一种高温自润滑TiAl合金材料制造技术

本发明专利技术涉及一种高温自润滑材料，特别公开了一种高温自润滑TiAl合金材料。该高温自润滑TiAl合金材料，由以下重量百分比的材料组成：TACN材料：80-99％、共晶体：1-20％；其中TACN材料由以下重量百分比的材料组成：48％Ti、48％Al、2％Nb和2％Cr；共晶体由以下重量百分比的材料组成：68％BaF2和32％CaF2。本发明专利技术的有益效果是：具有良好的高温自润滑性能，强度高，耐磨性高，密度低，大大提高了高温抗氧化性能，综合性能提高很多，具有很大的应用价值，由于TiAl合金轻质特点且具有良好的高温自润滑性能，可以应用于高速运动副构件，以提高运动件的动力学性能，且在高温环境下使用凸显优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高温自润滑材料，特别涉及一种高温自润滑TiAl合金材料。
技术介绍
随着航空航天技术的飞速发展，高温高速运动副的摩擦、磨损与润滑问题已受到广泛关注。TiAl系金属间化合物具有比重轻、强度高的优点，在高温时仍可保持足够高的强度和刚度，同时具有极高的抗氧化性，被认为是航空用发动机及汽车中理想的轻质结构件材料，因而成为近年来人们研究开发的热点。因此，以TiAl合金为基，开发出高温自润滑抗 磨材料，在工程中将具有广阔的应用前景；特别是可大幅度地提高运动副的动力学性能，具有重要的工程价值。为了改善TiAl合金的脆性，合金化是一种较为有效的方法。目前，对TiAl合金的研究，主要在室温脆性、高温抗氧化性、高温强度及制备技术方面，在Ti-Al系合金基体中有添加固体润滑剂来实现高温下的自润滑，但是以高温自润滑摩擦副为目的的研究报道很少。TiAl合金具有优异的高温性能和质量轻的特点，如采用TiAl合金为基，开发出高温自润滑抗磨材料，将大幅度地改善高速运动副的动力学性能，具有宽阔的市场前景。
技术实现思路
本专利技术为了弥补现有技术的不足，提供了一种高温抗氧化性好、高温自润滑性能好、高温强度高、耐磨性高、密度低的高温自润滑TiAl合金材料。本专利技术是通过如下技术方案实现的一种高温自润滑TiAl合金材料，由以下重量百分比的材料组成TACN 材料80-99 %、共晶体1-20%;其中TACN材料由以下重量百分比的材料组成48%Ti、48%Al、2%Nl^P2%Cr ；共晶体由以下重量百分比的材料组成68% BaF2和32% CaF2。该高温自润滑TiAl合金材料，其优选方案为由以下重量百分比的材料组成TACN 材料85-95 %、共晶体5-15%。该高温自润滑TiAl合金材料，其最佳方案为由以下重量百分比的材料组成TACN 材料90-95 %、共晶体5-10%。本专利技术高温自润滑TiAl合金材料的有益效果是密度低，密度仅为3. 64-3. 77g/cm3，是镍基高温合金的1/2，比钛合金还低10% ;还具有高比强度，室温约800°C时强度保持率达到80 % ;具有高蠕变抗力、优异的抗氧化和阻燃性能，可在760-8000C长期工作，具有良好的高温自润滑性能，耐磨性高，大大提高了高温抗氧化性能，比其他普通TiAl合金的综合性能提高很多，具有很大的应用价值，由于TiAl合金轻质特点且具有良好的高温自润滑性能，可以应用于高速运动副构件，以提高运动件的动力学性能，且在高温环境下使用凸显优势；在TiAl合金中，添加Cr能改善其室温塑性，添加Cr后，可取代TiAl合金中的Al，有助于获得低Al的Y相，同时降低了 α2相的稳定性，使片层Ci2相变成粒状，形成了新生的细小的Y+ α 2晶体，因而可显著细化Y+ α 2双相合金，从而提高TiAl合金的室温塑性；Nb的加入，使共价电子数增加，可提高TiAl合金的强度，而同时加入Nb和Cr对提高TiAl合金的室温塑性最有效；62% BaF2-38% CaF2共晶体因为有更低的熔点和剪切力，所以具有比使用单种CaF2或BaF2更好的润滑性能，CaF2-BaF2共晶体固体润滑剂化学稳定性高，且不与基体合金发生反应，在摩擦挤压及热应力等作用下析出，并能够拖覆在基体表面，形成一层较为完整的固体润滑膜，对基体起到保护作用，从而减少摩擦磨损；添加氟化物中的单质离子在材料中起到了颗粒弥散强化的作用，从而使强度提高，当CB固体润滑剂添加量达到5%时，其弯曲强度达到619MPa，断裂韧性达到12. IMPa. m1/2，没有添加CB固体润滑剂的材料基体磨损率达到O. 34X I(T4Him3N4Iir1,而添加CB固体润滑剂后材料的磨损率逐渐降低，当润滑剂含量为10%时，弯曲强度为605Mpa，断裂韧性为11. 3MPa · m1/2，磨损率降到最低，达 到 O. 28 X 10 4Him3N 1Iii、附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图I为CaF2-BaF2 (CB)的添加量为O时TACN材料的XRD分析图；图2为本专利技术添加不同量CaF2-BaF2 (CB)的XRD分析图； 图3为CaF2-BaF2 (CB)的添加量为O时TACN材料的SEM分析图；图4 为本专利技术添加不同量 CaF2-BaF2 (CB)的 SEM 分析 (a) 5 % CB ； (b) 10% CB ；(c) 15% CB ； (d)20% CB0具体实施例方式实施例I :本专利技术高温自润滑TiAl合金材料由以下重量百分比的材料组成TACN材料90 %和共晶体10% ;其中TACN材料由以下重量百分比的材料组成48% Ti,48% Al,2% Nb和2% Cr (以下简称48Ti-48Al-2Nb-2Cr);共晶体由以下重量百分比的材料组成68%BaFjP32% CaF2 (以下简称 68% BaF2-32% CaF2 共晶体)。本专利技术采用TACN 材料(48Ti-48Al-2Nb-2Cr)为基，以 68% BaF2-32% CaF2 共晶体作为固体润滑剂，68% BaF2-32% CaF2共晶体在高温下能有效地形成表面润滑膜，以降低其摩擦阻力。本专利技术高温自润滑TiAl合金材料的制备方法，包括如下步骤①选用Ti、Al、Nb、Cr粉末按原子配比48Ti-48Al-2Nb_2Cr混合，再加入68%BaF2-32 % CaF2共晶体固体润滑剂，添加量分别为68 % BaF2_32 % CaF2共晶体IOwt %、48Ti-48Al-2Nb-2Cr 90wt%，利用XQM-2型变频行星式球磨机对混合粉末进行球磨；②将球磨好的粉末在YE-2000型液压式压力试验机上冷压成型，成型压力为400KN，制得成型好的冷压试样，用于下一步进行烧结；③将步骤②制得的冷压试样在烘干箱中经200°C烘干处理，然后在HZK-30型真空热压炉中热压成型，其真空热压烧结工艺为烧结温度1200°C、保温30min、烧结压力30MPao通过上述步骤可以制得本专利技术的高温自润滑TiAl合金材料，在成品中，固体润滑剂在摩擦挤压及热应力等作用下析出，并能够拖覆在基体表面，形成一层较为完整的固体润滑膜，对基体起到保护作用，从而减少摩擦磨损；添加氟化物中的单质离子在材料中起到了颗粒弥散强化的作用，从而使强度提高。实施例2:本实施例与实施例I的不同之处在于，本专利技术的高温自润滑TiAl合金材料包括以下重量百分比的材料48Ti-48Al-2Nb-2Cr 80%,68% BaF2-32% CaF2 共晶体 20%。实施例3 本实施例与实施例I的不同之处在于，本专利技术的高温自润滑TiAl合金材料包括以下重量百分比的材料48Ti-48Al-2Nb-2Cr 95%,68% BaF2-32% CaF2 共晶体 5%。实施例4 本实施例与实施例I的不同之处在于，本专利技术的高温自润滑TiAl合金材料包括以下重量百分比的材料48Ti-48Al-2Nb-2Cr 85%,68% BaF2-32% CaF2 共晶体 15%。实施例5 本实施例与实施例I的不同之处在于，本专利技术的高温自润滑TiAl合金材料包括以下重量百分比的材料48Ti-48Al-2Nb-2Cr 99%,68% BaF2-32% C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温自润滑TiAl合金材料，其特征是：由以下重量百分比的材料组成：TACN材料：80？99％、共晶体：1？20％；其中TACN材料由以下重量百分比的材料组成：48％Ti、48％Al、2％Nb和2％Cr；共晶体由以下重量百分比的材料组成：68％BaF2和32％CaF2。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽颖，王守仁，王砚军，王秀玲，于航海，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：