CN110760729A - 一种碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料及其制备方法,属于复合材料技术领域。该复合材料其按重量分数计包括：OLC 10～20％，TiNx 80～90％，其中，TiCx中的X为0.4≤x≤0.9或x＝1.1～1.3。这种自润滑复合材料，通过将机械合金化法制备的非化学计量比的TiNx与OLC粉末进行混合，采用热压烧结制备OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料，利用TiNx中的空位能降低烧结温度，促进烧结。在此基础上和OLC复合烧结形成OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料，克服传统润滑材料在极端条件下润滑失效的缺点，同时提高其硬度及断裂韧性。

Description

一种碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，涉及一种碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料及其制备方法。
背景技术
航空航天器械工作部件大多处于超高超低温、真空、高速、腐蚀介质等极端环境中，在这种极端工况下，常规润滑剂极容易蒸发，引发润滑机制失效；塑料基固体自润滑复合材料只适用在低速、低载、低温条件下；金属基自润滑复合材料拥有基体金属优越的机械力学性能，但是不能应对高低温重载、辐射、特种介质腐蚀、热震冲击等极端条件；超级合金材料，比如Ni基、Co基复合材料，造价高贵，还不能大规模推广因此，研究一种适用于太空极端工况下的自润滑复合材料具有实际意义。
邹斌利用纳米TiN粉作为第二相添加剂，制备出氮化硅基纳米复合陶瓷刀具，其断裂韧性、维氏硬度和抗弯强度分别为9.1MPa·m1/2、15.47GPa和1079.8MPa，并提出纳米TiN可以降低烧结温度，提高粉体的烧结活性，提高力学性能和机械性能。
乔丽娜在TiN0.3与难溶化合物界面扩散行为及强韧化的研究中发现，两相之间存在扩散现象，并且发现在难熔化合物中引入TiN0.3，改善了其力学性能，尤其是断裂韧性。
Wang L等人将氮化硅陶瓷(氮)与0.2wt％FeSi2混合粉末在1780℃下烧结2h，添加Al2O3和Y2O3促进烧结和增韧，获得高强度、高韧性烧结体，断裂韧性和抗弯强度分别达到9.8±0.5MPa·m1/2和1086±48MPa。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料及其制备方法，这种自润滑复合材料能够克服传统润滑材料在极端条件下润滑失效的缺点，同时提高其硬度及断裂韧性。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料,其按重量分数计包括：OLC 10～20％，TiNx80～90％，其中，TiCx中的X为0.4≤x≤0.9或x＝1.1～1.3。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述OLC的粒度约2-10nm，所述TiNx的粒度为50nm以细。
一种上述碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料的制备方法,其包括：
将爆轰纳米金刚石粉末进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度900～1800℃，保温0～2h，制得粒径约为5nm的OLC；
按重量百分比将OLC与所述，进行球磨混料，球、料质量比为5～10:1，球磨转速为250～350r/min，球磨4～8h，每转20-40min，停机10-20min进行散热，得到OLC-TiNx混合物；
将所述OLC-TiNx混合物进行热压烧结，烧结压力为20～40MPa，烧结温度为1100～1800℃，保温为10～60min，随炉冷却。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述纳米金刚石粉末的平均晶粒尺寸为3-7nm，纯度大于98％。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述TiCX的制备方法包括：
按预算摩尔比，将尿素与钛粉混合，加入分散剂后进行球磨混，球料比为10～20:1，转速为300～600r/min，球磨时间为20～80h，随后将得混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度500～600℃，保温10～30min。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述分散剂为水或者乙醇，所述分散剂的添加量为每10g混合粉末加入0.2～0.5mL。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述钛粉得粒径为1～30μm，纯度大于99％。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述球磨过程均采用5mm和8mm两种WC硬质合金球，所述WC硬质合金球的质量比为7:3。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述热压烧结包括：对所述OLC-TiNx混合物缓慢施加压力至20～40Mpa，将腔体抽真空致真空度达到10～40Pa，随后以130～140℃/min的升温速率从室温升到560～580℃，以5～10℃/min的升温速率将温度升至600～620℃，保温10min，然后，以80～120℃/min的升温速率将温度升至1000℃，在1000℃保温10min；再以50～100℃/min的升温速率将温度升至1100～1800℃，保温10～60min。随炉冷却，得到毛坯，将所述毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供得这种碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料，通过将机械合金化法(MA)制备的非化学计量比的TiNx与OLC粉末进行混合再通过烧结制备。其中，非化学计量比TiCX陶瓷，其在保持结构相对稳定的前提下允许有大量的化学空位存在，不但保持了正常计量比TiC陶瓷原有的优良本征特性，而且具有良好的表面活性和浸润性。同时，采用OLC为润滑相，
不但耐酸碱腐蚀，抗氧化温度高，而且对基体的割裂作用小，应力集中效应小，对基体韧性下降的影响也较小，能够起到良好的润滑效果。OLC在摩擦过程中会产生石墨碎片、无定形碳，甚至类金刚石镀膜(DLC)，进一步丰富润滑机制；OLC中金刚石核心可以充当硬质相，增强基体的耐磨损能力。
采用热压烧结制备OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料，利用TiNx中的空位能降低烧结温度，促进烧结，在此基础上和OLC复合烧结形成OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料，克服传统润滑材料在极端条件下润滑失效的缺点，同时提高其硬度及断裂韧性。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本实施方式提供一种碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料,其按重量分数计包括：OLC10～20％，TiNx 80～90％，其中，TiCx中的X为0.4≤x≤0.9或x＝1.1～1.3。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，OLC的粒度约2-10nm，TiNx的粒度为50nm以细。采用这种粒径的原料进行烧结，烧结性能好，硬度、韧性等力学性能更佳。
该碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料的制备方法，包括：
步骤S1:将爆轰纳米金刚石粉末进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度900～1800℃，保温0～2h，制得粒径约为5nm的OLC。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，纳米金刚石粉末的平均晶粒尺寸为3-7nm，纯度大于98％。
步骤S2：按重量百分比将OLC与TiNx，进行球磨混料，球、料质量比为5～10:1，球磨转速为250～350r/min，球磨4～8h，每转20-40min，停机10-20min进行散热，得到OLC-TiNx混合物；
采用球磨混合OLC与TiNx，在混料的过程中通过机械合金化作用，使得基体中的两种成分相互扩散，形成活性更高的基体。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，TiCX的制备方法包括：
按预算摩尔比，将尿素与钛粉混合，加入分散剂后进行球磨混，球料比为10～20:1，转速为300～600r/min，球磨时间为20～80h，随后将得混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度500～600℃，保温10～30min。
其中，制备TiCX的原料及其质量配比如表1所示，制备TiCX(0.4≤x≤0.9或x＝1.1-1.3)时，采用尿素与钛粉末为原料。
表1制备TiNx的原料及其质量配比
Figure BDA0002224561750000041
进一步地，在本发明较佳的实施例中，分散剂为水或者乙醇，分散剂的添加量为每10g混合粉末加入0.2～0.5mL。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，钛粉得粒径为1～30μm，纯度大于99％。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，球磨过程均采用5mm和8mm两种WC硬质合金球，WC硬质合金球的质量比为7:3。采用两种直径不同的磨球进行球磨，可以使粉料混合的更均匀，机械合金化的效果更好。
步骤S3：将OLC-TiNx混合物进行热压烧结，烧结压力为20～40MPa，烧结温度为1100～1800℃，保温为10～60min，随炉冷却。
相对于SPS烧结技术，采用热压烧结技术制备的复合材料，力学性能更强，更能适应于工程应用之中。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，热压烧结包括：对OLC-TiNx混合物缓慢施加压力至20～40Mpa，将腔体抽真空致真空度达到10～40Pa，随后以130～140℃/min的升温速率从室温升到560～580℃，以5～10℃/min的升温速率将温度升至600～620℃，保温10min，然后，以80～120℃/min的升温速率将温度升至1000℃，在1000℃保温10min；再以50～100℃/min的升温速率将温度升至1100～1800℃，保温10～60min。随炉冷却，得到毛坯，将毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例1
本实施例提供一种碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料，其原料配方及制备方法如下：
原料配方的称量按照下述百分比进行：
表2原料配方表(45g)
Figure BDA0002224561750000051
S1、将3.17g的尿素和16.83g的钛粉组成的原料粉末放入硬质合金罐后，加入工业乙醇作为分散剂，球、料比为10:1，球磨介质为直径为8mm和5mm的硬质合金球，在手套箱过渡仓中进行反复洗气后放入球磨机的操作腔体内，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，球磨转速为300r/min，每转2h，停机30min散热，球磨20h后，将混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度500℃，保温10min，重复上述操作获得足够的量的TiN0.3；
S2、将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度900℃，不保温，制得OLC；
S3、将40.5g的TiN0.3粉末与4.5g的OLC粉末在球磨机中混料4h，球、料比5:1，球磨转速为250r/min，在手套箱中将TiN0.3和OLC粉末混合物装填入硬质合金模具中进行预压，预压压力为20MPa，预压10s，然后把预压后的样品装入石墨磨具中进行热压烧结。将石墨模具放在烧结台上，升温制度为：首先，对样品缓慢施加压力至20MPa；将腔体抽真空致真空度达到10Pa，随后以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，然后，以100℃/min的升温速率从600℃升到1000℃，在1000℃保温10min；再以50℃/min的升温速率从1000℃升到1100℃，保温10min。随炉冷却，得到毛坯。将制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
将热压烧结后的OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料试样打磨抛光后进行组织及性能检测，所得烧结块体技术参数如下：
表3实施例1中复合烧结体的技术参数和具体数值
Figure BDA0002224561750000061
实施例2
原料配方的称量按照下述百分比进行：
表4原料配方表(45g)
S1、在4.01g的尿素和15.99g的钛粉组成的原料粉末中放入硬质合金罐后，加入工业乙醇作为分散剂，球料比为20:1，球磨介质为直径为8mm和5mm的硬质合金球，在手套箱过渡仓中进行反复洗气后放入球磨机的操作腔体内，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，球磨转速为350r/min，每转2h，停机30min散热，球磨30h后，将混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度600℃，保温20min，重复上述操作获得足够的量的TiN0.4；
S2、将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度1000℃，保温1h，制得OLC；
S3、将38.25g的TiN0.4粉末与6.75g的OLC粉末在球磨机中混料5h，球料比10:1，球磨转速为300r/min，在手套箱中将TiN0.4和OLC粉末混合物装填入硬质合金模具中进行预压，预压压力为50MPa，预压15s，然后把预压后的样品装入石墨磨具中进行热压烧结。将石墨模具放在烧结台上，升温制度为：首先，对样品缓慢施加压力至25MPa；将腔体抽真空致真空度达到20Pa，随后以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，然后，以100℃/min的升温速率从600℃升到1000℃，在1000℃保温10min；再以60℃/min的升温速率从1000℃升到1200℃，保温20min。随炉冷却，得到毛坯。将制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
将热压烧结后的OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料试样打磨抛光后进行组织及性能检测，所得烧结块体技术参数如下：
表5实施例2中复合烧结体的技术参数和具体数值
Figure BDA0002224561750000071
实施例3
原料配方的称量按照下述百分比进行：
表6原料配方表(45g)
Figure BDA0002224561750000072
S1、在4.78g的尿素和15.22g的钛粉组成的原料粉末中放入硬质合金罐后，加入工业乙醇作为分散剂，球料比为10:1，球磨介质为直径为8mm和5mm的硬质合金球，在手套箱过渡仓中进行反复洗气后放入球磨机的操作腔体内，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，球磨转速为400r/min，每转2h，停机30min散热，球磨40h后，将混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度500℃，保温30min，重复上述操作获得足够的量的TiN0.5；
S2、将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度1100℃，保温2h，制得OLC；
S3、将37g的TiN0.5粉末与8g的OLC粉末在球磨机中混料6h，球料比5:1，球磨转速为350r/min，在手套箱中将TiN0.5和OLC粉末混合物装填入硬质合金模具中进行预压，预压压力为100MPa，预压20s，然后把预压后的样品装入石墨磨具中进行热压烧结。将石墨模具放在烧结台上，升温制度为：首先，对样品缓慢施加压力至30MPa；将腔体抽真空致真空度达到30Pa，随后以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，然后，以100℃/min的升温速率从600℃升到1000℃，在1000℃保温10min；再以70℃/min的升温速率从1000℃升到1300℃，保温30min。随炉冷却，得到毛坯。将制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
将热压烧结后的OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料试样打磨抛光后进行组织及性能检测，所得烧结块体技术参数如下：
表7实施例3中复合烧结体的技术参数和具体数值
Figure BDA0002224561750000081
实施例4
原料配方的称量按照下述百分比进行：
表8原料配方表(45g)
Figure BDA0002224561750000082
S1、在5.47g的尿素和14.53g的钛粉组成的原料粉末中放入硬质合金罐后，加入工业乙醇作为分散剂，球料比为20:1，球磨介质为直径为8mm和5mm的硬质合金球，在手套箱过渡仓中进行反复洗气后放入球磨机的操作腔体内，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，球磨转速为450r/min，每转2h，停机30min散热，球磨50h后，将混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度600℃，保温10min，重复上述操作获得足够的量的TiN0.6；
S2、将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度1200℃，不保温，制得OLC；
S3、将40.50g的TiN0.6粉末与4.50g的OLC粉末在球磨机中混料7h，球料比10:1，球磨转速为250r/min，在手套箱中将TiN0.6和OLC粉末混合物装填入硬质合金模具中进行预压，预压压力为150MPa，预压25s，然后把预压后的样品装入石墨磨具中进行热压烧结。将石墨模具放在烧结台上，升温制度为：首先，对样品缓慢施加压力至35MPa；将腔体抽真空致真空度达到40Pa，随后以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，然后，以100℃/min的升温速率从600℃升到1000℃，在1000℃保温10min；再以80℃/min的升温速率从1000℃升到1400℃，保温40min。随炉冷却，得到毛坯。将制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
将热压烧结后的OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料试样打磨抛光后进行组织及性能检测，所得烧结块体技术参数如下：
表9实施例4中复合烧结体的技术参数和具体数值
Figure BDA0002224561750000091
实施例5
原料配方的称量按照下述百分比进行：
表10原料配方表(45g)
S1、在6.10g的尿素和13.90g的钛粉组成的原料粉末中放入硬质合金罐后，加入工业乙醇作为分散剂，球料比为10:1，球磨介质为直径为8mm和5mm的硬质合金球，在手套箱过渡仓中进行反复洗气后放入球磨机的操作腔体内，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，球磨转速为500r/min，每转2h，停机30min散热，球磨60h后，将混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度500℃，保温20min，重复上述操作获得足够的量的TiN0.7；
S2、将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度1300℃，保温1h，制得OLC；
S3、将38.25g的TiN0.7粉末与6.75g的OLC粉末在球磨机中混料8h，球料比5:1，球磨转速为300r/min，在手套箱中将TiN0.7和OLC粉末混合物装填入硬质合金模具中进行预压，预压压力为200MPa，预压30s，然后把预压后的样品装入石墨磨具中进行热压烧结。将石墨模具放在烧结台上，升温制度为：首先，对样品缓慢施加压力至40MPa；将腔体抽真空致真空度达到10Pa，随后以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，然后，以100℃/min的升温速率从600℃升到1000℃，在1000℃保温10min；再以90℃/min的升温速率从1000℃升到1500℃，保温50min。随炉冷却，得到毛坯。将制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
将热压烧结后的OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料试样打磨抛光后进行组织及性能检测，所得烧结块体技术参数如下：
表11实施例5中复合烧结体的技术参数和具体数值
Figure BDA0002224561750000101
实施例6
原料配方的称量按照下述百分比进行：
表12原料配方表(45g)
S1、在6.68g的尿素和13.32g的钛粉组成的原料粉末中放入硬质合金罐后，加入工业乙醇作为分散剂，球料比为20:1，球磨介质为直径为8mm和5mm的硬质合金球，在手套箱过渡仓中进行反复洗气后放入球磨机的操作腔体内，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，球磨转速为550r/min，每转2h，停机30min散热，球磨70h后，将混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度600℃，保温30min，重复上述操作获得足够的量的TiN0.8；
S2、将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度1400℃，保温2h，制得OLC；
S3、将37g的TiN0.8粉末与8g的OLC粉末在球磨机中混料4h，球料比10:1，球磨转速为350r/min，在手套箱中将TiN0.8和OLC粉末混合物装填入硬质合金模具中进行预压，预压压力为250MPa，预压10s，然后把预压后的样品装入石墨磨具中进行热压烧结。将石墨模具放在烧结台上，升温制度为：首先，对样品缓慢施加压力至20MPa；将腔体抽真空致真空度达到20Pa，随后以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，然后，以100℃/min的升温速率从600℃升到1000℃，在1000℃保温10min；再以100℃/min的升温速率从1000℃升到1600℃，保温60min。随炉冷却，得到毛坯。将制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
将热压烧结后的OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料试样打磨抛光后进行组织及性能检测，所得烧结块体技术参数如下：
表13实施例6中复合烧结体的技术参数和具体数值
Figure BDA0002224561750000111
实施例7
原料配方的称量按照下述百分比进行：
表14原料配方表(45g)
S1、在7.22g的尿素和12.78g的钛粉组成的原料粉末中放入硬质合金罐后，加入工业乙醇作为分散剂，球料比为10:1，球磨介质为直径为8mm和5mm的硬质合金球，在手套箱过渡仓中进行反复洗气后放入球磨机的操作腔体内，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，球磨转速为600r/min，每转2h，停机30min散热，球磨80h后，将混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度500℃，保温10min，重复上述操作获得足够的量的TiN0.9；
S2、将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度1500℃，不保温，制得OLC；
S3、将40.5g的TiN0.9粉末与4.5g的OLC粉末在球磨机中混料5h，球料比5:1，球磨转速为250r/min，在手套箱中将TiN0.9和OLC粉末混合物装填入硬质合金模具中进行预压，预压压力为300MPa，预压15s，然后把预压后的样品装入石墨磨具中进行热压烧结。将石墨模具放在烧结台上，升温制度为：首先，对样品缓慢施加压力至25MPa；将腔体抽真空致真空度达到30Pa，随后以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，然后，以100℃/min的升温速率从600℃升到1000℃，在1000℃保温10min；再以50℃/min的升温速率从1000℃升到1700℃，保温10min。随炉冷却，得到毛坯。将制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
将热压烧结后的OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料试样打磨抛光后进行组织及性能检测，所得烧结块体技术参数如下：
表15实施例7中复合烧结体的技术参数和具体数值
Figure BDA0002224561750000121
实施例8
原料配方的称量按照下述百分比进行：
表16原料配方表(45g)
Figure BDA0002224561750000122
S1、在8.17g的尿素和11.83g的钛粉组成的原料粉末中放入硬质合金罐后，加入工业乙醇作为分散剂，球料比为20:1，球磨介质为直径为8mm和5mm的硬质合金球，在手套箱过渡仓中进行反复洗气后放入球磨机的操作腔体内，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，球磨转速为300r/min，每转2h，停机30min散热，球磨20h后，将混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度600℃，保温20min，重复上述操作获得足够的量的TiN1.1；
S2、将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度1600℃，保温1h，制得OLC；
S3、将38.25g的TiN1.1粉末与6.75g的OLC粉末在球磨机中混料6h，球料比10:1，球磨转速为300r/min，在手套箱中将TiN1.1和OLC粉末混合物装填入硬质合金模具中进行预压，预压压力为350MPa，预压20s，然后把预压后的样品装入石墨磨具中进行热压烧结。将石墨模具放在烧结台上，升温制度为：首先，对样品缓慢施加压力至30MPa；将腔体抽真空致真空度达到40Pa，随后以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，然后，以100℃/min的升温速率从600℃升到1000℃，在1000℃保温10min；再以60℃/min的升温速率从1000℃升到1800℃，保温20min。随炉冷却，得到毛坯。将制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
将热压烧结后的OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料试样打磨抛光后进行组织及性能检测，所得烧结块体技术参数如下：
表17实施例8中复合烧结体的技术参数和具体数值
实施例9
原料配方的称量按照下述百分比进行：
表18原料配方表(45g)
Figure BDA0002224561750000132
S1、在8.59g的尿素和11.41g的钛粉组成的原料粉末中放入硬质合金罐后，加入工业乙醇作为分散剂，球料比为10:1，球磨介质为直径为8mm和5mm的硬质合金球，在手套箱过渡仓中进行反复洗气后放入球磨机的操作腔体内，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，球磨转速为350r/min，每转2h，停机30min散热，球磨30h后，将混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度500℃，保温30min，重复上述操作获得足够的量的TiN1.2；
S2、将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度1700℃，保温2h，制得OLC；
S3、将37g的TiN1.2粉末与8g的OLC粉末在球磨机中混料7h，球料比5:1，球磨转速为350r/min，在手套箱中将TiN1.2和OLC粉末混合物装填入硬质合金模具中进行预压，预压压力为400MPa，预压25s，然后把预压后的样品装入石墨磨具中进行热压烧结。将石墨模具放在烧结台上，升温制度为：首先，对样品缓慢施加压力至35MPa；将腔体抽真空致真空度达到10Pa，随后以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，然后，以100℃/min的升温速率从600℃升到1000℃，在1000℃保温10min；再以70℃/min的升温速率从1000℃升到1100℃，保温30min。随炉冷却，得到毛坯。将制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
将热压烧结后的OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料试样打磨抛光后进行组织及性能检测，所得烧结块体技术参数如下：
表19实施例9中复合烧结体的技术参数和具体数值
Figure BDA0002224561750000141
实施例10
原料配方的称量按照下述百分比进行：
表20原料配方表(45g)
Figure BDA0002224561750000142
Figure BDA0002224561750000151
S1、在8.98g的尿素和11.02g的钛粉组成的原料粉末中放入硬质合金罐后，加入工业乙醇作为分散剂，球料比为20:1，球磨介质为直径为8mm和5mm的硬质合金球，在手套箱过渡仓中进行反复洗气后放入球磨机的操作腔体内，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，所用气体为氩气，盖上密封盖，保证管内氩气环境下取出放入球磨机中，球磨转速为400r/min，每转2h，停机30min散热，球磨40h后，将混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度600℃，保温10min，重复上述操作获得足够的量的TiN1.3；
S2、将爆轰纳米金刚石粉末(平均晶粒尺寸5nm)进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度1800℃，不保温，制得OLC；
S3、将40.50g的TiN1.3粉末与4.50g的OLC粉末在球磨机中混料8h，球料比10:1，球磨转速为250r/min，在手套箱中将TiN1.3和OLC粉末混合物装填入硬质合金模具中进行预压，预压压力为50MPa，预压30s，然后把预压后的样品装入石墨磨具中进行热压烧结。将石墨模具放在烧结台上，升温制度为：首先，对样品缓慢施加压力至40MPa；将腔体抽真空致真空度达到20Pa，随后以137℃/min的升温速率从室温升到571℃，以7℃/min的升温速率从571℃升到600℃，在600℃保温10min，然后，以100℃/min的升温速率从600℃升到1000℃，在1000℃保温10min；再以80℃/min的升温速率从1000℃升到1200℃，保温40min。随炉冷却，得到毛坯。将制备的毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
将热压烧结后的OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料试样打磨抛光后进行组织及性能检测，所得烧结块体技术参数如下：
表21实施例10中复合烧结体的技术参数和具体数值
Figure BDA0002224561750000152
根据以上实施例结果可知，伴随着烧结温度的提高(实施例1-10)，所制备的材料的硬度逐渐降低，抗摩擦磨损性能会逐步提升，韧性逐渐升高，但是当烧结温度超过1300℃时(实施例5-10)，韧性开始降低；伴随着OLC退火温度的提高，材料的摩擦磨损性能会逐步提升，当退火温度高于1300℃时(实施例6-8)，润滑性能明显增强，降低了材料的摩擦和磨损；
根据以上实施例结果可以得知的规律如下：伴随着烧结温度的提高，材料的硬度逐渐降低，抗摩擦磨损性能会逐步提升，韧性逐渐升高，但是当烧结温度超过1300℃时，韧性开始降低；伴随着OLC退火温度的提高，材料的摩擦磨损性能会逐步提升，当退火温度高于1300℃时(实施例6-8)，润滑性能明显增强，降低了材料摩擦和磨损；烧结压力、升温速率的提升对复合材料的性能影响较小。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料,其特征在于，其按重量分数计包括：OLC 10～20％，TiNx 80～90％，其中，TiCx中的X为0.4≤x≤0.9或x＝1.1～1.3。
2.根据权利要求1所述的碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料,其特征在于，所述OLC的粒度约2-10nm，所述TiNx的粒度为50nm以细。
3.一种根据权利要求1或2所述的碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料的制备方法,其特征在于，其包括：
将爆轰纳米金刚石粉末进行退火处理，真空度1～1.0×10-2Pa，退火温度900～1800℃，保温0～2h，制得粒径约为5nm的OLC；
按重量百分比将OLC与所述，进行球磨混料，球、料质量比为5～10:1，球磨转速为250～350r/min，球磨4～8h，每转20-40min，停机10-20min进行散热，得到OLC-TiNx混合物；
将所述OLC-TiNx混合物进行热压烧结，烧结压力为20～40MPa，烧结温度为1100～1800℃，保温为10～60min，随炉冷却。
4.根据权利要求3所述的碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料的制备方法,其特征在于，所述纳米金刚石粉末的平均晶粒尺寸为3-7nm，纯度大于98％。
5.根据权利要求3所述的碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料的制备方法,其特征在于，所述TiCX的制备方法包括：
按预算摩尔比，将尿素与钛粉混合，加入分散剂后进行球磨混，球料比为10～20:1，转速为300～600r/min，球磨时间为20～80h，随后将得混合粉末进行真空退火处理，真空度1Pa，温度500～600℃，保温10～30min。
6.根据权利要求5所述的碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料的制备方法,其特征在于，所述分散剂为水或者乙醇，所述分散剂的添加量为每10g混合粉末加入0.2～0.5mL。
7.根据权利要求5所述的碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料的制备方法,其特征在于，所述钛粉得粒径为1～30μm，纯度大于99％。
8.根据权利要求5所述的碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料的制备方法,其特征在于，所述球磨过程均采用5mm和8mm两种WC硬质合金球，所述WC硬质合金球的质量比为7:3。
9.根据权利要求5所述的碳纳米葱润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料的制备方法,其特征在于，所述热压烧结包括：对所述OLC-TiNx混合物缓慢施加压力至20～40Mpa，将腔体抽真空致真空度达到10～40Pa，随后以130～140℃/min的升温速率从室温升到560～580℃，以5～10℃/min的升温速率将温度升至600～620℃，保温10min，然后，以80～120℃/min的升温速率将温度升至1000℃，在1000℃保温10min；再以50～100℃/min的升温速率将温度升至1100～1800℃，保温10～60min。随炉冷却，得到毛坯，将所述毛坯进行表面磨削、去毛刺处理，得到OLC润滑相Ti(C,N)基自润滑复合材料。
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