CN107058808B - 一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107058808B
CN107058808B CN201710028988.6A CN201710028988A CN107058808B CN 107058808 B CN107058808 B CN 107058808B CN 201710028988 A CN201710028988 A CN 201710028988A CN 107058808 B CN107058808 B CN 107058808B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminium alloy
composite material
follows
solid lubricating
sintering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710028988.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107058808A (zh
Inventor
杨军
刘维民
谈辉
李茂华
鹿毅
朱圣宇
程军
乔竹辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Original Assignee
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS filed Critical Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority to CN201710028988.6A priority Critical patent/CN107058808B/zh
Publication of CN107058808A publication Critical patent/CN107058808A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107058808B publication Critical patent/CN107058808B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0084—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ carbon or graphite as the main non-metallic constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F2003/145—Both compacting and sintering simultaneously by warm compacting, below debindering temperature

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法。该材料由75～95 wt%的耐热铝合金和5～25 wt%的铜包石墨组成；耐热铝合金的组成为：8.4～8.9 wt%Fe，1.1～1.5 wt%V，1.7～1.9 wt%Si，余量为Al；铜包石墨的组成为：50 wt%Cu和50 wt%C。固体润滑复合材料具有密度低、摩擦系数低、磨损率低等特点，而且制备工艺简单、可控性好，该材料适合在室温到350℃下使用，作为固体润滑材料在航空航天和汽车制造领域具有重要的应用前景。

Description

一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法，该材料在室温至350ºC范围内具有良好的润滑性能，在高温、无油环境下作为自润滑材料具有良好的应用背景。
背景技术
铝合金由于密度低、比强度高、热膨胀系数低、导热性好、耐蚀性好等优点，在航空、航天、汽车、船舶等领域获得了广泛应用。然而，铝合金由于摩擦系数大和磨损率高而限制了其在摩擦领域的应用。为了改善铝合金的摩擦性能，需要在铝合金基体添加增强相或固体润滑剂来获得铝基复合材料。目前常用的增强相有SiC、Al2O3，常用的固体润滑剂包括石墨、MoS2和WS2。专利CN105525153A采用60～75%的Al，20～30%的硅，5～12%的碳，≤1.0%的铁，≤2.0%的镁，≤0.8%的钛制备了一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料制动盘。专利CN105525161A采用：11～14%的Si，4～6%的Cu，0.2～1.2%的Mg，1～4%的Ni，0.01～0.4%的Ti，0.05～0.2%的V，0.1～0.3%的Mn，0.1～0.3%的Zn，0.2～10%的纳米氧化铝（余量为铝）制备了一种活塞用耐磨超硬铝合金材料。专利CN101054644在铝合金基体中分别添加了7～12%的镀铜石墨、10～18%的镀铜石墨与镀铜碳纤维混合物、10～17%的镀铜石墨与镀镍碳纤维混合物制备了一种铝基自润滑材料。但是，由于这些铝基复合材料采用了普通的铝合金，使得其耐高温性能较差，不能在高温环境下使用。
金属基复合材料的性能取决于基体、增强相和基体与增强相之间的相容性，所以铝基复合材料的制备选择合适的铝合金基体至关重要。目前成熟应用的1系到7系铝合金，虽然在室温下具有足够的强度，但在高温下强度迅速降低，限制了其应用范围。为此，新型的Al-Fe-V-Si系列耐热铝合金，作为在350 ºC下能与耐热钢和钛合金相媲美的铝合金，可以选择其作为高温铝基固体润滑复合材料最好的基体材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种能在室温至350 ºC范围内具有良好润滑性能的铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法。
一种铝合金基固体润滑复合材料，其特征在于该材料由75～95 wt%的耐热铝合金和5～25 wt%的铜包石墨组成；所述耐热铝合金的组成为：8.4～8.9 wt% Fe，1.1～1.5 wt%V，1.7～1.9 wt% Si，余量为Al；所述铜包石墨的组成为：50 wt% Cu和50 wt% C。
如上所述铝合金基固体润滑复合材料的制备方法，其特征在于采用热压烧结方法制备，具体步骤如下：
将耐热铝合金粉末和铜包石墨粉末球磨获得混合粉末，然后将混合粉末置于真空热压烧结炉中进行烧结，所述烧结参数为：真空度10-2～10-1 Pa，升温速度10～30 ºC/min，烧结温度600～650 ºC，压力30～40 MPa，保温时间20～40 min；烧结完成后复合材料随炉冷却至室温得到铝合金基自润滑复合材料。
所述球磨参数为：球料比1～3:1，转速200～300 r/min，球磨时间4～8 h，磨罐和磨球为碳化钨硬质合金，球磨开始前充入氩气。
采用阿基米德原理测量材料的密度。采用维氏显微硬度计测试材料的硬度，测试条件为：载荷300 g，加载持续时间10 s。摩擦磨损性能采用HT–1000高温摩擦磨损试验机进行评价，对偶球为Al2O3陶瓷，载荷为3 N，滑动线速度为0.188 m/s，摩擦半径为5 mm，运行时间为30 min，测试温度为25 ºC、150 ºC、250 ºC和350 ºC。
本发明采用上述材料组成和工艺参数制备的铝合金基固体润滑复合材料具有以下优点：
本发明的特点之一是，材料密度低、硬度高。
本发明的特点之二是，材料的摩擦系数较低并且稳定，磨损率较低，材料在室温至350 ºC范围内具有良好润滑性能。
本发明的特点之三是，制备工艺简单，通过配方和工艺的调整，可以调控材料性能。
铝合金基固体润滑复合材料具有密度低、摩擦系数低、磨损率低等特点，而且制备工艺简单、可控性好，该材料适合在室温到350℃下使用，作为固体润滑材料在航空航天和汽车制造领域具有重要的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的铝合金基固体润滑复合材料的室温摩擦曲线。
图2为本发明实施例2制备的铝合金基固体润滑复合材料的室温摩擦曲线。
图3为本发明实施例1制备的铝合金基固体润滑复合材料350 ºC下的摩擦曲线。
具体实施方式
实施例1：
按照质量百分比，分别称取90%的耐热铝合金和10%的铜包石墨粉末，其中铝合金粉末的组成为Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si；然后将粉末置于高能球磨机中，充入氩气，球料比为2:1，在200 r/min转速条件下混合4 h得到混合粉末。随后将混合粉末装入石墨模具中，置于真空热压烧结炉中烧结。烧结参数为：真空度低于5×10-1 Pa，升温速率15 ºC/min，烧结温度620 ºC，压力35 MPa，保温时间30 min。烧结结束后，复合材料随炉冷却至室温得到铝合金基固体润滑复合材料。
材料的密度为2.91 g/cm3，硬度为56.3 HV，复合材料在25 ºC至350 ºC温度范围内的摩擦系数和磨损率见表1。
表1：实施例1材料与Al2O3陶瓷球配副的摩擦系数和磨损率
实施例2：
按照质量百分比，分别称取85%的耐热铝合金和15%的铜包石墨粉末，其中铝合金粉末的组成为Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si；然后将粉末置于高能球磨机中，充入氩气，球料比为3:1，在250 r/min转速条件下混合4 h得到混合粉末。随后将混合粉末装入石墨模具中，置于真空热压烧结炉中烧结。烧结参数为：真空度低于5×10-1 Pa，升温速率10 ºC/min，烧结温度600 ºC，压力30 MPa，保温时间30 min。烧结结束后，复合材料随炉冷却至室温得到铝合金基固体润滑复合材料。
材料的密度为2.911 g/cm3，硬度为74.5 HV，复合材料在25 ºC至350 ºC温度范围内的摩擦系数和磨损率见表2。
表2：实施例2材料与Al2O3陶瓷球配副的摩擦系数和磨损率
实施例3：
按照质量百分比，分别称取80%的耐热铝合金和20%的铜包石墨粉末，其中铝合金粉末的组成为Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si；然后将粉末置于高能球磨机中，充入氩气，球料比为3:1，在220 r/min转速条件下混合6 h得到混合粉末。随后将混合粉末装入石墨模具中，置于真空热压烧结炉中烧结。烧结参数为：真空度低于5×10-1 Pa，升温速率10 ºC/min，烧结温度610 ºC，压力35 MPa，保温时间30 min。烧结结束后，复合材料随炉冷却至室温得到铝合金基固体润滑复合材料。
材料的密度为2.938 g/cm3，硬度为63.8 HV，复合材料25 ºC至350 ºC温度范围内的摩擦系数和磨损率见表3。
表3：实施例3材料与Al2O3陶瓷球配副的摩擦系数和磨损率
。

Claims (2)

1.一种铝合金基固体润滑复合材料，其特征在于该材料由75～95 wt%的耐热铝合金和5～25 wt%的铜包石墨组成；所述耐热铝合金的组成为：8.4～8.9 wt% Fe，1.1～1.5 wt%V，1.7～1.9 wt% Si，余量为Al；所述铜包石墨的组成为：50 wt% Cu和50 wt% C；
所述固体润滑复合材料采用热压烧结方法制备，具体步骤如下：
将耐热铝合金粉末和铜包石墨粉末球磨获得混合粉末，然后将混合粉末置于真空热压烧结炉中进行烧结，所述烧结参数为：真空度10-2～10-1 Pa，升温速度10～30 ºC/min，烧结温度600～650 ºC，压力30～40 MPa，保温时间20～40 min；烧结完成后复合材料随炉冷却至室温得到铝合金基自润滑复合材料。
2.如权利要求1所述的固体润滑复合材料，其特征在于所述球磨参数为：球料比1～3:1，转速200～300 r/min，球磨时间4～8 h，磨罐和磨球为碳化钨硬质合金，球磨开始前充入氩气。
CN201710028988.6A 2017-01-16 2017-01-16 一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法 Active CN107058808B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710028988.6A CN107058808B (zh) 2017-01-16 2017-01-16 一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710028988.6A CN107058808B (zh) 2017-01-16 2017-01-16 一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107058808A CN107058808A (zh) 2017-08-18
CN107058808B true CN107058808B (zh) 2019-06-04

Family

ID=59599053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710028988.6A Active CN107058808B (zh) 2017-01-16 2017-01-16 一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107058808B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108002844B (zh) * 2017-11-22 2020-11-03 中国科学院兰州化学物理研究所 一种宽温域自润滑赛隆基复合材料
CN108405854A (zh) * 2018-02-07 2018-08-17 苏州金言来新材料科技有限公司 一种制作自润滑工件的真空烧结方法
CN109434125A (zh) * 2018-12-11 2019-03-08 安阳工学院 一种具有自我调控功能的NiTiAl基自润滑复合材料及其制备方法
CN110293230A (zh) * 2019-06-06 2019-10-01 徐州圣邦机械有限公司 一种新型内齿轮泵月牙板及其制备方法
CN110184507A (zh) * 2019-06-14 2019-08-30 李筱穗 一种能有效提高润滑性能的新型石墨-铝基自润滑材料
CN112575215B (zh) * 2020-11-24 2021-09-21 南通众福新材料科技有限公司 一种新能源汽车用高韧性铝合金材料及方法
CN114000013B (zh) * 2021-10-15 2022-05-27 中国航发北京航空材料研究院 一种自润滑铝基复合材料及其制备方法
CN114876989B (zh) * 2022-05-11 2023-10-27 江苏川钿明椿电气机械有限公司 一种铝基制动器摩擦片及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101054644A (zh) * 2007-05-25 2007-10-17 东北大学 一种铝基合金自润滑材料及其制备方法
CN105328180A (zh) * 2015-11-16 2016-02-17 利辛县江淮扬天汽车有限公司 一种高强耐磨铝基粉末冶金轴承材料

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101054644A (zh) * 2007-05-25 2007-10-17 东北大学 一种铝基合金自润滑材料及其制备方法
CN105328180A (zh) * 2015-11-16 2016-02-17 利辛县江淮扬天汽车有限公司 一种高强耐磨铝基粉末冶金轴承材料

Also Published As

Publication number Publication date
CN107058808A (zh) 2017-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107058808B (zh) 一种铝合金基固体润滑复合材料及其制备方法
CN105986147B (zh) 一种宽温域镍基自润滑复合材料及其制备方法
CN109666815B (zh) 一种max相增强镍基高温润滑复合材料的制备方法及其应用
CN112276076B (zh) 一种宽温域高熵合金基固体润滑复合材料的制备方法
CN111218603A (zh) 一种高熵合金基高温固体润滑复合材料的制备方法
CN109402435A (zh) 一种镍铝基宽温域自润滑合金及其制备方法
CN106011539B (zh) 一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料及其制备方法
CN109868381B (zh) 一种高体积分数钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN104878272A (zh) 一种镍铝/氧化铜高温自润滑复合材料及其制备方法
CN106086525A (zh) 一种低摩擦镍基高温自润滑复合材料及其制备方法
CN106086568A (zh) 一种宽真空耐高温自润滑复合材料及其制备方法
CN114749658A (zh) 一种复合稀土元素增强粉末冶金摩擦材料的制备方法
CN107584125B (zh) 一种高韧自润滑赛隆基复合材料的制备方法
Paul et al. Tribological behavior, mechanical properties and microstructure of Al-12Si-ZrC composite prepared by powder metallurgy
Zhou et al. High-temperature anti-wear behavior of alumina-reinforced Ti–Zr–Mo alloy composites
CN105294099A (zh) 一种ZrO2–MoS2–CaF2高温自润滑耐磨材料
Sridhar et al. Effect of silicon carbide on microstructural, mechanical and corrosion behavior of electrolytic copper matrix composite produced by the powder metallurgy route
CN104328368A (zh) 一种自润滑耐磨铜基复合材料及其制备方法
CN110318012A (zh) 一种镍基自润滑复合材料及其制备方法
CN113681009B (zh) 摩擦氧化调控表面生成自补充润滑相复合材料及制备方法
CN104878271B (zh) 一种铁铝/硫酸锶钡高温自润滑复合材料及其制备方法
CN106811645B (zh) 一种碳化硅基高温自润滑复合材料及其制备方法
CN107354407A (zh) 一种重负荷低磨损铜基摩擦材料及其制备方法
Mohamad et al. Physical and Mechanical Properties of Ni-Cr based composites with addition of solid lubricants produced through powder metallurgy process
CN107988502B (zh) 钛铝金属间化合物基自润滑复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant