一种硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料及其制备方法，该复合材料以镍铝合金粉和硼酸镁粉为原料制备而成，其中硼酸镁粉质量百分数为3~9%，余量为镍铝合金粉。本发明专利技术提供的复合材料组织均匀，润滑相与基体间结合紧密，具备优异的高温抗磨减摩性能。制备方法包含如下步骤：按质量百分比称量91~97%镍铝合金粉和3~9%硼酸镁粉，得到原始配料；将原始配料置于行星式球磨机中进行机械合金化，得到混合均匀的烧结配料；将烧结配料放入石墨磨具中，采用放电等离子烧结制备，得到硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料。本发明专利技术提供的制备方法工艺简单、参数易控、成本低，适于批量生产和推广。

Magnesium borate reinforced nickel aluminum based self lubricating composite material and preparation method thereof

The invention discloses a magnesium borate reinforced nickel-aluminum matrix self-lubricating composite material and a preparation method thereof. The composite material is prepared from nickel-aluminum alloy powder and magnesium borate powder, in which the mass percent of magnesium borate powder is 3-9%, and the remainder is nickel-aluminum alloy powder. The composite material provided by the invention has uniform microstructure, tight bonding between lubricating phase and matrix, and excellent high temperature anti-wear and friction reduction performance. The preparation method comprises the following steps: weighing 91-97% nickel-aluminum alloy powder and 3-9% magnesium borate powder according to the mass percentage to obtain the original ingredient; placing the original ingredient in a planetary ball mill for mechanical alloying to obtain a homogeneous mixture of sintering ingredients; placing the sintering ingredient in a graphite abrasive tool and preparing by spark plasma sintering; Magnesium borate reinforced nickel aluminum matrix self lubricating composites were obtained. The preparation method has the advantages of simple process, easy control of parameters and low cost, and is suitable for mass production and popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料及其制备方法
本专利技术涉及金属基自润滑复合材料及其制备
，更具体地，涉及一种硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料及其制备方法。
技术介绍
具有低密度、高强度、高熔点、高抗氧化和高抗腐蚀等优异性能，镍铝合金有望成为汽车、航空、航天和热能工程等领域最具发展前景的候选材料。然而，镍铝合金存在抗磨减摩性能差的缺点，不能应用于对耐磨性要求较高的场合，这在一定程度上限制了它的应用范围。为解决这一技术问题，国内外研究学者通过在镍铝合金中添加Ag、CuO、石墨烯等固体润滑剂制得镍铝基自润滑复合材料，与镍铝合金相比，其抗磨减摩性能有明显改善，目前已在涡轮增压器、燃气轮机和航空发动机等得以广泛应用。这代表着下一代新型高温结构材料的发展方向，因而新型固体润滑剂的研究与开发是非常有价值的探索。因具有轻量化、高硬度、高强度、耐腐蚀和良好高温抗氧化性等优异性能，硼酸镁作为润滑油添加剂已成为一种降低机械零部件摩擦磨损的有效途径。研究表明，添加硼酸镁后摩擦表面所形成油膜的承载能力、减摩性能和抗磨性能得以提高。然而，高温、高速、高压等严峻工况下润滑油氧化、润滑油粘度升高、润滑油膜破坏等因素导致其丧失优良的润滑性能，此时硼酸镁作为润滑油添加剂便失去意义从而限制了其广泛应用。为解决这一技术问题，本专利技术提出硼酸镁作为固体润滑剂直接与镍铝合金复合制备镍铝基复合材料，有望满足硼酸镁在高温等严峻干滑动摩擦工况下充分发挥减摩耐磨性能。综上，本专利技术开展硼酸镁作为镍铝基复合材料固体润滑剂的研究有着重要的理论与实际意义，研究成果不仅可以促进摩擦学学科与润滑材料学科的发展，而且有助于进一步拓展镍铝基自润滑复合材料的应用领域。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料，该复合材料中硼酸镁分布均匀，与基体间结合紧密，具备优异的高温抗磨减摩性能。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的制备方法，该方法工艺简单、参数易控、成本低，适合批量生产和推广。为解决上述第一个技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料，所述复合材料以镍铝合金粉和硼酸镁粉为原料制备而成，其中硼酸镁粉质量百分数为3~9%，余量为镍铝合金粉。本专利技术中，所述硼酸镁粉平均粒径25nm，镍铝合金粉平均粒径25μm。本专利技术中，所述硼酸镁作为添加剂，既能够强化基体材料又能够改善复合材料的高温抗磨减摩性能。为解决上述第二个技术问题，本专利技术采用的技术方案是提供一种硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的制备方法，包含如下步骤：（1）按质量百分含量称量91~97%的镍铝合金粉和3~9%的硼酸镁粉，得到原始配料；（2）将原始配料置于行星式球磨机中进行机械合金化，得到混合均匀的烧结配料；（3）将烧结配料放入石墨磨具中，氩气真空保护下采用放电等离子烧结制备，得到硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料。所述步骤（2）中的球料比为5:1~15:1，球磨转速为200~400r/min，球磨时间为4~6小时。所述步骤（3）中烧结时以130~150℃/min升温速率升至1000~1100℃，30~40MPa压强下保温8~10min后降温。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术制备的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料在高温摩擦过程中能够形成具有高硬度和良好光洁度的润滑膜，具有良好的高温抗磨减摩性能，故在高温机械零部件上具有广阔的应用前景；2、添加剂硼酸镁即可视为增强相强化基体材料，又可视为高温润滑相改善复合材料的高温抗磨减摩性能；3、放电等离子烧结工艺简单、参数易控，适于批量生产；4、原料来源广泛、对环境无害、成本低，易于推广。附图说明图1是本专利技术的制备工艺流程图。图2是实施例1制备的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的摩擦系数和磨损率随温度变化图，摩擦磨损工况条件为：温度100~700℃、载荷8N、滑动速度0.3m/s、时间80min。图3是实施例1制备的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料100℃条件下的磨痕表面形貌图。图4是实施例1制备的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料300℃条件下的磨痕表面形貌图。图5是实施例1制备的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料500℃条件下的磨痕表面形貌图。图6是实施例1制备的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的700℃条件下的磨痕表面形貌图。图7是实施例2制备的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的动态摩擦系数图，摩擦磨损工况条件为：温度700℃、载荷8N、滑动速度0.3m/s、时间80min。图8是实施例2制备的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的磨痕表面形貌图，摩擦磨损工况条件为：温度700℃、载荷8N、滑动速度0.3m/s、时间80min。图9是实施例3制备的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的动态摩擦系数图，摩擦磨损工况条件为：温度700℃、载荷8N、滑动速度0.3m/s、时间80min。图10是实施例3制备的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的磨痕表面形貌图，摩擦磨损工况条件为：温度700℃、载荷8N、滑动速度0.3m/s、时间80min。具体实施方式下面结合具体实施例，对本专利技术做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本专利技术而非用于限制本专利技术的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述专利技术的内容作出一些非本质的改进和调整。实施例1本实施例的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的制备方法，步骤如下：（1）按硼酸镁粉质量分数为3%和镍铝合金粉质量分数为97%的比例配料，称量硼酸镁粉0.3克和镍铝合金粉9.7克，得到原始配料，其中硼酸镁粉的平均粒径为25nm，镍铝合金粉的平均粒径为25μm；（2）将原始配料置于行星式球磨机中，按球料比5:1，转速200r/min，球磨混合4小时，冷却得到混合均匀的烧结配料；（3）将烧结配料放入石墨磨具中，在真空氩气保护下采用放电等离子烧结，以130℃/min升温速率升至1000℃，加压至30MPa，保温8min后降温冷却，制得硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料。采用HVS-1000型数显显微维氏硬度仪测试施例1制得硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的硬度为5.93GPa。图2是实施例1制得硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的摩擦系数和磨损率曲线图，由图可知该复合材料100℃条件下的摩擦系数和磨损率分别为0.52和4.25×10-5mm3/(Nm)，300℃条件下的摩擦系数和磨损率分别为0.44和4.41×10-5mm3/(Nm)，500℃条件下的摩擦系数和磨损率分别为0.40和3.31×10-5mm3/(Nm)，700℃条件下的摩擦系数和磨损率分别为0.33和2.97×10-5mm3/(Nm)，表明该复合材料具有优异的高温抗磨减摩性能。图3至图6是实施例1制得硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料分别在100℃、300℃、500℃、700℃条件下的磨痕表面形貌图，由图可知500℃和700℃条件下的摩擦磨损表面较光滑，形成了较为完整的润滑膜，这保证了复合材料具有优异的高温抗磨减摩性能。实施例2本实施例的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的制备方法，步骤如下：（1）按硼酸镁粉质量分数为6%和镍铝合金粉质量分数为93%的比例配料，称量硼酸镁粉0.6克和镍铝合金粉9.7克，得到原始配料；（2）将原始配料置于行星式球磨机中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料，其特征在于：所述复合材料以镍铝合金粉和硼酸镁粉为原料制备而成，其中硼酸镁粉质量百分含量为3~9%，余量为镍铝合金粉。

【技术特征摘要】
1.一种硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料，其特征在于：所述复合材料以镍铝合金粉和硼酸镁粉为原料制备而成，其中硼酸镁粉质量百分含量为3~9%，余量为镍铝合金粉。2.根据权利要求1所述的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料，其特征在于：所述的硼酸镁粉的平均粒径为25nm，镍铝合金粉的平均粒径为25μm。3.根据权利要求1或2所述的硼酸镁增强镍铝基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：（1）按质量百分含量称量91~97%的镍铝合金粉和3~9%的硼酸镁粉，得到原始配料；（2）将原始配料置于行星式球磨机中进行机械合金化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉宾，薛冰，徐增师，张孝彦，黄志伟，仝蓓蓓，
申请(专利权)人：黄河水利职业技术学院，
类型：发明
国别省市：河南,41