CN101619406A - 一种高温镍基自润滑材料及其制备方法 - Google Patents

一种高温镍基自润滑材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温镍基自润滑材料及其制备方法，高温镍基自润滑材料由高温固体润滑剂氟化钙、铜、镍三种粉料组成，其重量比含量是：氟化钙为5％～15％、铜为40％～60％、镍为25％～55％。上述三种粉料按比例混合后、经制粒、压制、烧结和表面处理等工序制成。本发明的镍基高温自润滑材料具备机械强度高、摩擦系数低、耐磨性好、组织均匀、性能稳定、重现性好、易机械加工、成品率高、耐腐蚀性好和可焊性好等优点。适用于航空、航天、机械、电子、汽车、核工业等众多领域的高温、高真空、强辐射和强腐蚀等苛刻条件。

Description

一种高温镍基自润滑材料及其制备方法
技术领域
本发明属于一种粉末冶金材料及其制备方法，具体涉及一种高温镍基自润滑材料及其制备方法。
背景技术
在自润滑材料领域，以镍或者合金作为基体，与硫化钼(MoS2)、石墨以及软金属银(Ag)等固体润滑剂组成的复合材料，可作在高温、高真空或惰性气氛中使用的金属基自润滑材料。在这类材料中，通常需要在镍或者合金中添加合理配比的多种固体润滑剂，如镍合金∶石墨∶银＝75∶15∶15，从而获得良好的室温和高温综合性能，即高机械强度、低摩擦系数和高耐磨性。
工业领域需要一种高温自润滑材料，不仅需具有良好的机械性能和摩擦学特性，还需要在氟化物气体介质中具有良好的耐腐蚀性能，以及与铜基材料间良好的焊接性能。由于现有的镍基固体自润滑材料无法满足上述功能要求，因此需要研发一种新型材料。
固体润滑剂氟化钙(CaF2)的膜在室温时摩擦系数为0.4，在约500℃时经历由脆性到塑性的转变，使其从500～1000℃都能起到润滑作用，从室温到1000℃的温度范围内，摩擦系数都保持在0.2～0.5之间，从而具有优良的室温和高温摩擦学特性，同时其在氟化物的气体腐蚀性介质中，具有较高的耐腐蚀能力。此外以镍、铜作基体可以保证材料与铜基材料间的焊接性能。因而存在将氟化钙作为一种高温润滑剂添加到镍铜合金发明一种新材料的可能性。
发明内容
本发明是为了克服现有的镍基高温自润滑材料的不足，其目的是提供一种在高温、高真空、强腐蚀性条件下具有良好的摩擦学特性以及机械性能，同时具有良好的焊接性能的高温镍基自润滑材料及其制备方法。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明的一种高温镍基自润滑材料及其制备方法进行详细说明：
一种高温镍基自润滑材料，包括
氟化钙(CaF2)：5％～15％重量比，粉状、粒度：300～500目
镍(Ni)：40％～60％重量比，粉状、粒度：100～300目
铜(Cu)：25％～55％重量比，粉状、粒度：100～300目
一种高温镍基自润滑材料的制备方法，包括以下步骤：
(i)混合：将以上氟化钙、镍和铜三种粉末按照上述比例配制后，在混粉机中进行混合，混合时间3～20小时，得到均匀分散的混合粉末；
(ii)烧结：将混合粉末装入石墨模具中，在真空热压烧结炉中进行烧结，烧结温度为1000～1250℃，烧结炉内压力为3～15MPa，烧结时间10～100分钟，随炉自然冷却。
烧结结束后脱模即为产品毛坯。
混粉机采用GH-5三维运动混粉机，真空热压烧结炉采用ZRYS-真空热压烧结炉。
本方法的特点是：将混合后的粉末直接输入模具中热压成型，成型后的产品可以是各种形状的，若尺寸精度要求较高，需要后续加工。
另一种高温镍基自润滑材料的制备方法，包括以下步骤：
(i)混合：将以上氟化钙、镍和铜三种粉末按照上述比例配制后，在混粉机中进行混合，混合时间3～20小时，得到均匀分散的混合粉末。
(ii)制粒：将混合粉与粘接剂按照10∶1的重量比例混合，在球磨机中进行湿法球磨，将球磨后得到的混合浆料输送到离心造粒干燥机中进行制粒，离心造粒干燥机的工艺参数为：
进口温度：200～300℃    出口温度：100～200℃
送料速度：8～20rpm
在震荡筛中筛分后得到流动性小于60秒/2.5mm孔和松装密度为1.20～1.60g/cm3的颗粒状粉末。
其中，粘接剂采用聚乙烯醇(PVA)的低聚合度10％水溶胶(PB105)，球磨机采用SX-8球磨机，离心造粒干燥机采用GL-5离心造粒干燥机。
(iii)压制成型：将颗粒状粉末置于石墨模具中，用压力机压制出尺寸基本一致的压坯。
成型压力为4～25kN  压制速度为10～20次/分；
其中，压力机采用DP25-II全自动干粉压力机。
(iv)烧结：将压坯在真空烧结炉中进行烧结
烧结温度：1000～1250℃    烧结时间：1～5小时
烧结完成后，随炉自然冷却，得到半成品。其中，真空烧结炉采用VF-II-100真空烧结炉。
(v)表面处理：将半成品在抛光研磨机中进行抛光研磨
抛光研磨机的转速为：500～1000rpm
抛光研磨时间为：10～60分钟
表面处理以保证零件尺寸的要求。其中，抛光研磨机采用XW-30离心式抛光研磨机。
本方法的特点是：将混合后的粉末进行雾化制粒，然后输入模具中压制，最后烧结而成，成型后的产品尺寸控制精度较高，无需后续加工。
所述镍基高温自润滑材料可达到的性能指标见表1。
性能指标
表1
Figure A20091006986100061
如表1所示，本发明的镍基高温自润滑材料具备机械强度高、摩擦系数低、耐磨性好、组织均匀、性能稳定、重现性好、易机械加工、成品率高、耐腐蚀性好和可焊性好等优点。该材料在氟化物气体介质中具有良好的耐蚀性，与铜基材料焊接后结合力可达到300N以上。

Claims (7)

1、一种高温镍基自润滑材料，其特征在于：其组分和重量配比为：
氟化钙：5％～15％
镍：40％～60％
铜：25％～55％
2、根据权利要求1所述的一种高温镍基自润滑材料，其特征在于：氟化钙为粉状，粒度：300～500目；镍为粉状，粒度：100～300目；铜为粉状，粒度：100～300目。
3、按照权利要求1所述的一种高温镍基自润滑材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(i)混合：按照权利要求1所述的氟化钙、镍和铜三种粉末的比例配制后，在混粉机中进行混合，混合时间3～20小时，得到均匀分散的混合粉末；
(ii)烧结：将混合粉末装入石墨模具中，在真空热压烧结炉中进行烧结，烧结温度为1000～1250℃，烧结炉内压力为3～15MPa，烧结时间10～100分钟，随炉自然冷却。
烧结结束后脱模即为产品毛坯。
4、根据权利要求3所述的高温镍基自润滑材料的制备方法，其特征在于：混粉机采用GH-5三维运动混粉机，真空热压烧结炉采用ZRYS-真空热压烧结炉。
5、按照权利要求1所述的一种高温镍基自润滑材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(i)混合：按照权利要求1所述的氟化钙、镍和铜三种粉末的比例配制后，在混粉机中进行混合，混合时间3～20小时，得到均匀分散的混合粉末；
(ii)制粒：将混合粉与粘接剂按照10∶1的重量比例混合，在球磨机中进行湿法球磨，将球磨后得到的混合浆料输送到离心造粒干燥机中进行制粒，离心造粒干燥机的工艺参数为：
进口温度：200～300℃    出口温度：100～200℃
送料速度：8～20rpm
在震荡筛中筛分后得到流动性小于60秒/2.5mm孔和松装密度为1.20～1.60g/cm3的颗粒状粉末；
(iii)压制成型：将颗粒状粉末置于石墨模具中，用压力机压制出尺寸基本一致的压坯
成型压力为4～25kN    压制速度为10～20次/分；
(iv)烧结：将压坯在真空烧结炉中进行烧结
烧结温度：1000～1250℃    烧结时间：1～5小时
烧结完成后，随炉自然冷却，得到半成品；
(v)表面处理：将半成品在抛光研磨机中进行抛光研磨
抛光研磨机的转速为：500～1000rpm
抛光研磨时间为：10～60分钟。
6、根据权利要求5所述的高温镍基自润滑材料的制备方法，其特征在于：粘接剂采用聚乙烯醇(PVA)的低聚合度10％水溶胶(PB105)。
7、根据权利要求5所述的高温镍基自润滑材料的制备方法，其特征在于：球磨机采用SX-8球磨机，离心造粒干燥机采用GL-5离心造粒干燥机，压力机采用DP25-II全自动干粉压力机，真空烧结炉采用VF-II-100真空烧结炉，抛光研磨机采用XW-30离心式抛光研磨机。
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