[发明专利]一种超低摩擦系数的白铜/Ni-MoS2

说明书

本发明涉及一种具有超低摩擦系数的白铜/Ni‑MoS₂复合材料及其制备方法，属于金属材料及其制备技术领域。该复合材料包括高韧性白铜基体、在基体表面通过多靶磁控溅射的方式交替溅射沉积形成的Ni纳米层和MoS₂纳米层，靠近白铜基体的一层为Ni纳米层，最上层的为MoS₂纳米层。该复合材料的基体为热锻态白铜合金，制备过程包括：热锻态白铜制备―白铜基体表面清洗―基体表面磁控溅射交替沉积Ni纳米层和MoS₂纳米层。本发明制备的白铜/Ni‑MoS₂复合材料与不锈钢的摩擦系数低于0.15，与白铜基体相比耐摩擦性能大大提高，非常适用于航空航天等领域低温环境用耐磨零部件的制造。

技术领域

本发明涉及一种具有超低摩擦系数的白铜/Ni-MoS₂复合材料及其制备方法，属于金属材料及其制备技术领域。

背景技术

耐磨铜合金广泛应用在航空航天等领域的齿轮、轴瓦、轴套等耐磨部件。传统的耐磨铜合金包括复杂黄铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜等合金。近些年来，随着航空航天技术的发展，对一些耐磨铜合金在室温和低温下的冲击韧性提供了很高的要求。常用的耐磨铝青铜、铍青铜等合金中存在大量析出相以及少量脆性相，这些析出相在使用过程中可增加材料的耐磨性能和强度，但却极大降低了合金的低温冲击韧性，严重影响了耐磨部件在低温下的使用寿命。

近年来，耐磨白铜合金越来越多地被应用在航空航天等领域的低温环境。由于铜和镍可无限互溶，白铜合金在室温和低温下都具有非常优异的冲击韧性，美国航天器用材料NASA-STD-8719.15(SAFETY STANDARD FOR OXYGEN AND OXYGEN SYSTEMS)标准中已明确铜镍合金作为超低温铜合金材料的发展方向。不过，较之耐磨铝青铜尤其是铍青铜合金，耐低温白铜合金的摩擦系数较高，在一些对摩擦性能要求较高的领域，将会影响其服役性能。因此，研发出一种具有超低摩擦系数的高韧性白铜合金，使之应用于航空航天等领域低温环境用耐磨零部件的制造，对提高产品质量及设备使用寿命等均有重大的意义。

发明内容

本发明的目的是针对低温高韧性白铜合金摩擦系数较高的问题，提供一种降低其摩擦系数的方法；为此本发明提供了一种具有超低摩擦系数的白铜/Ni-MoS₂复合材料及其制备方法，从而从根本上解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有超低摩擦系数的白铜/Ni-MoS₂复合材料，该复合材料包括高韧性白铜基体、在基体表面通过多靶磁控溅射的方式交替溅射沉积形成的Ni纳米层和MoS₂纳米层，靠近白铜基体的一层为Ni纳米层，最上层的为MoS₂纳米层。

进一步地，上述具有超低摩擦系数的低温高韧性白铜基体为热锻态白铜合金，其化学成分及质量百分比组成为：镍：25.0～40.0％，锰：3～12％，锌：1～6％，钛： 0.1～3.5％，铁：0.5～2％，铬：0.1～2％，余量为铜，其中不可避免杂质的质量百分比≤0.1％。

更进一步地，上述磁控溅射形成的Ni纳米层和MoS₂纳米层(Ni-MoS₂纳米层) 的总厚度为3～6μm，每一个Ni纳米层的厚度约为9～11nm，每一个MoS₂纳米层的厚度为5～15nm。

上述具有超低摩擦系数的白铜/Ni-MoS₂复合材料的制备方法，主要包括热锻态白铜基体制备、清洗基体、磁控溅射交替沉积Ni纳米层和MoS₂纳米层，其具体步骤和参数如下：

(1)热锻态白铜基体制备