一种具有自我调控功能的NiTiAl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一种具有自我调控功能的NiTiAl基自润滑复合材料，它包括基体材料、固体润滑相、润滑行为调控剂以及正余弦曲线式孔结构，以NiTiAl为基体材料、以MgZnCu为固体润滑相、以LiMg‑SiC为润滑调控剂，利用MgZnCu固体润滑剂用于降低NiTiAl复合材料摩擦学性能，用LiMg‑SiC对NiTiAl‑MgZnCu复合材料润滑行为进行调控，能使NiTiAl基自润滑复合材料表现出良好的润滑行为，能够用于解决极端复杂工况如高温高载等的机械零部件的摩擦、磨损与润滑问题。

A NiTiAl-based self-lubricating composite with self-regulation function and its preparation method

The invention discloses a NiTiAl-based self-lubricating composite material with self-regulating function, which includes matrix material, solid lubricating phase, Lubricating Behavior regulator and sine-cosine curve pore structure, NiTiAl as matrix material, MgZnCu as solid lubricating phase, LiMg_SiC as lubricating regulator, and MgZnCu solid lubricant as reducing tribological performance of NiTiAl composite material. LiMg SiC can regulate the lubrication behavior of NiTiAl MgZnCu composites, which can make NiTiAl-based self-lubricating composites show good lubrication behavior, and can be used to solve the friction, wear and lubrication problems of mechanical parts under extremely complex conditions such as high temperature and high load.

【技术实现步骤摘要】
一种具有自我调控功能的NiTiAl基自润滑复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种以MgZnCu为固体润滑相以LiMg-SiC为调控剂的NiTiAl基自润滑复合材料及其制备方法。
技术介绍
NiTiAl三元合金是一种新型的结构材料，它具有优异的综合性能，材料组织结构致密、比强度和比断裂韧性高、抗裂纹扩展能力好、抗蚀性能优异和抗疲劳强度高等优点【金属基固体自润滑材料的研究概况[J]，刘如铁李溪滨程时和，粉末冶金工业，2001，11(3):51-56】。NiTiAl三元合金可用于制备航空发动机高温结构零部件，使其在极端工况条件下如高温、高载、强辐射等仍具有良好的工作性能。相比于其它高温复合材料，NiTiAl基复合材料有望被进一步服务于航空、航天、汽车和先进制造工业中【固体自润滑材料及其研究趋势[J]，杨威锋，润滑与密封，2007，32(12):118-120】。可是，NiTiAl三元合金在极端环境下尤其是在工况条件突变的情况下其摩擦磨损性能急剧下降，这对于扩大其在工程领域中的应用范围是极为不利的，从而制约了我国航空航天等高精端工业的高速发展【自润滑材料的研究现状[J]，柳红豆杨爱民刘峰，热加工工艺，2018，(2)：5-10】。激光熔融沉积具有正余弦孔结构的MgZnCu-NiTiAl固体自润滑材料，在给定的服役工况下，合理配比LiMg-SiC润滑调控剂，并利用真空-压力熔渗的方法将LiMg-SiC填充于正余弦曲线式孔结构中，用于调控NiTiAl基复合材料润滑性能，使复合材料摩擦学性能不因工况条件变化而急剧下降【钛合金表面自润滑膜的制备及其摩擦磨损性能研究[D]，吴迪，东北大学，2010（6）】。一种以MgZnCu为固体润滑相以LiMg-SiC为调控剂NiTiAl基自润滑复合材料制备方法简单，易于操作，材料性能优异，能耗较低等，这对于扩大NiTiAl材料在工程领域使用范围，提高其在极端服役工况下的摩擦学性能具有重要的意义【航空自润滑关节轴承寿命试验机的构型[J]，李巍胡占齐杨育林等，中国机械工程，2016，27(6):742-747】。
技术实现思路
本专利技术所要解决的科学技术问题是针对上述现有技术与工程需求存在的不足而提供一种以MgZnCu为固体润滑相以LiMg-SiC为调控剂的NiTiAl基自润滑复合材料及其制备方法，所得固体自润滑复合材料具有良好的摩擦学性能，而且制备过程易于控制，方法简单。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：一种具有自我调控功能的NiTiAl基自润滑复合材料，它主要包括基体材料、固体润滑相、润滑行为调控剂以及正余弦曲线式孔结构，以NiTiAl为基体材料、以MgZnCu为固体润滑相、以LiMg-SiC为润滑调控剂，利用MgZnCu固体润滑剂用于降低NiTiAl复合材料摩擦学性能，用LiMg-SiC对NiTiAl-MgZnCu复合材料润滑行为进行调控。所述各组元素Ni、Ti、Al、Mg、Zn、Cu单质粉末与SiC纳米颗粒，单质粉末粒径为30μm-55μm，SiC纳米颗粒直径为40-100nm，纯度为95%-99.9%，基体材料NiTiAl与固体润滑相MgZnCu质量比wt.%为1：0.2-0.5；基体材料Ni：Ti：Al原子比at.%为50：25：20-30；润滑相Mg：Zn：Cu原子比at.%为25：25：45-55。使用LiMg-SiC对NiTiAl-MgZnCu复合材料润滑行为进行调控，润滑调控剂LiMg-SiC与复合材料NiTiAl-MgZnCu质量比（wt.%）为10-45：55。润滑调控剂LiMg：SiC质量比wt.%为1-9:1，Li：Mg原子比at.%为52：45-48，将Ti、Ni和Al单质粉末，Mg、Zn和Cu单质粉末分别混合均匀后，在真空或惰性气体保护下，利用气雾化技术将Ni、Ti与Al单质粉末制备成NiTiAl球形粉末，充当复合材料基体原始粉末；将Mg、Zn与Cu粉末制备成MgZnCu球形粉末，充当NiTiAl基复合材料的固体润滑相，将Li与Mg粉末及纳米粒子SiC制备润滑调控剂LiMg-SiC，用于调控NiTiAl基复合材料润滑行为，借助激光熔融沉积技术，利用球形粉末NiTiAl与MgZnCu制备具有正余弦曲线式孔结构NiTiAl-MgZnCu自润滑复合材料。一种具有自我调控功能的NiTiAl基自润滑复合材料的的制备方法，包括如下步骤：1）备料与混料：按照比例称取Ni、Ti、Al、Li、Mg、Zn、Cu单质粉末和SiC纳米颗粒，利用振动混料机对称取粉末均匀化处理，振动频率为45-60Hz，振动力为10500N-11500N，振动时间为30-45min；2）材料制备：利用真空-气雾化技术将混合均匀的Ni、Ti与Al粉末制备成一种NiTiAl球形粉末；将Mg、Zn与Cu粉末制备成球形结构MgZnCu固体润滑相；将Li与Mg单质粉末及纳米粒子SiC制备成LiMg-SiC润滑调控剂；3）将步骤2）所得到配料NiTiAl与MgZnCu球形粉末采用激光熔融沉积技术制备成具有正余弦曲线式孔结构NiTiAl-MgZnCu自润滑复合材料；4）将步骤2）中的配料LiMg-SiC利用真空-压力熔渗的方法将其填充于正余弦曲线式孔中，得到一种以MgZnCu为固体润滑相，LiMg-SiC为润滑调控剂的NiTiAl基自润滑复合材料；5）将步骤4）制备的以MgZnCu为固体润滑相，以LiMg-SiC为润滑调控剂的NiTiAl基自润滑复合材料，润滑调控剂在正余弦孔结构中填充率为80%-90%。步骤2）中所述的Ni、Ti、Al、Mg、Zn、Cu单质粉末与SiC纳米颗粒，单质粉末粒径为30μm-55μm，SiC纳米颗粒直径为40-100nm，利用真空气雾化设备制备NiTiAl、MgZnCu与LiMg-SiC球形粉末，熔炼温度为1000-1600℃，测温方式为红外测温，真空度为4.2-5.8×10-2Pa，保护气体为氩气，冷却液为超纯水，其中，氩气压力为10-12MPa，最高气体流量为500-800m3/h，超纯水流量为15-24m3/h。步骤3）中所述的激光熔融沉积NiTiAl-MgZnCu复合材料激光功率为200-250W，扫描速度为1000-1400mm/s，扫描方式为线扫描，填充间距为0.08μm；层厚为20μm-35μm，送粉率为10-15g/min；MgZnCu球形粉末采用激光功率为220-280W，扫描速度为950-1100mm/s，层厚为25μm-40μm，送粉率为5-10g/min，扫描方式为线扫描，填充间距为0.06μm。步骤4）中所述的对LiMg-SiC真空-压力熔渗工艺，熔渗温度为700-900℃，加热功率为90-125kW，真空度为0.8-0.9Pa，利用氩气提供压力，增强LiMg-SiC填充量，施加压力为0.7-0.9Mpa。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术所述的一种以MgZnCu为固体润滑相以LiMg-SiC为调控剂的正余弦曲线式孔结构NiTiAl复合材料，采用激光熔融沉积技术制备的正余弦曲线式孔结构分布均匀、排布规则，孔径尺寸均匀，孔及孔间贯通性好，提高了调控剂在曲线式孔中填充量，有利于NiTiAl基复合材料获得优异的摩擦磨损性能。2、本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自我调控功能的NiTiAl基自润滑复合材料，其特征在于：它包括基体材料、固体润滑相、润滑行为调控剂以及正余弦曲线式孔结构，以NiTiAl为基体材料、以MgZnCu为固体润滑相、以LiMg‑SiC为润滑调控剂，利用MgZnCu固体润滑剂用于降低NiTiAl复合材料摩擦学性能，用LiMg‑SiC对NiTiAl‑MgZnCu复合材料润滑行为进行调控。

【技术特征摘要】
1.一种具有自我调控功能的NiTiAl基自润滑复合材料，其特征在于：它包括基体材料、固体润滑相、润滑行为调控剂以及正余弦曲线式孔结构，以NiTiAl为基体材料、以MgZnCu为固体润滑相、以LiMg-SiC为润滑调控剂，利用MgZnCu固体润滑剂用于降低NiTiAl复合材料摩擦学性能，用LiMg-SiC对NiTiAl-MgZnCu复合材料润滑行为进行调控。2.根据权利要求1所述的具有自我调控功能的NiTiAl基自润滑复合材料，其特征在于：所述各组元素Ni、Ti、Al、Mg、Zn、Cu单质粉末与SiC纳米颗粒，单质粉末粒径为30μm-55μm，SiC纳米颗粒直径为40-100nm，纯度为95%-99.9%，基体材料NiTiAl与固体润滑相MgZnCu质量比wt.%为1：0.2-0.5；基体材料Ni：Ti：Al原子比at.%为50：25：20-30；润滑相Mg：Zn：Cu原子比at.%为25：25：45-55；使用LiMg-SiC对NiTiAl-MgZnCu复合材料润滑行为进行调控，润滑调控剂LiMg-SiC与复合材料NiTiAl-MgZnCu质量比（wt.%）为10-45：55；润滑调控剂LiMg：SiC质量比wt.%为1-9:1，Li：Mg原子比at.%为52：45-48，Si：C原子比at.%为55：40-50。3.根据权利要求2所述的具有自我调控功能的NiTiAl基自润滑复合材料的的制备方法，其特征在于：将Ti、Ni和Al单质粉末，Mg、Zn和Cu单质粉末分别混合均匀后，在真空或惰性气体保护下，利用气雾化技术将Ni、Ti与Al单质粉末制备成NiTiAl球形粉末，充当复合材料基体原始粉末；将Mg、Zn与Cu粉末制备成MgZnCu球形粉末，充当NiTiAl基复合材料的固体润滑相，将Li与Mg粉末及纳米粒子SiC制备润滑调控剂LiMg-SiC，用于调控NiTiAl基复合材料润滑行为，借助激光熔融沉积技术，利用球形粉末NiTiAl与MgZnCu制备具有正余弦曲线式孔结构NiTiAl-MgZnCu自润滑复合材料。4.根据权利要求3所述的具有自我调控功能的NiTiAl基自润滑复合材料的的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1）备料与混料：按照比例称取Ni、Ti、Al、Li、Mg、Zn、Cu单质粉末和SiC纳米颗粒，利用振动混料机对称取粉末均匀化处理，振动频率为45-60Hz，振动力为10500N-11500N，振动时间为30-45min；2）材料制备：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨慷，王连富，赵卫兵，马洪儒，李爱虎，时奖章，屈鹏帅，曹增志，曹帅涛，卞会涛，
申请(专利权)人：安阳工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41