一种M50基自润滑材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型M50基自润滑材料，主要包括基体材料和润滑相，并以M50钢为基体材料，以含MoS2和SiO2的微米球为润滑相，润滑相的质量为基体材料质量的(3.0‑5.0)wt.％。本发明专利技术所述的新型M50基自润滑材料具有较低的摩擦系数与磨损率，可以有效提高M50钢的摩擦学性能，且制备方法简便可行，为实现M50基自润滑材料的工业化应用提供了实践基础。

Novel M50 based self-lubricating material and preparation method thereof

The invention discloses a new M50 based self-lubricating material, which mainly comprises a base material and a lubricating phase, and takes M50 steel as the base material and contains MoS

【技术实现步骤摘要】
一种新型M50基自润滑材料及其制备方法
本专利技术涉及一种新型M50基自润滑材料及其制备方法，属于固体自润滑复合材料领域。
技术介绍
航空发动机主轴轴承是航空发动机的关键零部件，被认为是航空发动机的心脏，其质量的好坏，是直接影响航空发动机寿命及可靠性的重要因素之一，因此，提高航空发动机主轴轴承的可靠性一直是航空发动机研制生产中的一项十分重要的课题。M50高温轴承钢为我国和世界各国航空发动机主轴轴承的主要用钢，可以长期在315℃下工作，除具有一般轴承钢的特性外，还具有较好的高温尺寸稳定性，高温硬度和高温疲劳性能等。但是随着飞机的不断更新换代，航空发动机轴承的工作环境也更加恶劣，如何降低轴承的摩擦磨损是一个重要的研究内容。固体材料自润滑技术是解决高温、高压、真空等极端环境下润滑的一种有效方法。刘佐民等研究M50高速钢摩擦磨损机理转变的临界温度，在此临界温度以下，高速钢的磨损量随温度的上升而增大，摩擦系数几乎保持恒定，超过此温度后，由于界面金属膜的呈现，磨损率迅速下降。目前，利用固体自润滑材料来提高M50高温航空轴承钢摩擦磨损性能的研究还鲜见报到。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种新型M50基自润滑材料及其制备方法，以含MoS2和SiO2微米球为润滑相，具有较低的摩擦系数与磨损率，可以有效提高航空主轴轴承材料M50钢的摩擦学性能，且制备方法简便，制备过程中工艺参数容易控制。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：一种新型M50基自润滑材料，主要包括基体材料和润滑相，它以M50钢为基体材料，以含MoS2和SiO2的微米球为润滑相。按上述方案，所述润滑相的质量为基体材料质量的(3.0-5.0)wt.％。按上述方案，所述基体材料M50钢主要包括元素C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu、Mo、V和Fe等。优选地，本专利技术中所述基体材料M50钢中各元素按质量百分比计为：C0.75-0.85％，Mn≤0.35％，Si≤0.35％，Ni≤0.20％，Cr3.75-4.25％，Cu≤0.20％，Mo4.00-4.50％，V0..90-1.10％，以及余量的Fe。最优选地，本专利技术所述基体材料M50钢中元素C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu、Mo、V和Fe质量比值为0.75：0.35：0.30：0.20：4.0：0.15：4.2：1：89.05。按上述方案，所述含MoS2和SiO2的微米球主要组成成分为MoS2与SiO2，MoS2与SiO2的质量比(3.0-7.0)：(7.0-12.0)。该微米球为具有坚硬外壳的中空球形颗粒，外观为灰色，单颗粒直径为8-15μm，壁厚为其直径的6％-10％。按上述方案，所述含MoS2和SiO2微米球的制备方法为：将MoS2粉末和SiO2粉末加入到含辅助试剂的硅酸钠水溶液中形成混合液；将所得混合液经干燥后、熔融后，所得熔融的液滴状反应物收集于水中进行冷凝，然后收集水面上层漂浮的颗粒物，烘干后，即为所需要的含MoS2和SiO2的微米球粉末。其中，优选采用氧-乙炔进行熔融处理；辅助试剂为硼酸、尿素、五硼酸胺按质量比1：(1-1.5)：(0.5-1)的混合物，辅助试剂的添加质量为硅酸钠添加量的(4.0-8.0)％，硅酸钠的水溶液浓度范围为(13.0-18.0)wt.％。按上述方案，所述MoS2粉末粒径为3μm-30μm，SiO2粉末的粒径10μm-50μm。本专利技术上述新型M50基自润滑材料的制备方法，其主要步骤如下：1)根据M50钢的组成元素及其含量，称取其各组成元素的单质粉末，作为基体材料的原料；并根据基体材料的原料质量的(3.0-5.0)wt.％，选取含MoS2和SiO2的微米球为润滑相；2)将步骤1)称取的基体材料的原料和润滑相混合均匀，然后经放电等离子烧结后，得到所述新型M50基自润滑材料。按上述方案，步骤2)中所述混合采用振动混料。其中，振动频率为45-55Hz，振动力为10000-12000N，振荡时间为15-25分钟。按上述方案，步骤1)中M50钢中，各组成元素的单质粉末为C粉、Mn粉、Si粉、Ni粉、Cr粉、Cu粉、Mo粉、V粉和Fe粉，粉末粒径均为30μm-50μm。按上述方案中，所述放电等离子烧结工艺参数为：烧结温度为1000-1100℃，升温速率为90-110℃/min，烧结压力为25-30MPa，真空度为1×10-2-1×10-1Pa，保温时间为10-15min，保护气体为惰性气体。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术所述的新型M50基自润滑材料，以含MoS2和SiO2的微米球为润滑相，致密度高，提高了M50基自润滑材料力学性能及摩擦磨损性能；同时，润滑相微米球形状可以在一定程度上将滑动摩擦转变为滚动摩擦，降低了摩擦磨损。2、本专利技术中润滑相中，SiO2的高硬度及稳定性可以提高M50基自润滑材料强度及韧性；而MoS2可发生分解反应，生成的单质S可与M50基体材料中Fe元素发生化合反应得到FeS，FeS与MoS2协同起到润滑作用。其中，FeS与MoS2均为层状结构，分子层之间结合力小，形成了一个低剪切力平面，当分子之间受到很小的剪切力时就可以形成滑移面，从而降低摩擦磨损。3、本专利技术的制备方法简便新颖，可操作性强，工艺参数易控制，且M50钢廉价，具有很强的工业推广价值，符合产业化发展需求。附图说明图1是本专利技术的制备工艺流程图。图2是本专利技术所采用的含MoS2和SiO2的微米球的场发射扫描电镜照片。图3是本专利技术实施例2制得的新型M50基自润滑材料的磨痕电子探针照片，测试条件为：温度300℃、载荷20N、滑动速度0.2m/s、时间30min、摩擦半径4mm。图4是本专利技术实施例1、2、3制备的新型M50基自润滑材料的摩擦系数曲线，摩擦测试条件为：温度300℃、载荷20N、滑动速度0.2m/s、时间30min、摩擦半径4mm。图5是本专利技术实施例1、2、3制备的新型M50基自润滑材料的磨损率曲线，摩擦测试条件为：温度300℃、载荷20N、滑动速度0.2m/s、时间30min、摩擦半径4mm。具体实施方式以下结合附图和实施例进一步对本专利技术进行说明，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。下述实施例中，所采用的含MoS2和SiO2微米球的制备方法均为：选取MoS2和SiO2粉末(MoS2与SiO2的质量比(3.0-7.0)：(7.0-12.0))加入到含辅助试剂的硅酸钠水溶液中形成混合液；将所得混合液经干燥后利用氧-乙炔进行高温熔融处理，所得熔融的液滴状反应物收集于水中进行冷凝，收集水面上层漂浮的颗粒物，烘干后即为所需要的含MoS2和SiO2的微米球粉末。如图2所示，该微米球为具有坚硬外壳的中空球形颗粒，外观为灰色，单颗粒直径为8-15μm，壁厚为其直径的6％-10％。其中，辅助试剂为硼酸、尿素、五硼酸胺按质量比1：(1-1.5)：(0.5-1)的混合物，辅助试剂的添加质量为硅酸钠添加量的(4.0-8.0)％，硅酸钠的水溶液浓度范围为(13.0-18.0)wt.％；MoS2粉末粒径为3um-30um，SiO2粉末的粒径10μm-50μm。当然，其他方法制备的含MoS2和SiO2微米球的也适用于本专利技术。实施例1一种新型M50基自润滑材料，它由基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型M50基自润滑材料，其特征在于它主要包括基体材料和润滑相，并以M50钢为基体材料，以含MoS

【技术特征摘要】
1.一种新型M50基自润滑材料，其特征在于它主要包括基体材料和润滑相，并以M50钢为基体材料，以含MoS2和SiO2的微米球为润滑相。2.根据权利要求1所述的一种新型M50基自润滑材料，其特征在于所述润滑相的质量为基体材料质量的(3.0-5.0)wt.％。3.根据权利要求1所述的一种新型M50基自润滑材料，其特征在于所述基体材料M50钢主要包括元素C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu、Mo、V和Fe。4.根据权利要求1所述的一种新型M50基自润滑材料，其特征在于所述基体材料M50钢中各元素按质量百分比计为：C0.75-0.85％，Mn≤0.35％，Si≤0.35％，Ni≤0.20％，Cr3.75-4.25％，Cu≤0.20％，Mo4.00-4.50％，V0..90-1.10％，以及余量的Fe。5.根据权利要求1所述的一种新型M50基自润滑材料，其特征在于所述基体材料M50钢中元素C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu、Mo、V和Fe质量比值为0.75：0.35：0.30：0.20：4.0：0.15：4.2：1：89.05。6.根据权利要求1所述的一种新型M50基自润滑材料，其特征在于所述含MoS2和SiO2的微米球中MoS2与SiO2的质量比(3.0-7.0)...

【专利技术属性】
技术研发人员：史晓亮，刘锡尧，黄玉春，杨慷，邓骁斌，闫昭，薛冰，章桥新，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42