl的研究进展[J]. 中南大学学报(自然科学版)，2007(6): 83-88. 周健，郭建亭，李谷松. Ag对NiAl合金组织和性能的影响[J]. 材料工程，2002(3):5-11. [3] Shi，X. L.，Zhai，W. Z.，Wang，M.，Xu，Z. X.，Yao，J.，Song，S. Y. and Wang，Y. Tribological Behaviors of NiAl Based Self-Lubricating Composites Containing Different Solid Lubricants at Elevated Temperatures[J]. Wear，2014(310): 1–11.）。然而，NiAl基金属材料的摩擦学性能较差，限制了其在航空、航空及汽车工业的进一步发展。

近年来，一些摩擦学研究工作者对NiAl金属间化合物的摩擦学性能进行了一系列的研究。J.A. Hawk等人将不同含量和尺寸的TiB₂颗粒加入NiAl合金中，采用真空烧结等技术制备出来NiAl基固体自润滑复合材料（NiAl-TiB₂），并对其摩擦学性能进行测试。研究结果表明，固体自润滑复合材料NiAl-TiB₂的磨损量随TiB₂添加量的增加而减小。（J.A. Hawk，D.E. Alman. Abrasive wear behavior of NiAl and NiAl-TiB₂ composites[J]. Wear，1999，225(1):544-556.）王振生等人研究了原位内生NiAl-Al₂O₃-TiC与SiC陶瓷盘配副在600-900℃下的摩擦磨损特性。研究结果表明：在700-900℃范围内，由于在磨痕表面上生成了具有自润滑性能的润滑层，导致了NiAl-Al₂O₃-TiC的自润滑性能得到显著提高，多次摩擦测试表明所得摩擦系数和磨损率均低于Ni基高温合金。（王振生，周兰章，郭建亭，等. 原位内生NiAl-Al₂O₃-TiC的高温磨损特性[J]. 摩擦学学报，2008，28(6):497-502.）周兰章等人采用Ni粉、Al 粉、TiO₂粉和碳黑做为原材料，通过采用真空热压原位合成的工艺制备NiAl-Al₂O₃-TiC复合材料，在载荷不超过30N，最大滑动速度不超过0.5m/s，环境温度700-900℃的工况下具有优异的高温自润滑性能和耐磨性能。(周兰章，王振生，郭建亭等.一种镍铝基复合材料作为高温自润滑耐磨材料的应用. 中国发明专利，专利申请号200810012052.5，申请日期：2008-06-27.)

以往的制备工艺主要集中在通过向NiAl基体中添加固体润滑剂制备复合材料、在NiAl基体表面沉积润滑涂层、在NiAl基体中掺杂增强相或原位合成单纯增强相。然而，复合材料中润滑剂的添加量少，对润滑性能改善效果不明显；而润滑剂添加量过多，则会使材料的力学性能下降。导致了对润滑剂与基体的润湿性很难控制，难以保证润滑剂在复合材料制备过程中的稳定性。而润滑涂层寿命较短，涂层一旦失效将破坏摩擦副间的润滑性能。（李建亮. 宽温域固体润滑材料及涂层的高温摩擦学特性研究[D]. 南京理工大学，2009.9.）