[发明专利]一种以Cu@Ni核壳结构为润滑相的宽温域Ni3

说明书

本发明公开了一种以Cu@Ni核壳结构为润滑相的宽温域Ni₃Al基自润滑复合材料，该复合材料由Cu@Ni核壳结构粉末、Ni₃Al合金粉末、Mo粉制备而成，加入Cu@Ni、Mo粉末的质量分别为Ni₃Al合金粉末总质量的10~20wt.%和10wt.%。Ni₃Al基合金为预机械合金化粉末，其组成及各组分的原子百分含量为：Ni：Al=3:1。本发明还公开了该复合材料的制备方法，复合材料通过真空热压烧结技术制备。本发明所述复合材料在室温至800℃温度范围内具有优异的高温摩擦学性能。本发明所述复合材料适合制作在室温至800℃范围使用的轴承、轴衬、滑块及密封件等部件，在航空航天、核电等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种以Cu@Ni核壳结构为润滑相的宽温域Ni₃Al基自润滑复合材料及其制备方法。该复合材料适合于制作发动机高温轴承等运动部件，其工作温度可以在室温至800℃范围。

背景技术

近年来，随着航空航天、核电、能源动力等高新技术产业的快速发展，对极端苛刻工况（高/低温、高速、高负载、特殊介质等）下服役材料的减摩耐磨性及长寿命润滑提出了更高的要求。大多数液体润滑剂在高温下往往会因为材料的分解、氧化等原因使其失效而无法正常工作。因此，固体润滑剂常被用于高温润滑材料。常用的MoS₂、石墨、软金属以及金属氧化物等固体润滑剂仅在较窄的温度和环境范围可提供良好的润滑作用，单一使用时，均不能满足宽温域润滑的要求。

此外，过去的研究重点在于高温下优异的摩擦学性能，对长寿命润滑没有进行系统的研究。Muratore et al.在YSZ-Ag-Mo涂层中添加了TiN层，制备出YSZ–Ag–Mo/TiN多层自适应纳米涂层，证明了TiN层能够较好的阻挡Ag的扩散，使Ag只能够从磨痕处流出，极大地延长了涂层的使用寿命。利用表面织构技术，在材料表面进行织构化处理，证明了织构图案的存在不仅可以利用其自身的减摩抗磨机理和填充的固体润滑剂的协同作用，同时也可以进一步增加材料的使用寿命。然而，涂层本身使用寿命有限以及表面织构会一定程度破坏材料的表面，降低材料的机械性能，从而制约了其在高温润滑材料中更为广泛的应用。最新研究发现，通过核壳结构调控，可有效解决金属基复合材料中某些润滑剂流失的问题，延长材料的使用寿命，使其更具有应用价值。同时，核壳结构的设计能够把滑动摩擦转变为滚动摩擦，极大地减小了摩擦系数。因此，开发基于核壳结构的高温固体润滑材料实现了减摩耐磨及长寿命润滑一体化，有望满足高端设备的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以Cu@Ni核壳结构为润滑相的宽温域Ni₃Al基自润滑复合材料及其制备方法，该自润滑材料将Cu@Ni原位复合在Ni₃Al基体中，制备方法简单，制备过程中工艺参数容易控制，所得到的自润滑材料能够实现室温至800°C范围内的宽温域连续润滑。

为将本发明目的得以实现，故采取的技术方案为：

一种以Cu@Ni核壳结构为润滑相的宽温域Ni₃Al基自润滑复合材料，它由Cu@Ni核壳结构粉末、Ni₃Al合金粉末、Mo粉制备而成，加入Cu@Ni、Mo粉末的质量分别为Ni₃Al合金粉末总质量的10~20wt.%和10wt.%。

一种以Cu@Ni核壳结构为润滑相的宽温域Ni₃Al基自润滑复合材料的制备方法，它包括如下步骤：

1）Ni₃Al合金粉末，按Ni:Al=3:1，选取Ni粉和Al粉，纯度为99.9wt.%，将Ni粉和Al粉行星球磨混合，得到Ni₃Al合金粉末，初始混料的平均粒径为200~300目。

2）分别按照Ni₃Al合金粉末总质量的10~20wt.%和10wt.%选取上述的Cu@Ni粉和Mo粉，得到配料；