一种TiCx增强Fe基耐高温自润滑复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种TiCx增强Fe基耐高温自润滑复合材料及其制备方法，其化学成分的体积百分比为：TiC

【技术实现步骤摘要】
一种TiCx增强Fe基耐高温自润滑复合材料及其制备方法
本专利技术涉及材料复合
，具体涉及一种TiCx增强Fe基耐高温自润滑复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着Fe合金的不断研发，性能不断改善，目前在Cu基材料等不能适应的应用领域如耐高温环境的工程机械、航天起落架等转动摩擦领域Fe基自润滑复合材料开始崭露头角。张瑞等人研究发现Ti3SiC2/PbO(15vol.％PbO)在873-1073K温度下展现了优良的润滑性能。[张瑞.Ti3SiC2/PbO复合材料的高温摩擦学性能[A].中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室、中国机械工程学会摩擦学分会.第十一届全国摩擦学大会论文集[C].中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室、中国机械工程学会摩擦学分会:2013，1]；郑乙等人采用Ti3SiC2和Mo、Cu、Ag、Nb等金属烧结，研究发现，Ti3SiC2和Cu、Mo会产生较多的反应，与Si3N4对磨，烧结体中存在Ti3SiC2，依旧能产生良好的高温润滑效果[郑乙,党文涛,任书芳.真空热压烧结Ti3SiC2-金属复合材料摩擦学性能研究[J].材料开发与应用,2016,31(03):86-93]。闫淑萍等人研究Ag基材料时在MoS2、石墨的基础上添加了Ti3SiC2作为润滑相发现，材料的耐磨性能明显提高，但Ti3SiC2摩擦时容易脱落[闫淑萍,韦尧兵,韩杰胜,马文林,郭铁明,孟军虎.Ti3SiC2的加入对Ag-MoS2-graphite复合材料力学及摩擦磨损性能的影响[J].摩擦学学报,2015,35(05):622-628]；冯绍亮等在研究Ti3SiC2代替MoS2润滑相制备Fe基耐高温自润滑复合材料时发现添加Ti3SiC2润滑相的Fe基材料在873-1073K产生了良好的润滑性能，但是在摩擦之时容易产生Ti3SiC2材料的脱落[冯绍亮.Ti3SiC2对Fe基滑动轴承材料摩擦磨损性能的影响[D].燕山大学,2017]；陈婷婷等研究了Ti3SiC2替代石墨作为润滑剂能，认为Ti3SiC2可以代替石墨成为新型的润滑材料[陈婷婷,刘文扬,张建波,易志勇.Ti3SiC2代替石墨金属基自润滑材料研究进展[J].有色金属材料与工程,2017,38(01):56-60]，陈路路研究发现TiCx与Fe能成功结合，并提高了整体材料的屈服强度、抗拉性能等力学性能[陈路路.TiCx-Fe基复合材料的制备以及摩擦性能的研究[D].北京交通大学,2017]。但该材料也存在一些加工缺陷，该材料的摩擦磨损性能良好，但该材料还存在一些后期加工的缺陷，如果设计者应用材料设计的结构特殊，后期加工制备较为繁琐，尤其在切削等方面会因为本身的耐磨性质导致加工较为困难。
技术实现思路
根据上述技术问题，而提供一种TiCx增强Fe基耐高温自润滑复合材料及其制备方法。本专利技术将TiCx与Ti3SiC2一起添加到Fe基体中来制备Fe基复合材料，通过TiCx与Ti3SiC2协同作用提高Fe基复合材料的耐高温及自润滑性能，并通过TiCx(0.5≤x≤0.9)解决Ti3SiC2容易在摩擦时产生剥落的问题。本专利技术采用的技术手段如下：一种TiCx增强Fe基耐高温自润滑复合材料，其化学成分的体积百分比为：TiCx：5-20vol.％，其中0.5≤x≤0.9、Ti3SiC2：10-50vol.％、Cu：1-7vol.％、Ni：0.1-3vol.％、Cr：0.1-3vol.％，其余为Fe。一种TiCx增强Fe基耐高温自润滑复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)氩气氛围中采用球磨机先对Ni粉、Cu粉、Cr粉、Fe粉进行均匀球混，酒精作为分散剂，磨球采用WC硬质合金球，球、料比3:1-10:1，转速200-350r/min，球磨时间0.5-4h；随后加入TiCx粉、Ti3SiC2颗粒，其中0.5≤x≤0.9，再以相同转速球磨0.5-2h，制得混合粉末；其中TiCx粉、Ti3SiC2粉、Cu粉、Ni粉、Cr粉、Fe粉的体积百分比为：TiCx：5-20vol.％、Ti3SiC2：10-50vol.％、Cu：1-7vol.％、Ni：0.1-3vol.％、Cr：0.1-3vol.％，其余为Fe。(2)将所述混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力5-50MPa，保压时间10-30s；(3)将步骤(2)的石墨模具放入炉中氩气氛围内进行真空热压烧结，烧结温度为900-1300℃，升温速率为10-50℃/min，烧结压力为20-120MPa，真空度15-40Pa，保温10-120min，得到毛坯试件；(4)将步骤(3)制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以Ti3SiC2和TiCx为协同润滑相的Fe基耐高温自润滑复合材料。进一步地，所述TiCx粉的粒度为2-45μm；Ti3SiC2颗粒的粒度为40-200目；Fe粉的粒度为10-30μm、Cu粉的粒度为10-30μm、Ni粉的粒度为1-20μm、Cr的粒度为10-60μm。本专利主旨在于获得提升整体材料性能的复合材料，与之前类似的研究相比，应用TiCx之中，0.5≤x≤0.9范围下的原料相较于0.4≤x≤1.1制备技术更为简便，整体性能较好，采用热压烧结技术的感应烧结方法，更容易获得良好稳定的烧结体，这样烧结的材料相对于放电等离子技术烧结出的材料更能提升耐磨性能，除此之外可以实现批量化生产。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、采用Fe基合金作为基体，添加的TiCx存在大量的空位，添加后更易与Fe互溶，可以在900-1300℃条件下得到高致密度和高硬度的复合材料；而Ti3SiC2属于三元层陶瓷化合物，集合了陶瓷和金属的优异性能，不仅能够强化Fe基自润滑复合材料，还能作为润滑相丰富润滑机制，改善Fe合金材料较高干摩擦系数和磨损率的缺陷。2、制备的Fe基高温自润滑复合材料不仅具有高承载、高强度、耐高温性能，并且在多组元润滑相的作用下能够有效提高其自润滑性能，更适用于制作恶劣工况下的自润滑轴承等摩擦材料。3、应用真空热压烧结制备自润滑材料，材料摩擦润滑、力学性能稳定，结构组织均匀，相较于其他制备技术能提升烧结温度、耐磨性能提升。除此之外，真空热压烧结可应用感应炉等实现批量化工业生产。基于上述理由本专利技术可在材料复合等领域广泛推广。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的步骤的相对布置不限制本专利技术的范围。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TiCx增强Fe基耐高温自润滑复合材料，其特征在于：其化学成分的体积百分比为：TiC

【技术特征摘要】
1.一种TiCx增强Fe基耐高温自润滑复合材料，其特征在于：其化学成分的体积百分比为：TiCx：5-20vol.％，其中0.5≤x≤0.9、Ti3SiC2：10-50vol.％、Cu：1-7vol.％、Ni：0.1-3vol.％、Cr：0.1-3vol.％，其余为Fe。


2.一种TiCx增强Fe基耐高温自润滑复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)氩气氛围中采用球磨机先对Ni粉、Cu粉、Cr粉、Fe粉进行均匀球混，酒精作为分散剂，磨球采用WC硬质合金球，球、料比3:1-10:1，转速200-350r/min，球磨时间0.5-4h；随后加入TiCx粉、Ti3SiC2颗粒，其中0.5≤x≤0.9，再以相同转速球磨0.5-2h，制得混合粉末；其中TiCx粉、Ti3SiC2粉、Cu粉、Ni粉、Cr粉、Fe粉的体积百分比为：TiCx：5-20vol.％、Ti3SiC2：10-50vol.％、Cu：1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹芹，李艳国，袁东方，邹娟，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13