具备超低摩擦系数的金属或合金以及能够大幅降低金属或合金摩擦系数的方法技术

本发明专利技术涉及降低金属材料摩擦系数的技术，具体为一种具备极低摩擦系数的金属或合金材料，以及在大载荷条件下能够大幅降低金属或合金摩擦系数的方法，适用于金属材料铜、镍、铁等及其合金。本发明专利技术通过施加塑性变形，在金属及其合金材料表面引入梯度纳米结构，自表及里晶粒尺寸由最表层纳米尺度梯度过渡为芯部微米尺度的粗晶结构，获得了一种具备超低摩擦系数的金属或合金。该金属或合金具备梯度纳米结构，其摩擦系数显著低于普通粗晶状态的金属或合金，在载荷为10～100N范围内，其摩擦系数由粗晶态的0.6以上降低至0.42以下。

Metal or alloy with ultra-low friction coefficient and a method that can greatly reduce the friction coefficient of metal or alloy

The present invention relates to reduce the friction coefficient of metal material technology, in particular to a very low coefficient of friction with metal or alloy materials, and the method can greatly reduce the friction coefficient of metal or alloy in high load condition, which is suitable for metal material of copper, nickel and iron and alloy. By applying the invention of plastic deformation, the gradient nano structure into the surface of metal and alloy materials, from the table and in the grain size from the surface of nano scale graded coarse-grained structure core of micron scale, obtain a metal or alloy with ultra low friction coefficient. The metal or alloy has a gradient nanostructure, and its friction coefficient is significantly lower than that of ordinary coarse grain state. The friction coefficient of the metal or alloy decreases from 0.42 to less than 0.6 when the load is between 10 and 100N.

【技术实现步骤摘要】
具备超低摩擦系数的金属或合金以及能够大幅降低金属或合金摩擦系数的方法
本专利技术涉及一种具备极低摩擦系数的金属或合金材料，以及在大载荷条件下能够大幅降低金属或合金摩擦系数的方法。
技术介绍
众所周知，摩擦将导致大量机械能无效损耗，据不完全统计，能源的30～50％消耗于摩擦与磨损；对材料来说，60％～80％的失效由磨损引起。干摩擦条件下，金属材料的摩擦系数通常很高，一般范围在0.6～1.2之间，主要原因是在摩擦过程中接触表面下方产生塑性变形，导致表面粗糙化以及形成易脱落的摩擦层。降低金属摩擦系数对于提高工程应用中金属零件之间接触的可靠性及效率，以及降低磨损造成的损耗至关重要。由于摩擦系数反映摩擦系统中接触物体之间的状态，依赖于材料所处摩擦学系统的条件。因此，摩擦系数对于材料微观结构(不改变化学成分)的改变并不敏感，干摩擦条件下，降低金属的摩擦系数在技术上极具挑战性。对于金属材料而言，晶粒细化到纳米量级，大多数服从Hall-Petch关系，硬度较普通粗晶材料显著提高，是否能够降低摩擦系数，提高耐磨性无疑成为摩擦学工作者极为关注的问题。对于大多数均匀纳米结构金属材料而言，尽管文献报道相对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备超低摩擦系数的金属或合金，其特征在于：该金属或合金具备梯度纳米结构，其摩擦系数显著低于普通粗晶状态的金属或合金，在载荷为10～100N范围内，其摩擦系数由粗晶态的0.6以上降低至0.42以下。

【技术特征摘要】
1.一种具备超低摩擦系数的金属或合金，其特征在于：该金属或合金具备梯度纳米结构，其摩擦系数显著低于普通粗晶状态的金属或合金，在载荷为10～100N范围内，其摩擦系数由粗晶态的0.6以上降低至0.42以下。2.如权利要求1所述的金属或合金，其特征在于：该金属或合金的梯度纳米结构为：表面为纳米晶，芯部为粗晶，中间过渡区域为变形结构，自表及里晶粒尺寸由最表层纳米尺度梯度过渡为芯部微米尺度的粗晶结构。3.如权利要求1～2任一项所述的金属或合金，其特征在于：该金属或合金的梯度纳米结构的尺寸为：最表层晶粒尺寸为25～40nm，纳米晶层的晶粒尺寸<100nm，厚度为80～100μm，由表及里晶粒尺寸从25～40nm梯度过渡为芯部20～50μm，变形层厚度为700～800μm。4.如权利要求1～3任一项所述的金属或合金，其特征在于：该金属或合金的种类为铜、镍或铁；或者为铜、镍或铁的合金。5.如权利要求1～4任一项所述的金属或合金，其特征在于：当金属或合金选自铜或铜银合金时，在载荷为10～100N范围内，其摩擦系数由粗晶态的0.6～0.8降低至0.26～0.42。6.如权利要求1～5任一项所述的金属或合金，其特征在于：当合金选为Cu-5Ag合金时，最表层晶粒尺寸为25nm，纳米晶层的晶粒尺寸<100nm，厚度为80μm，由表及里晶粒尺寸从25nm梯度过渡为芯部20～50μm，变形层厚度为700μm。7.如权利要求1～6任一项所述的金属或合金，其特征在于：当合金选为Cu-5Ag合金时，施加50N、最大Hertz接...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩忠，陈翔，李秀艳，卢柯，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21