一种以石墨烯-银球形粉末为润滑相的TiAl基自润滑材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种以石墨烯‑银球形粉末为润滑相的新型TiAl基自润滑材料及其制备方法，包括如下步骤：制备石墨烯‑银球形粉末；按Ti：Al的摩尔比=1:1选取Ti粉和Al粉，将石墨烯‑银球形粉末与Ti粉、Al粉混合，得到配料；将上述配料置于振动混料机内混合干混，得到烧结配料；将烧结配料采用放电等离子烧结得到所述新型TiAl基自润滑材料。该自润滑材料将石墨烯‑银球形粉末原位复合在TiAl基体中，所得的自润滑材料在摩擦磨损过程中的摩擦系数和磨损率较低，具有优良的摩擦学性能，且制备方法简单新颖，制备过程中工艺参数容易控制。

【技术实现步骤摘要】
一种以石墨烯-银球形粉末为润滑相的新型TiAl基自润滑材料及其制备方法
本专利技术涉及一种以石墨烯-银为润滑相的球形粉末制备及含石墨烯-银球形润滑剂的新型TiAl基自润滑材料及其合成方法。
技术介绍
在航空、航天、增材制造等高新技术产业及冶金、建材、动力等传统工业领域，机械零部件失效和报废主要是因为过度摩擦和严重磨损造成的（[1]任彦.我国磨损自修复材料的研究进展[J].新材料产业,2013,12(12):55-58；[2]于洋.固体润滑材料在钢厂机械中的应用研究[J].生物技术世界,2013,6:159-159；[3]闫昂昂,杨丽颖,吴雅玉,等.TiAl基高温自润滑材料的机械和磨损性能研究[J].制造技术与机床,2015,12:93-96.）。摩擦导致了热量产生和能量消耗，降低机械零部件使用精度。磨损导致配合精度降低和材料损失增加，降低机械零部件使用寿命。在高温重载等服役行为下，固体润滑是提高机械零部件减摩耐磨行为最常用手段之一，突破了传统的润滑方式与应用限制，能满足润滑油和润滑脂不能解决的航空、航天、汽车与动力机械等零部件摩擦与润滑问题（[4]QinY,XiongD,LiJ,etal.Adaptive-lubricatingPEO/Ag/MoS2,multilayeredcoatingsforTi6Al4Valloyatelevatedtemperature[J].Materials&Design,2016,107:311-321.；[5]XinBB,YuYJ,ZhouJS,etal.EffectofsilvervanadateonthelubricatingpropertiesofNiCrAlYlasercladdingcoatingatelevatedtemperatures[J].Surface&CoatingsTechnology,2016,307:136-145.）。如何在高温重载服役条件下，开展金属基自润滑材料摩擦学性能研究，对于提高机械零部件使用精度和使用寿命具有重大的工程价值与研究意义。TiAl合金作为轻质金属结构材料，因具有优良的机械学性能与优异的热力学性能，如低的密度(3.7-3.9g/cm3)、高屈服强度(350-600MPa)、断裂强度(440-700MPa)、优良的室温塑性(1-4%)、良好的蠕变极限(750-950oC)和抗氧化极限(800-950oC)等优点，被认为是航空、航天、动力工程、建筑、冶金、汽车等工业领域中理想的轻质结构材料（[6]YangK,ShiXL,ZhangA,etal.EffectofmultiwalledcarbonnanotubesonthelubricatingpropertiesofTiAl-Agcompositesbasedonthechangesinappliedloadsandtestingtemperatures[J].RSCAdvances,2016,6:74269-74277.；[7]王辉.TiAl基合金热变形行为及高温力学性能研究[D].中南大学,2014,06.；[8]WuXH.ReviewofalloyandprocessdevelopmentofTiAlalloys[J].Intermetallics,2006,14(10):1114-1122.；[9]XuZH,ZhangQX,ZhaiWZ.TribologicalpropertiesofTiAlmatrixself-lubricatingcompositesincorporatedwithtungstendisulfideandzincoxide[J].RSCAdvances,2015,5:45044-45052.；[10]SungSY,KimYJ.Modelingoftitaniumaluminidesturbo-chargercasting[J].Intermetallics,2007,15:468-474.）。因此，如何进一步提高TiAl合金材料在苛刻条件下的摩擦学性能来满足工业使用要求是十分重要的。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种以球形润滑剂石墨烯-银为润滑相的TiAl基自润滑材料及其制备方法，通过火焰加热后急剧冷却的方法，制备出石墨烯-银球形润滑相后，将球形润滑相原位复合在TiAl基复合材料中，制备出的TiAl基自润滑材料具有优良的摩擦学性能，制备方法简单新颖，工艺参数容易控制。技术方案为：一种以石墨烯-银球形粉末为润滑相的新型TiAl基自润滑材料，它由Ti粉、Al粉和球形粉末制备而成，其中Ti：Al的摩尔比=1：1，加入石墨烯-银球形粉末质量为Ti与Al粉末总质量的1.5-2.5wt.%。一种以石墨烯-银球形粉末为润滑相的新型TiAl基自润滑材料的制备方法，它包括如下步骤：1）选取润滑相石墨烯-银粉末加入含辅助试剂的硅酸钠水溶液中，进行搅拌形成混合均匀的溶液，将混合溶液进行干燥，得到粉末颗粒。将混合粉末颗粒输送到氧-乙炔喷焊炬装置中进行喷射熔融，熔融温度为1700-3200oC，将熔融的液滴状反应物喷射到蒸馏水中进行快速冷凝，熔融液滴反应物与水的质量比例约1:3000-1:1500，对熔融后的球形液滴反应物进行分级筛选，并在≤90℃的环境下进行烘干处理，制得尺寸分布均匀，纯度高的石墨烯-银球形粉末；2）按Ti：Al的摩尔比=1:1选取Ti粉和Al粉，分别按Ti粉、Al粉总质量的1.5-2.5wt.%选取上述所得石墨烯-银球形粉末，将石墨烯-银球形粉末与Ti粉、Al粉进行混合配料；3）将混合粉末置于振动混料机内进行机械混合30分钟，得到混合均匀的烧结配料；4）将烧结配料置于石墨烯磨具内，利用放电等离子烧结技术，在一定烧结工艺参数下，得到一种以石墨烯-银球形粉末为润滑相的新型TiAl基自润滑材料。上述方案中，所述步骤1）制备出的石墨烯-银球形粉末是一种外观为黑色，因具有石墨烯使得球形润滑剂硬度、强度与热导性能等较好，密度小、质量轻等。上述方案中，所述步骤1）石墨烯-银球形粉末，球形颗粒直径约为8-25μm，石墨烯占球形润滑剂体积约70%～90%。上述方案中，所述步骤3）所述的振动混料外罐为钢罐，内置聚四氟乙烯罐，振动频率为52Hz，振动力为12400N，振荡时间为30分钟。上述方案中，所述步骤4）所述的放电等离子烧结工艺为：烧结温度为1000-1150℃、升温速率为95-115℃/min、烧结压力为22-27MPa、真空度为1.5×10-2-2.1×10-1Pa、保温时间为15min。本专利技术的有益效果是：1、润滑性能优良、制备方法简单、TiAl基自润滑材料是利用放电等离子技术进行烧结，烧结反应稳定，制备效率高，纯度好，含石墨烯-银球形粉末为润滑相的TiAl基自润滑材料摩擦学性能优异；2、制备方法新颖，制备过程简单、且石墨烯-银球形粉末制备工艺简便，节能环保，易操作；3、制备所需原材料价格便宜，来源广泛，制备润滑相所需设备简单，成本低、易操作，可适用于规模化应用；4、采用放电等离子的方法，制备出的TiAl基自润滑材料，合成效率，节约能源，在降低合成成本的基础上避免了因加入石墨烯-银球形粉末而可能导致的杂相产生；5、本专利技术制备的一种以石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以石墨烯‑银球形粉末为润滑相的新型TiAl基自润滑材料，其特征在于，它主要由Ti粉、Al粉和石墨烯‑银球形粉末烧结制备而成，其中Ti：Al的摩尔比为1:1，石墨烯‑银球形粉末添加质量分数为Ti与Al粉末总质量的1.5‑2.5wt.%。

【技术特征摘要】
1.一种以石墨烯-银球形粉末为润滑相的新型TiAl基自润滑材料，其特征在于，它主要由Ti粉、Al粉和石墨烯-银球形粉末烧结制备而成，其中Ti：Al的摩尔比为1:1，石墨烯-银球形粉末添加质量分数为Ti与Al粉末总质量的1.5-2.5wt.%。2.如权利要求1所述的一种以石墨烯-银球形粉末为润滑相的新型TiAl基自润滑材料的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：1）选取润滑相石墨烯-银粉末加入含辅助试剂的硅酸钠水溶液中，进行搅拌形成混合均匀的溶液，将混合溶液进行干燥，得到粉末颗粒，将混合粉末颗粒输送到氧-乙炔喷焊炬装置中进行喷射熔融，熔融温度为1700-3200oC，将熔融的液滴状反应物喷射到蒸馏水中进行快速冷凝，熔融液滴反应物与水的质量比例约1:3000-1:1500，对熔融后的球形液滴反应物进行分级筛选，并在≤90℃的环境下进行烘干处理，制得尺寸分布均匀，纯度高的石墨烯-银球形粉末；2）按Ti：Al的摩尔比=1:1选取Ti粉和Al粉，分别按Ti粉、Al粉总质量的1.5-2.5wt.%选取上述所制备的石墨烯-银球形粉末，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨慷，马洪儒，何强，韩玉坤，殷雪，张阳明，
申请(专利权)人：安阳工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41