[发明专利]一种自润滑钛铝复合材料

说明书

本申请公开了一种具有合金基质的复合材料，所述合金基质包括钛、铝、铌、锰、硼和碳。所述复合材料按原子百分比计包括40.0％至50.0％的Al，1.0％至8.0％的Nb，0.5％至2.0％的Mn，0.1％至2.0％的B和0.01％至0.2％的C。所述复合材料掺杂有固体润滑剂，如MoS₂、ZnO、CuO、六方氮化硼(hBN)、WS₂、AgTaO₃、CuTaO₃、CuTa₂O₆或其组合。由所述复合材料构成的部件表现出增加的室温延展性和降低的断裂倾向性，从而产生改进的耐用性。

相关申请交叉引用

本申请要求2018年2月26日提交的名称为“A Self Lubricating TitaniumAluminide Composite Material”的共同拥有和共同待审的美国临时申请系列号62/635,211的优先权，其整体通过引用并入本申请。

发明领域

本发明一般涉及掺杂有高温固体润滑剂的钛铝复合材料，所述钛铝复合材料呈现出改善的室温延展性、自润滑性和低摩擦系数，而不牺牲诸如低密度、低磨损、抗蠕变性和抗氧化性的有利特性。

发明背景

钛铝合金由于其高强度、轻质和低密度、以及其蠕变和氧化特性而成为航空航天和汽车工业中部件生产的合理选择。其轻质和低密度有助于减少航空航天和汽车应用中的结构重量。然而，钛铝合金具有低延展性，并且易于低温下脆性和断裂。这些缺点至少部分源于杂质(例如碳化物和氧化物沉淀剂)偏析到合金中的晶界，这会引起晶间断裂，进而导致部件失效。

基于前述内容，需要一种钛铝配方，其改善延展性并降低钛铝合金的断裂倾向，并具有改善的磨损和减少的摩擦，同时保持有利的重量、密度、蠕变和氧化性质。

本发明的实施方式解决了上述需求以及其他需求。

发明概述

本申请公开了一种钛铝复合材料，所述钛铝复合材料具有增加的室温(即，约20°F至25℃的正常环境温度)延展性。所述复合材料包括，但不限于，具有接近完全层状或完全层状微观结构的Ti-Al基质，所述Ti-Al基质由钛、铝、铌、锰、硼和碳组成。所述Ti-Al复合基质掺杂有至少一种高温固体润滑剂以形成钛铝复合材料。全部或部分由所述复合材料构成的部件通过粉末冶金或其他常规冶金过程制得。

本申请公开了一种复合材料，其包括合金基质和固体润滑剂，所述合金基质包括钛、铝、铌、锰、硼和碳。所述合金基质具有两相的至少接近完全层状的微观结构，且所述固体润滑剂分散在其中。

在一个实施方式中，所述复合材料按原子百分比计包括40.0％至50.0％的Al，1.0％至8.0％的Nb，0.5％至2.0％的Mn，0.1％至2.0％的B和0.01％至0.2％的C。

在一个实施方式中，所述固体润滑剂以占所述复合材料的1％至30％的原子百分比存在于所述合金基质中。

在一个实施方式中，所述固体润滑剂包括MoS₂、ZnO、CuO、六方氮化硼(hBN)、WS₂、AgTaO₃、CuTaO₃、CuTa₂O₆或其组合。

在一个实施方式中，所述固体润滑剂作为离散的惰性颗粒基本上均匀地分布。

在一个实施方式中，所述层具有1μm的最大厚度。

在一个实施方式中，所述钛、铝、铌、锰、硼和碳几乎均匀地分布在整个合金基质中。