一种超低磨损摩擦副材料制造技术

本发明专利技术涉及一种超低磨损摩擦副材料，该摩擦副在真空环境中磨损性能在

【技术实现步骤摘要】
一种超低磨损摩擦副材料


[0001]本专利技术涉及耐磨材料
，尤其涉及一种超低磨损摩擦副材料。

技术介绍

[0002]磨损是一种无处不在的现象，被认为是由于摩擦过程中相互运动表面之间的机械、化学和热相互作用而导致的表面材料的损伤或损失。据统计，磨损导致了大约60%的设备损坏或故障。机械部件的磨损故障通常表现为摩擦副尺寸的减少，严重影响运动部件的精度、可靠性和使用寿命。因此，提高材料的耐磨损性能有利于延长机械设备的使用年限、降低维修成本，是节省材料成本与减少能源浪费的有效技术途径。随着摩擦学的快速发展与工业的实际需求，人类期望在工程技术与材料科学中实现超低磨损甚至“零磨损”。
[0003]对于超低磨损材料的研究几近半个世纪，但只有Pt
‑
Au film\Al2O3摩擦副、GaN film / Al2O3摩擦副和Fullerene
‑
like MoS2nanoparticles film/440C摩擦副等几种摩擦副在特定环境下表现出超低磨损性能。例如，在室温大气下Pt
‑
Au film\Al2O3摩擦副表现出超低磨损性能，Pt
‑
Au磨损率2.6
×
10
‑9mm3/Nm，Al2O3磨损率4.4
×
10
‑9mm3/Nm；GaN/ Al2O3摩擦副在干燥氮气环境中表现出超低磨损性能，GaN磨损率4
×
10
‑9mm3/Nm，Al2O3磨损率9
×/>10
‑9mm3/Nm； Fullerene
‑
like MoS2nanoparticles film/440C摩擦副在超真空环境下表现出超低磨损性能，Fullerene
‑
like MoS2nanoparticles film磨损率1.1
×
10
‑9mm3/Nm，440C磨损率1
×
10
‑9mm3/Nm。但现有超耐磨材料都是薄膜材料，超低磨损块体材料的相关报道较少。
[0004]具有高模量的超硬材料可以促成抑制表面损伤和防止变形，是实现超低磨损的候选材料。超硬材料根据其组成元素和结合方式可以分为两类：轻元素（B、C、N和O）短共价键的超硬材料和高价电子密度的新型超硬材料（W、Re、Os等）。一些传统的超硬材料具有高硬度的优良特性，但其应用和合成方法存在局限性，如金刚石和立方氮化硼。新型超硬材料不仅具有超高的硬度，还具有导电金属特性、化学惰性和低成本合成等优点。WB4是一种典型的过渡金属硼化物，由高剪切模量的短B
‑
B共价键和高价电子密度的过渡金属W元素组成的三维网络结构具有不可压缩性。目前WB4的维氏硬度理论值为41.1~42.1 GPa，实验中合成的WB4的维氏硬度值可以达到43.3~46.1GPa。
[0005]目前，超硬WB4材料及其复合材料的制备技术已有报道，但其耐磨性能研究未见公开报道。中国专利CN108424146A公开报道一种四硼化钨基陶瓷的制备方法，使用金属镍粉或钴粉作助烧剂，热压烧结制备四硼化钨基陶瓷，助烧剂降低了WB4烧结难度，提高了WB4块体的纯度和致密度。中国专利CN108726526A公开报道一种铼掺杂的四硼化钨材料的制备方法，中国专利CN108557834A公开报道一种铬掺杂的四硼化钨超硬材料的制备方法，中国专利CN110483057A公开报道一种掺杂钽元素的四硼化钨材料及其制备方法与应用。以上专利报道了通过掺杂过渡金属元素方法制备四硼化钨材料，专利技术技术目的是通过改善WB4微观组织结构以提高力学性能的硬度和热稳定性。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种性能良好的超低磨损摩擦副材料。
[0007]为解决上述问题，本专利技术所述的一种超低磨损摩擦副材料，其特征在于：该摩擦副在真空环境中磨损性能在
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2.9
×
10
‑8mm3/Nm ~3.2
×
10
‑8mm3/Nm之间，由硬度范围为44
ꢀ±ꢀ
3GPa ~28
ꢀ±ꢀ
1 GPa的WB4‑
βB块体材料及摩擦对偶WC球组成；所述WB4‑
βB块体材料按体积百分含量计由65
ꢀ±ꢀ
5 vol% WB4和35
ꢀ±ꢀ
5 vol% βB组成；所述摩擦对偶WC球按质量百分含量计由94 wt% WC和6 wt% Co组成。
[0008]所述WB4‑
βB块体材料按下述方法制得：以原子百分比计，将10~12.5 %的B粉末和87.5 ~90 %的W粉末在磨球为WC球的行星式高能球磨机中进行混合，混合均匀后得到混合粉末；所述混合粉末装入石墨磨具，置于放电等离子烧结炉（SPS）中进行粉末烧结，烧结完成后自然冷却至室温，即得WB4‑
βB块体材料。
[0009]所述球磨混合的条件是指球料比为4：1，转速为250 r/min，混合时间为4 h。
[0010]所述放电等离子烧结的条件是指升温速率为100 ℃/min，真空度为15~20 Pa，烧结温度为1600 ℃，烧结压力为30 MPa，烧结时间为16 min，径向加压压力30 MPa。
[0011]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术中WB4‑
βB块体材料由具有超硬力学性能的WB4相和具有摩擦化学反应活性的βB相组成。WB4超硬相承载法向摩擦力，有效抵抗磨损表面的变形；βB相通过摩擦化学反应生成B2O3氧化层，起到减摩、抗磨和修复磨损表面的作用。
[0012]2、本专利技术以WB4‑
βB块体材料和与WB4‑
βΒ弹性模量相近且与WB4‑
βB具有摩擦学相容性的WC球组成摩擦副，在真空环境下表现出超低磨损性能，从而实现近零磨损。因此，该摩擦副可以承载高摩擦载荷，满足苛刻工况需求，在精密机械部件与航空航天领域具有良好的应用前景。
[0013]3、本专利技术WB4‑
βΒ/WC摩擦副能够提高机械零部件可靠性与使用寿命。与现有薄膜材料的超低磨损材料相比，不存在摩擦寿命和膜基结合问题，力学性能与抗压强度也更优于薄膜材料。
附图说明
[0014]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0015]图1为本专利技术WB4‑
βB超低磨损材料的X射线衍射图谱。
[0016]图2为本专利技术WB4‑
βB材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0017]一种超低磨损摩擦副材料，该摩擦副在真空环境中磨损性能在
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2.9
×
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‑8mm3/Nm ~3.2
×
10
‑8mm3/Nm之间，由硬度范围为44
ꢀ±ꢀ
3GPa ~28
ꢀ±ꢀ
1 GPa本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低磨损摩擦副材料，其特征在于：该摩擦副在真空环境中磨损性能在
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2.9
×
10
‑
8 mm3/Nm ~3.2
×
10
‑
8 mm3/Nm之间，由硬度范围为44
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3GPa ~28
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1 GPa的WB4‑
βB块体材料及摩擦对偶WC球组成；所述WB4‑
βB块体材料按体积百分含量计由65
ꢀ±ꢀ
5 vol% WB4和35
ꢀ±ꢀ
5 vol% βB组成；所述摩擦对偶WC球按质量百分含量计由94 wt% WC和6 wt% Co组成。2.如权利要求1所述的一种超低磨损...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱圣宇，杨军，侯桂鑫，刘维民，程军，陈文元，谈辉，陈娇，孙奇春，陈娟娟，
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：