原位生长固体润滑剂增强镍基高温润滑复合材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种原位生长固体润滑剂增强镍基高温润滑复合材料制备方法，将NiCr、Mo和Bi2O3/TiO2混合，加入乙醇进行球磨处理，然后筛粉并烘干；将烘干处理的混合粉末装入石墨磨具中进行冷压成型处理；最后进行真空热压烧结，制成纳米结构NiCr‑Mo‑Bi2O3/TiO2复合材料，纳米结构NiCr‑Mo‑Bi2O3/TiO2复合材料的显微硬度为480～510HV，抗压强度为1300～1500MPa。本发明专利技术制备的高温润滑复合材料有效改善了金属氧化物与NiCr基体之间的润湿性，提高了金属氧化物与基体之间的结合强度。Mo具有固溶强化的作用，可进一步提高复合材料的强度。加入的Bi2O3与TiO2在高温烧结过程中可以发生反应生成Bi4Ti3O12高温固体润滑剂，实现复合材料的高温润滑性能。复合材料中细小的纳米颗粒具有细晶强化的作用，可有效提高了复合材料的强度。

Preparation of in-situ growth solid lubricant reinforced nickel-based high temperature lubrication Composites

【技术实现步骤摘要】
原位生长固体润滑剂增强镍基高温润滑复合材料制备方法
本专利技术属于高温润滑复合材料
，具体涉及一种原位生长固体润滑剂增强镍基高温润滑复合材料制备方法。
技术介绍
航空航天、核工业等高新技术产业的快速发展，对极端苛刻工况(高温、高载、高速等)条件下服役材料的摩擦磨损性能提出了更高的要求，如：耐更高温度、润滑及耐磨，相关运动部件在苛刻条件下的耐磨与润滑问题已成为影响整个装备运行的可靠性和寿命的技术关键。因此，迫切需要运用材料学的基础知识构筑更高温度条件下高强高温润滑复合材料，以满足我国航空航天、核工业等高新技术产业的发展需求。镍基高温合金具有优异的高温强度、抗高温氧化和抗腐蚀能力，主要作为高温润滑材料的基体材料使用，目前已成功使用在现代航空发动机和工业燃气轮机等设备上。Mo有固溶强化的作用，加入基体材料中可有效提高材料的强度。金属氧化物具有高熔点、高硬度、高耐磨性及耐氧化等优点，可以在高温条件下长期使用。同时也是一种优异的高温固体润滑剂。但金属氧化物一般与金属的润湿性较差，加入金属基体中制备的复合材料的强度一般较低，这会严重影响复合材料的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种原位生长固体润滑剂增强镍基高温润滑复合材料制备方法，利用Bi2O3和TiO2在烧结过程中的原位反应，生成Bi4Ti3O12高温润滑剂，实现复合材料的高温润滑性能，同时可有效改善金属氧化物与基体之间润湿性差的问题，提高复合材料的强度。同时复合材料中的纳米颗粒具有细晶强化的作用，可进一步提高复合材料的强度。本专利技术采用以下技术方案：原位生长固体润滑剂增强镍基高温润滑复合材料制备方法，将NiCr、Mo和Bi2O3/TiO2混合，加入乙醇进行球磨处理，然后筛粉并烘干；将烘干处理的混合粉末装入石墨磨具中进行冷压成型处理；最后进行真空热压烧结，制成纳米结构NiCr-Mo-Bi2O3/TiO2复合材料，纳米结构NiCr-Mo-Bi2O3/TiO2复合材料的显微硬度为480～510HV，抗压强度为1300～1500MPa。具体的，按质量百分数计，NiCr为60～80％，Mo为5～15％，Bi2O3/TiO2为15～25％。进一步的，Ni与Cr的质量比为4:1。进一步的，Bi2O3与TiO2的摩尔比为2:3。具体的，球磨处理中，球料质量比为(5～15):1，转速为200～300r/min，球磨时间为10～20h。进一步的，筛粉制得粒径15～45nm的混合粉末。具体的，烘干处理的温度为80～100℃，时间为1～2h。具体的，冷压处理的压强为5～15MPa。具体的，真空热压烧结中，真空度为1.5×10-2Pa～3.5×10-2Pa，烧结温度为1200～1400℃，升温速度为5～20℃/min，保温时间为1～3h，压强为10～30MPa。具体的，纳米结构NiCr-Mo-Bi2O3/TiO2复合材料在800℃的摩擦系数为0.28，磨损率为2.3×10-5mm3/Nm。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种原位生长固体润滑剂增强镍基高温润滑复合材料的制备方法，采用真空热压烧结技术制备纳米结构NiCr-Mo-Bi2O3/TiO2复合材料，不仅改善了NiCr-Mo-Bi2O3/TiO2复合材料的组织结构，提高了复合材料的硬度，实现了复合材料的高温润滑性能，而且有效提高了复合材料的强度，在NiCr基体中添加的Mo可以固溶于基体中，具有固溶强化的作用，有效提高复合材料的强度。添加的Bi2O3与TiO2可以在高温烧结过程中发生反应生成Bi4Ti3O12高温固体润滑剂，实现复合材料的高温润滑性能，同时可有效改善金属氧化物与NiCr基体之间的润湿性，进而提高复合材料的强度。进一步的，原料粉末按质量分数计算，NiCr为60～80％(Ni与Cr的质量比为4:1)，Mo为5～15％，Bi2O3/TiO2为15～25％，Bi2O3与TiO2的摩尔比为2:3；与传统同类型复合材料相比，可获得高强高温润滑复合材料。进一步的，通过高能球磨，制备的混合粉末的粒径为15～45nm，一方面高能球磨可以使粉末混合均匀，可以保证复合材料组织均匀；另一方面细小的纳米颗粒具有细晶强化的作用，可以有效提高复合材料的强度。进一步的，本专利技术先将混合均匀的粉末在冷压机上冷压处理，可以使粉末热压烧结前先简单成型，同时排除粉末中的气体。进一步的，本专利技术所采用的真空热压烧结技术，一方面可以防止在烧结过程中材料的氧化；另一方面制备出的复合材料组织结构比较致密，强度比较高。综上所述，本专利技术采用真空热压烧结技术制备出了一种原位生长固体润滑剂增强镍基高温润滑复合材料。与其它金属氧化物增强金属基高温润滑复合材料相比，该专利技术制备的高温润滑复合材料有效改善了金属氧化物与NiCr基体之间的润湿性，提高了金属氧化物与基体之间的结合强度。Mo具有固溶强化的作用，可进一步提高复合材料的强度。加入的Bi2O3与TiO2在高温烧结过程中可以发生反应生成Bi4Ti3O12高温固体润滑剂，实现复合材料的高温润滑性能。同时，复合材料中细小的纳米颗粒具有细晶强化的作用，可有效提高了复合材料的强度，成功制备了一种纳米结构高强高温润滑复合材料。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为复合材料的组织结构；图2为复合材料的压缩曲线；图3为复合材料的摩擦曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种原位生长固体润滑剂增强镍基高温润滑复合材料制备方法，采用高能球磨的方法制备了纳米结构混合均匀的混合粉末，然后采用冷压处理及真空热压烧结技术制备了纳米结构NiCr-Mo-Bi2O3/TiO2复合材料，有效改善了金属氧化物与NiCr基体之间润湿性较差的问题，显著提高了复合材料的抗压强度。Bi2O3与TiO2可以在高温烧结过程中发生原位反应生成Bi4Ti3O12高温固体润滑剂，实现复合材料的高温润滑性能。复合材料显微硬度高达480～510HV，抗压强度为1300～1500MPa，在800℃高温条件下的摩擦系数为0.28，磨损率为2.3×10-5mm3/Nm，成功制备出了一种高强高温润滑复合材料，本专利技术利用细晶强化理论、Mo的固溶强化理论及Bi2O3与TiO2在高温烧结过程中的原位反应，实现了复合材料的高强及高温润滑性能，同时有效改善了金属氧化物与NiCr基体之间的润湿性及复合材料的组织结构，有效提高了金属氧化物与NiCr基体之间的结合强度，显著提高了复合材料的抗压强度，实现复合材料的高强及高温润滑性能。本专利技术一种原位生长固体润滑剂增强镍基高温润滑复合材料制备方法，通过高能球磨制备混合均匀的纳米结构混合粉末，成功制备了各物相分布均匀的纳米结构复合材料，利用Bi2O3与TiO2在高温烧结过程中发生原位反应生成Bi4Ti3O12高温固体润滑剂，实现复合材料的高温润滑性能，同时，有效改善了金属氧化物与NiCr基体之间润湿性较差的问题，显著提高了复合材料的显微硬度和抗压强度，同时实现了复合材料高强及高温润滑的性能。具体步骤如下：S1、混合粉末配比及球磨按复合材料的成分设计比例称取粉末，按质量百分数计算，NiCr为60～80％(Ni与Cr的质量比为4:1)，Mo为5～15％，Bi2O3/Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.原位生长固体润滑剂增强镍基高温润滑复合材料制备方法，其特征在于，将NiCr、Mo和Bi2O3/TiO2混合，加入乙醇进行球磨处理，然后筛粉并烘干；将烘干处理的混合粉末装入石墨磨具中进行冷压成型处理；最后进行真空热压烧结，制成纳米结构NiCr‑Mo‑Bi2O3/TiO2复合材料，纳米结构NiCr‑Mo‑Bi2O3/TiO2复合材料的显微硬度为480～510HV，抗压强度为1300～1500MPa。

【技术特征摘要】
1.原位生长固体润滑剂增强镍基高温润滑复合材料制备方法，其特征在于，将NiCr、Mo和Bi2O3/TiO2混合，加入乙醇进行球磨处理，然后筛粉并烘干；将烘干处理的混合粉末装入石墨磨具中进行冷压成型处理；最后进行真空热压烧结，制成纳米结构NiCr-Mo-Bi2O3/TiO2复合材料，纳米结构NiCr-Mo-Bi2O3/TiO2复合材料的显微硬度为480～510HV，抗压强度为1300～1500MPa。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按质量百分数计，NiCr为60～80％，Mo为5～15％，Bi2O3/TiO2为15～25％。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，Ni与Cr的质量比为4:1。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，Bi2O3与TiO2的摩尔比为2:3。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，球磨处...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博，高义民，李聪，康云川，郑巧玲，李烨飞，皇志富，赵四勇，
申请(专利权)人：西安交通大学，广西长城机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61