一种超高温自润滑抗磨复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种超高温自润滑抗磨复合材料及其制备方法和应用，属于金属基自润滑复合材料技术领域。本发明专利技术通过组分设计、结构调控及相界面控制，利用机械合金化、真空热压烧结和热等静压复压烧结工艺，得到在高温/超高温域(800～1500℃)内具有高强度、抗氧化、低摩擦、抗磨损性能和连续自润滑功能的新型难熔高熵合金基超高温自润滑抗磨复合材料，适用于在超高温氧化环境中工作的新一代大推重比航空发动机传动/导向机构、自润滑轴承材料等超高温条件下服役的零部件材料，实现高温/超高温域(800～1500℃)内的润滑和抗磨损。域(800～1500℃)内的润滑和抗磨损。域(800～1500℃)内的润滑和抗磨损。

【技术实现步骤摘要】
一种超高温自润滑抗磨复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及金属基自润滑复合材料
，尤其涉及一种超高温自润滑抗磨复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]高温/超高温(800～1500℃)等极端工况环境中的机械设备及其零部件的摩擦磨损与润滑问题一直是摩擦学和材料学领域的研究前沿和热点。以先进航空发动机为代表的高温机械，随着新一代发动机推重比的不断提高，进口和燃烧室温度及转速大幅升高，其传动/导向机构、轴承等机械摩擦副的材料超高温强韧性、自润滑抗磨性能提升成为解决发动机系统可靠性和寿命的关键技术，故对耐高温/超高温兼具连续自润滑功能的高强度材料提出了迫切需求。
[0003]目前，多种金属基高温自润滑耐磨材料已获得了工程应用，但基本都集中在材料的高温阶段(1000℃以下)润滑耐磨性能研究方面；传统的镍基高温合金、弥散超合金等工作温度不超过1200℃；一些陶瓷基复合材料(比如CMC
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SiC)具有优良的超高温耐磨抗氧化性能，但因其强韧性差且生产工艺复杂低效而难以满足高温机械部件的综合发展要求；具有高强度、高热稳定性的难熔高熵合金(RHEAs)材料的耐温性能可达1800℃以上，但其在超高温和宽温域条件下缺乏自润滑抗磨和抗氧化性能，尤其是粘着磨损严重无法直接应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超高温自润滑抗磨复合材料及其制备方法和应用，能够制备得到在高温/超高温域(800～1500℃)内具有高强度、抗氧化、低摩擦、抗磨损性能和连续自润滑功能的新型难熔高熵合金基超高温自润滑抗磨复合材料。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种超高温自润滑抗磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将原料粉进行湿法球磨，得到混合粉体；
[0008]将所述混合粉体依次进行冷压预成型、真空热压烧结和热等静压复压烧结，得到超高温自润滑抗磨复合材料；
[0009]以所述原料粉总量为100％计，所述原料粉包括以下质量百分含量的组分：铬5.67～6.36％，钨20.03～22.46％，钽19.72～22.11％，钼10.46～11.72％，铌10.12～11.35％，纳米氧化铝10～20％，纳米碳1～2％，纳米硅0.5～1％，纳米硫酸锶2～5％，纳米碳酸锶5～8％，纳米银2.5～3％。
[0010]优选的，所述湿法球磨的总时间为20～30h，转速为200～400r/min，球料质量比为(5～10):1。
[0011]优选的，所述冷压预成型的压力为5～10MPa。
[0012]优选的，所述真空热压烧结的真空度≤1.0
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10
‑2Pa，烧结温度为1600～1800℃，压力为20～25MPa，保温保压时间为50～90min。
[0013]优选的，所述热等静压复压烧结的温度为1800～2000℃，压力为100～150MPa，保温保压时间为60～120min。
[0014]优选的，所述铬、钨、钽、钼、铌的粒径独立地≤100μm，所述纳米氧化铝、纳米碳、纳米硅、纳米硫酸锶、纳米碳酸锶和纳米银的粒径独立地≤100nm。
[0015]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的超高温自润滑抗磨复合材料。
[0016]优选的，所述超高温自润滑抗磨复合材料在800～1500℃宽温度范围内，摩擦系数≤0.28，磨损率＜5
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m3/Nm。
[0017]优选的，所述超高温自润滑抗磨复合材料在800～1500℃宽温度范围内，抗压强度＞500MPa，抗氧化级别为2级以上。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案所述超高温自润滑抗磨复合材料在航空航天领域超高温自润滑耐磨运动部件中的应用。
[0019]本专利技术提供了一种超高温自润滑抗磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：将原料粉进行湿法球磨，得到混合粉体；将所述混合粉体依次进行冷压预成型、真空热压烧结和热等静压复压烧结，得到超高温自润滑抗磨复合材料；以所述原料粉总量为100％计，所述原料粉包括以下质量百分含量的组分：铬5.67～6.36％，钨20.03～22.46％，钽19.72～22.11％，钼10.46～11.72％，铌10.12～11.35％，纳米氧化铝10～20％，纳米碳1～2％，纳米硅0.5～1％，纳米硫酸锶2～5％，纳米碳酸锶5～8％，纳米银2.5～3％。
[0020]本专利技术以难熔合金元素(CrWTaMoNb)组成具有优良超高温力学性能和抗腐蚀性能的CrWTaMoNb五元高熵合金基体，同时加入纳米陶瓷增强相氧化铝以及可原位生成碳化硅(SiC)等沉淀强化碳化物的纳米碳和纳米硅；通过细晶强化、固溶强化、氧化物弥散强化及相沉淀强化等复合强化机制来确保材料在高温/超高温范围内的高强度；选择复配SrSO4、SrCO3及少量Ag作为润滑相，利用真空热压烧结+热等静压复压烧结和高温机械摩擦过程中的热
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力耦合作用及化学反应使润滑相与合金元素或氧化物在接触界面原位生成高温/超高温润滑新相(包括SrCrO4、SrAl4O7、AgNbO3和AgTaO3等)，并与多种合金元素自生氧化物(Cr2O3、Ta2O5、WO3、Nb2O5等，在高温下具有优异的润滑减磨作用)形成复合协同润滑，实现复合材料在800～1500℃温度范围内的连续润滑性能与机械强度的统一。本专利技术通过组分设计、结构调控及相界面控制，利用机械合金化、真空热压烧结和热等静压复压烧结工艺，得到在高温/超高温域(800～1500℃)内具有高强度、抗氧化、低摩擦、抗磨损性能和连续自润滑功能的新型难熔高熵合金基超高温自润滑抗磨复合材料。
[0021]本专利技术制备的复合材料成分组织均匀，随着温度的升高，摩擦系数呈现降低的趋势，在800～1500℃宽温度范围内摩擦系数在0.28以下，且磨损率均低于5
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m3/Nm，可用于解决在超高温氧化环境中工作的新一代大推重比航空发动机传动/导向机构、自润滑轴承等零部件材料在高温/超高温下运行时的润滑和磨损“瓶颈”难题，成为保障相关系统可靠性和寿命的关键技术，填补了超高温润滑材料领域的空白。
[0022]本专利技术制备的复合材料在800℃温度时的抗压强度在924～951MPa之间，1500℃温度时的抗压强度在509～537MPa之间，在800℃高温抗氧化试验中评定为1级抗氧化级，1500℃超高温抗氧化试验中评定为2级抗氧化级，长期使用过程中其摩擦磨损性能更加稳定可靠，并随着使用时间的增长，摩擦系数和磨损率呈现降低的趋势。
[0023]本专利技术所述超高温自润滑抗磨复合材料在高温/超高温域(800～1500℃)内具有高强度、抗氧化、低摩擦抗磨损和宽温域润滑性能优良的特点，适用于在超高温氧化环境中工作的新一代大推重比航空发动机传动/导向机构、自润滑轴承材料等超高温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高温自润滑抗磨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料粉进行湿法球磨，得到混合粉体；将所述混合粉体依次进行冷压预成型、真空热压烧结和热等静压复压烧结，得到超高温自润滑抗磨复合材料；以所述原料粉总量为100％计，所述原料粉包括以下质量百分含量的组分：铬5.67～6.36％，钨20.03～22.46％，钽19.72～22.11％，钼10.46～11.72％，铌10.12～11.35％，纳米氧化铝10～20％，纳米碳1～2％，纳米硅0.5～1％，纳米硫酸锶2～5％，纳米碳酸锶5～8％，纳米银2.5～3％。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述湿法球磨的总时间为20～30h，转速为200～400r/min，球料质量比为(5～10):1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷压预成型的压力为5～10MPa。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空热压烧结的真空度≤1.0
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‑2Pa，烧结温度为1600～1800℃，压力为20～25MPa，保温保压时间为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陕钰，易戈文，唐洪飞，陶云亚，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：