一种Fe基耐高温自润滑复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Fe基耐高温自润滑复合材料，其化学成分的体积百分比为：TiCx(0.4≤x≤1.1)5‑20vol.％、Ti3SiC2 10‑40vol.％、Cu 1‑7vol.％、Ni 0.1‑3vol.％、Cr 0.1‑3vol.％，其余为Fe粉；上述复合材料的制备方法主要是将TiCx粉、Ti3SiC2、Fe基合金粉进行均匀球混，预压烘干以及放电等离子烧结，制得以Ti3SiC2和TiCx为润滑相的Fe基耐高温自润滑复合材料。本发明专利技术操作简单，制备周期短，制得的Fe基耐高温自润滑复合材料不仅具有较低的摩擦系数和磨损率，而且具有高承载、高强度等性能，适用于批量化生产恶劣工况下自润滑轴承等减摩材料。

【技术实现步骤摘要】
一种Fe基耐高温自润滑复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料
，具体是一种Fe基耐高温自润滑复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着Fe合金的不断研发，性能不断改善，目前在Cu基材料等不能适应的应用领域如耐高温环境的工程机械、航天起落架等转动摩擦领域，Fe基自润滑复合材料开始崭露头角。张瑞等人研究发现Ti3SiC2/PbO(15vol.％PbO)在873-1073K温度下展现了优良的润滑性能。[张瑞.Ti3SiC2/PbO复合材料的高温摩擦学性能[A].中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室、中国机械工程学会摩擦学分会.第十一届全国摩擦学大会论文集[C].中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室、中国机械工程学会摩擦学分会:2013，1.]；郑乙等人采用Ti3SiC2和Mo、Cu、Ag、Nb等金属烧结，研究发现，Ti3SiC2和Cu、Mo会产生较多的反应，与Si3N4对磨，烧结体中存在Ti3SiC2，依旧能产生良好的高温润滑效果。[郑乙，党文涛，任书芳.放电等离子烧结Ti3SiC2-金属复合材料摩擦学性能研究[J].材料开发与应用，2016，31(03):86-93.]；闫淑萍等人研究Ag基材料时在MoS2、石墨的基础上添加了Ti3SiC2作为润滑相发现，材料的耐磨性能明显提高，但Ti3SiC2摩擦时容易脱落[闫淑萍，韦尧兵，韩杰胜，马文林，郭铁明，孟军虎.Ti3SiC2的加入对Ag-MoS2-graphite复合材料力学及摩擦磨损性能的影响[J].摩擦学学报，2015，35(05):622-628.]；冯绍亮等在研究Ti3SiC2代替MoS2润滑相制备Fe基耐高温自润滑复合材料时发现添加Ti3SiC2润滑相的Fe基材料在873-1073K产生了良好的润滑性能，但是在摩擦之时容易产生Ti3SiC2材料的脱落[冯绍亮.Ti3SiC2对Fe基滑动轴承材料摩擦磨损性能的影响[D].燕山大学，2017.]；陈婷婷等研究了Ti3SiC2替代石墨作为润滑剂能，认为Ti3SiC2可以代替石墨成为新型的润滑材料[陈婷婷，刘文扬，张建波，易志勇.Ti3SiC2代替石墨金属基自润滑材料研究进展[J].有色金属材料与工程，2017，38(01):56-60]，陈路路研究发现TiCx与Fe能成功结合，并提高了整体材料的屈服强度、抗拉性能等力学性能[陈路路.TiCx-Fe基复合材料的制备以及摩擦性能的研究[D].北京交通大学，2017]。本专利把TiCx与Ti3SiC2一起添加到Fe基体中来制备Fe基复合材料，通过TiCx与Ti3SiC2协同作用提高Fe基复合材料的耐高温及自润滑性能，并通过TiCx(0.4≤x≤1.1)解决Ti3SiC2容易从基体中脱落的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以Ti3SiC2为润滑相和TiCx为润滑协同相，且具有高承载、高强度、耐磨性好的Fe基耐高温自润滑复合材料及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种Fe基耐高温自润滑复合材料，其化学成分的体积百分比为：TiCx5-20vol.％、Ti3SiC210-40vol.％、Cu1-7vol.％、Ni0.1-3vol.％、Cr0.1-3vol.％，其余为Fe基粉末。作为本专利技术进一步的方案：所述TiCx中，0.4≤x≤1.1。作为本专利技术进一步的方案：所述TiCx粉的粒度为2-45μm。作为本专利技术进一步的方案：所述Ti3SiC2颗粒的粒度为20-200目。作为本专利技术进一步的方案：所述Fe基粉末为Fe基合金粉末，其粒度为10-30μm。作为本专利技术进一步的方案：所述Cu粉的粒度为10-30μm。作为本专利技术进一步的方案：所述Ni粉的粒度为1-20μm。作为本专利技术进一步的方案：所述Cr的粒度为10-60μm。所述Fe基耐高温自润滑复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1)，混合粉末的制备；氩气氛围中采用行星式球磨机先对Ni粉、Cu粉Cr粉、Fe基合金粉进行均匀球混，酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比为4-6：1，转速为200-350r/min，球磨时间0.5-2h；随后加入TiCx粉、Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨1h；步骤2)，预压成型；将步骤1)的混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力15-30MPa，保压时间10-30s，模具直径为30mm；步骤3)，放电等离子烧结工艺；烧结温度为900-1300℃，升温速率为40-100℃/min，烧结压力为20-100MPa，真空度15-40Pa，保温5-30min，氩气氛围内进行放电等离子烧结，得到毛坯试件；步骤4)，将步骤3)制备的毛坯试件进行表面抛光处理，得到以Ti3SiC2为润滑相和TiCx为润滑相的Fe基耐高温自润滑复合材料。作为本专利技术进一步的方案：在步骤1)中，磨球采用WC硬质合金球。所述的Fe基耐高温自润滑复合材料在生产自润滑轴承及减摩材料产品中的用途。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)采用Fe基合金作为基体，添加的TiCx存在大量的空位，添加后更易与Fe互溶，可以在900-1300℃条件下得到高致密度和高硬度的复合材料；而Ti3SiC2属于三元层状陶瓷化合物，集合了陶瓷和金属的优异性能，不仅能够强化Fe基自润滑复合材料，还能作为润滑相丰富润滑机制，改善Fe合金材料较高干摩擦系数和磨损率的缺陷；2)制备的Fe基耐高温自润滑复合材料不仅具有高承载、高强度、耐高温性能，并且在多组元润滑相的作用下能够有效提高其自润滑性能，更适用于制作恶劣工况下的自润滑轴承等摩擦材料。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例中，一种Fe基耐高温自润滑复合材料，以Ti3SiC2和TiCx为润滑相，且具有高承载、高强度、耐磨性好。本专利技术的Fe基耐高温自润滑复合材料的化学成分的体积百分比为：TiCx(0.4≤x≤1.1)5-20vol.％、Ti3SiC210-40vol.％、Cu1-7vol.％、Ni0.1-3vol.％、Cr0.1-3vol.％，其余为Fe粉；所述TiCx粉的粒度为2-45μm；Ti3SiC2颗粒的粒度为20-200目；Fe基粉末10-30μm。上述Fe基耐高温自润滑复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1)，混合粉末的制备氩气氛围中采用行星式球磨机先对Ni粉、Cu粉Cr粉、Fe基合金粉进行均匀球混，酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比为4-6：1，转速为200-350r/min，球磨时间0.5-2h；随后加入TiCx粉、Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨1h；步骤2)，预压成型将步骤1)的混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力15-30MPa，保压时间10-30s，模具直径为30mm；步骤3)，放电等离子烧结工艺烧结温度为900-1300℃，升温速率为40-100℃/min，烧结压力为20-100MPa，真空度15-40Pa，保温5-30min本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Fe基耐高温自润滑复合材料，其特征在于，其化学成分的体积百分比为：TiCx 5‑20vol.％、Ti3SiC2 10‑40vol.％、Cu 1‑7vol.％、Ni 0.1‑3vol.％、Cr 0.1‑3vol.％，其余为Fe基粉末。

【技术特征摘要】
1.一种Fe基耐高温自润滑复合材料，其特征在于，其化学成分的体积百分比为：TiCx5-20vol.％、Ti3SiC210-40vol.％、Cu1-7vol.％、Ni0.1-3vol.％、Cr0.1-3vol.％，其余为Fe基粉末。2.根据权利要求1所述的Fe基耐高温自润滑复合材料，其特征在于，所述TiCx中，0.4≤x≤1.1。3.根据权利要求2所述的Fe基耐高温自润滑复合材料，其特征在于，所述TiCx粉的粒度为2-45μm。4.根据权利要求1所述的Fe基耐高温自润滑复合材料，其特征在于，所述Ti3SiC2颗粒的粒度为20-200目。5.根据权利要求4所述的Fe基耐高温自润滑复合材料，其特征在于，所述Fe基粉末为Fe基合金粉末，其粒度为10-30μm。6.根据权利要求5所述的Fe基耐高温自润滑复合材料，其特征在于，所述Cu粉的粒度为10-30μm，Ni粉的粒度为1-20μm，Cr的粒度为10-60μm。7.一种如权利要求1-6任一所述的Fe基耐高温自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳国，邹芹，袁东方，王明智，关勇，成照楠，赵玉成，陈伟东，党赏，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13