本发明专利技术涉及一种石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料及原位制备方法，用高能行星球磨机在氩气保护情况下将经过配比称重的单质Co、Cr、Ni、SiC粉末在均匀混合后得到混合粉末；使用高真空热压烧结炉将上述混合粉末装入石墨模具中进行热压烧结，得到圆柱状的块体材料。由于SiC与Co、Cr、Ni等元素在高温保压状态下会发生一些化学反应，这些反应不但可以生成一些弥散的硬质碳化物，以提高材料的强度硬度，而且随着SiC含量的提升，会逐渐生成一些细小的石墨，有助于材料摩擦学性能的提高，与CoCrNi中熵合金相比，添加SiC之后的合金硬度更高，耐磨性更好，使它成为结构件、耐磨功能件的潜在候选材料。此外，该合金制备方法简单，工艺流程简便，便于实现工业生产。便于实现工业生产。便于实现工业生产。
【技术实现步骤摘要】
石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料及原位制备方法
[0001]本专利技术属于自润滑材料
，涉及一种石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料及原位制备方法。
技术介绍
[0002]摩擦学包括摩擦、磨损与润滑三个部分。据统计，全世界每年因摩擦消耗的能源大约占总体的30～40％，而由于摩擦磨损导致的设备损坏不仅降低了生产效率而且造成了更大的经济损失。此外，随着现代化工业的不断发展，人类探索极地、深海、宇宙更加深入，对工程机械的使用环境也提出了更严苛的要求。因此，人们迫切需要开发出既保证优秀力学性能，又具有良好减摩抗磨性能的固体自润滑材料，而CoCrNi合金作为一种新型多主元合金，因为其相结构为单一面心立方结构，较低的层错能使得其具有良好的力学性能，尤其是优异的强韧性，是一种潜在的结构件候选材料，但上述特性也同时使得该合金的耐磨性能较差，严重限制了其代替钢铁等结构材料的可能性，制约了该种材料的工业应用。目前寻求该种合金的改性方法以使其具有良好的力学性能和优异的摩擦学性能具有十分重要的意义。
[0003]原位反应制备是利用某些化学反应，在基体中制备得到一些弥散细小的增强相以增强基体材料，研究表明，SiC与某些过渡族金属在高温下会发生化学反应，如SiC与Ni元素会发生如下反应：SiC+Ni
→
Ni
x
Si
y
+石墨，而石墨晶体的层间范德华力很小，使得其很容易发生层间剪切滑移，故石墨是一种良好的固体润滑剂，由于上述烧结过程中发生了原位反应，这种反应使得石墨与基体材料之间的结合力更强，石墨与基体材料的结合兼顾了力学性能和摩擦学性能。
技术实现思路
[0004]要解决的技术问题
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料及原位制备方法，通过利用SiC与CoCrNi中各种合金元素在高温下的化学反应，在基体中生成了弥散分布的细小石墨，同时生成了硬质碳化物，提高了合金的硬度与耐磨性，材料制备方法简单，工艺流程简便，制备的自润滑材料具有优异的综合性能，在结构件、耐磨功能件领域具有良好的应用前景。
[0006]本专利技术目的之一是提供一种原位石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料，包括但不限于以下原子百分比的合金组分：CoCrNi(SiC)
x
，所述x＝0.25、0.5、0.75和1。
[0007]本专利技术目的之二是提供一种原位制备石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料的方法。
[0008]技术方案
[0009]一种石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料，其特征在于合金组分的原子百分比：CoCrNi(SiC)
x
，其中：x＝0.25、0.5、0.75或1。
[0010]一种原位制备权利要求1所述石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料的方法，其特征在于步骤如下：
[0011]步骤1、混合粉末制备：在氩气氛围保护的手套箱中称取Co、Cr、Ni和SiC单质粉末，球磨得到混合均匀的粉末；
[0012]所述Co﹕Cr﹕Ni﹕SiC摩尔比为1﹕1﹕1﹕x；
[0013]步骤2、热压烧结：将球磨好的混合粉末，在手套箱中用100目
‑
150目的网筛后的粉末装入石墨模具中，将粉末在5
‑
8MPa的轴向压力冷压8
‑
10min，而后在高真空热压烧结炉中以1050
‑
1100℃、30
‑
35MPa的条件下保持30
‑
40min，炉冷至50
‑
100℃度后取出，得到石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料。
[0014]所述步骤1的球磨是：将粉末加入硬质合金材质的球磨罐中，并按照球料质量比10﹕1的比例称量对应材质的硬质合金球，再放入高能行星球磨机中球磨16h得到混合均匀的粉末。
[0015]所述球磨机的转速为300
‑
400r/min。
[0016]所述石墨模具直径为40mm。
[0017]所述硬质合金研磨球的粒径为3
‑
8mm。
[0018]所述硬质合金研磨球优选3mm、5mm、8mm的研磨球且质量比为1﹕1﹕1。
[0019]所述球磨机球磨时间优选为正转12
‑
15min，反转12
‑
15min，停机3
‑
5min。
[0020]所述Co、Cr、Ni和SiC单质的纯度≥99.5％。
[0021]所述升温过程中，烧结炉在800℃以下的加热速率为18
‑
20℃/min，在800℃
‑
1100℃加热速率变更为8
‑
10℃/min；降温过程中，压力在降温到800℃变更为12
‑
15MPa，而600℃时则变更为0MPa。
[0022]有益效果
[0023]本专利技术提出的一种石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料及原位制备方法，1.用高能行星球磨机在氩气保护情况下将经过配比称重的单质Co(300目)、Cr(300目)、Ni(300目)、SiC(1μm)粉末在400r/min均匀混合16h后得到混合粉末；2.使用高真空热压烧结炉将上述混合粉末装入石墨模具中进行热压烧结，在1100℃、30MPa条件下保温40min，得到圆柱状的块体材料。由于SiC与Co、Cr、Ni等元素在高温保压状态下会发生一些化学反应，这些反应不但可以生成一些弥散的硬质碳化物，以提高材料的强度硬度，而且随着SiC含量的提升，会逐渐生成一些细小的石墨，有助于材料摩擦学性能的提高，与CoCrNi中熵合金相比，添加SiC之后的合金硬度更高，耐磨性更好，使它成为结构件、耐磨功能件的潜在候选材料。此外，该合金制备方法简单，工艺流程简便，便于实现工业生产。
附图说明
[0024]图1是本专利技术提供的CoCrNi(SiC)
x
(x＝0、0.25、0.5、0.75、1)自润滑材料的XRD结果示意图；
[0025]图2是本专利技术提供的CoCrNi(SiC)
x
(x＝0、0.25、0.5、0.75、1)自润滑材料微观组织的SEM示意图；
[0026]其中，(a)CoCrNi(b)CoCrNi(SiC)
0.25
(c)CoCrNi(SiC)
0.5
[0027](d)CoCrNi(SiC)
0.75
(e)CoCrNi(SiC)1；
[0028]图3是本专利技术提供的CoCrNi(SiC)
x
(x＝0.5、0.75、1)自润滑材料的拉曼图谱结果。
[0029]图4是本专利技术提供的CoCrNi(SiC)
x
(x＝0、0.25、0.5、0.75、1)自润滑材料的硬度；本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料，其特征在于合金组分的原子百分比：CoCrNi(SiC)
x
，其中：x＝0.25、0.5、0.75或1。2.一种原位制备权利要求1所述石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料的方法，其特征在于步骤如下：步骤1、混合粉末制备：在氩气氛围保护的手套箱中称取Co、Cr、Ni和SiC单质粉末，球磨得到混合均匀的粉末；所述Co﹕Cr﹕Ni﹕SiC摩尔比为1﹕1﹕1﹕x；步骤2、热压烧结：将球磨好的混合粉末，在手套箱中用100目
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150目的网筛后的粉末装入石墨模具中，将粉末在5
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8MPa的轴向压力冷压8
‑
10min，而后在高真空热压烧结炉中以1050
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1100℃、30
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35MPa的条件下保持30
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40min，炉冷至50
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100℃度后取出，得到石墨增强的CoCrNi中熵合金固体自润滑材料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤1的球磨是：将粉末加入硬质合金材质的球磨罐中，并按照球料质量比10﹕1的比例称量对应材质的硬质合金球，再放入高能行星球磨机...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海丰，李涛，杜银，裴旭辉，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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