【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及镓基液态金属润滑，具体涉及含铜摩擦副在提高镓基液态金属的润湿性能和/或润滑性能中的应用。
技术介绍
1、随着我国在空天、核能、兵器、舰船等领域的快速发展，高端装备对液体润滑剂在极端环境下的使役性能提出了更高的要求。以航空发动机主轴的润滑为例，未来先进发动机推重比将达到15～20，接触应力超过2gpa，轴承腔温度将高达350℃以上。现有的以全氟聚醚、聚α-烯烃、多烷基化环戊烷、聚硅氧烷、聚酯等为代表的合成润滑油脂，受限于有机物的固有属性，要满足上述指标较为困难。因此，开展具有独特理化性能和润滑性能的新型液体润滑剂的研究，对推动我国高端装备的发展具有重要意义。
2、镓基液态金属是一类以镓(ga)为主，以铟(in)、锡(sn)、铅(pb)、铋(bi)等低熔点金属为辅，室温下呈液态的合金。这类液态合金同时具有金属的导电、导热等特性和液体的流动性，表现出很多新奇的物理化学性能。典型组分是镓铟共晶egain(ga75.5in24.5，wt.％)和镓铟锡共晶galinstan(ga68.5in21.5sn10，wt.％)。
3、从液体润滑剂的角度考虑，镓基液态金属具有极低的饱和蒸汽压(可用于真空环境)、较高的使用温度(600℃无明显挥发，且润滑良好)、良好的导电性(可用于载流润滑工况)和导热性(有利于摩擦热的传导)、极高的承载能力(13.7gpa，acs applied materials&interfaces 2017，9(6)：5638-5644)、无毒环保等特点，是一类新型液体润滑剂。目前，
4、然而，镓基液态金属作为润滑剂使用，存在一个较明显的缺点，即它对常用金属或陶瓷摩擦副材料表面的润湿性能均较差(通常接触角大于140°)。提高镓基液态金属对摩擦副材料的润湿性能，有利于其在摩擦接触区域和周围区域的铺展，能够促进摩擦入口区润滑剂的充分供给，提高摩擦界面间润滑膜的厚度，有望提高镓基液态金属的润滑性能。由于镓基液态金属氧化生成的氧化镓对常用摩擦副材料表面的吸附性较强，现有技术主要通过镓基液态金属的部分氧化来提高其润湿性能。然而，在镓基液态金属的实际应用中，如ct设备的x射线管轴承、高端机床的高速电主轴轴承，其摩擦工况通常为高速轻载条件，在此工况下镓基液态金属处于流体动压润滑状态，但是氧化镓的生成会显著增大镓基液态金属的黏度，改变其流动特性，在流体动压润滑状态下会导致摩擦系数的增大。实际使用过程中镓基液态金属必须与空气隔绝，否则其会逐渐氧化直至完全变成粘稠状物质而丧失润滑性能，因此具有部分氧化的镓基液态金属需要预先在空气中搅拌来制备，但是氧化镓的生成量受制备条件、环境温度和湿度等因素影响较大，不易精确控制，同时不容易对部分氧化镓基液态金属的氧化程度进行精确测量，这会影响其润滑性能的稳定性。
5、为了改善镓基液态金属的润湿性能，尝试在镓基液态金属中掺杂其它合金元素(zn、bi、cu、ti、sc等)，发现镓基液态金属的润湿性没有明显变化，这是因为zn、bi等元素的掺杂量较少，不会明显改变镓基液态金属的表面性质，而掺杂量较多时，由于溶解度的原因，掺杂组元不能溶解到镓基液态金属中，而是在镓基液态金属中析出金属间化合物。
6、综上可见，现有技术方案主要通过改变镓基液态金属的表面性质来改善其润湿性能，改善效果并不显著，且会降低镓基液态金属的润滑性能。因此，对摩擦副进行改性处理，来改善镓基液态金属润湿性能，对提高其润滑性能具有重要的意义。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种含铜摩擦副在提高镓基液态金属的润湿性能和/或润滑性能中的应用，镓基液态金属在含铜摩擦副表面的润滑和润滑性能优异。
2、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：
3、本专利技术提供了含铜摩擦副在提高镓基液态金属的润湿性能和/或润滑性能中的应用。
4、优选的，所述含铜摩擦副包括摩擦副基体和掺杂在所述摩擦副基体中的铜；所述摩擦副基体包括陶瓷基体或金属基体。
5、优选的，所述含铜摩擦副的化学组成包括摩擦副基体(100-x)wt％-铜xwt％，其中，x的取值范围为5～15。
6、优选的，所述陶瓷基体包括al2o3、zro2、si3n4或sic；
7、所述金属基体包括不锈钢或碳钢。
8、优选的，所述含铜摩擦副的制备方法包括以下步骤：
9、将摩擦副基体粉末和铜粉进行球磨混合，将所得混合粉料依次进行压片和烧结，得到含铜摩擦副。
10、优选的，所述铜粉的粒径为15～105μm；
11、所述摩擦副基体粉末包括陶瓷摩擦副基体粉末或金属摩擦副基体粉末；所述金属摩擦副基体粉末的粒径为1～150μm，所述陶瓷摩擦副基体粉末的粒径为10nm～5μm。
12、优选的，所述球磨混合的球磨介质包括氧化锆，所述球磨介质的粒径为5～12mm，所述球磨混合的球料比为3～8：1；
13、所述球磨混合包括交替进行正转球磨和反转球磨；单次正转球磨和反转球磨的转速独立地为200～300r/min，时间独立地为20～40min；正转球磨和反转球磨之间停止转动5～10min；所述球磨混合的总时间为95～190min。
14、优选的，当所述摩擦副基体为al2o3时，所述烧结为第一程序烧结，所述第一程序烧结包括：320～400min内温度由室温升温至1350～1400℃，90～150min内温度由1350～1400℃升至1550～1600℃，60～90min内温度由1550～1600℃升至1625～1650℃，在1625～1650℃条件下保温120～150min，60～90min内温度由1625～1650℃降至1350～1400℃，之后随炉冷却至室温。
15、优选的，当所述摩擦副基体为zro2时，所述烧结为第二程序烧结，所述第二程序烧结包括：90～150min内由室温升至200～250℃，220～260min内温度由200～250℃升至700～750℃，160～200min内温度由700～750℃升至950～1000℃，160～200min内温度由950～1000℃升至1200～1250℃，在1200～1250℃条件下保温120min，220～260min内温度由1200～1250℃升至1450～1500℃，在1450～1500℃保温120min，40～80min内温度由1450～1500℃降至1200～1250℃，120～180min内温度由1200～1250℃降至900～950℃，之后随炉冷却至室温。
16、优选的，当所述摩擦副基体为不锈钢时，所述烧结为真空热压烧结，所述真空热压烧结包括：150～210min由室温升至950～980℃，在950～980℃条件下保温90～150min，之后随炉冷却至室温。
17、由于镓基液态金属本身与铜的润湿性较好，且含本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.含铜摩擦副在提高镓基液态金属的润湿性能和/或润滑性能中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述含铜摩擦副包括摩擦副基体和掺杂在所述摩擦副基体中的铜；所述摩擦副基体包括陶瓷基体或金属基体。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述含铜摩擦副的化学组成包括摩擦副基体(100-x)wt％-铜xwt％，其中，x的取值范围为5～15。
4.根据权利要求2所述的含铜摩擦副，其特征在于，所述陶瓷基体包括Al2O3、ZrO2、Si3N4或SiC；
5.根据权利要求1～4任一项所述的应用，其特征在于，所述含铜摩擦副的制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述铜粉的粒径为15～105μm；
7.根据权利要求5或6所述的应用，其特征在于，所述球磨混合的球磨介质包括氧化锆，所述球磨介质的粒径为5～12mm，所述球磨混合的球料比为3～8：1；
8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，当所述摩擦副基体为Al2O3时，所述烧结为第一程序烧结，所述第一程序烧结包括：320～
9.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，当所述摩擦副基体为ZrO2时，所述烧结为第二程序烧结，所述第二程序烧结包括：90～150min内由室温升至200～250℃，220～260min内温度由200～250℃升至700～750℃，160～200min内温度由700～750℃升至950～1000℃，160～200min内温度由950～1000℃升至1200～1250℃，在1200～1250℃条件下保温120min，220～260min内温度由1200～1250℃升至1450～1500℃，在1450～1500℃保温120min，40～80min内温度由1450～1500℃降至1200～1250℃，120～180min内温度由1200～1250℃降至900～950℃，之后随炉冷却至室温。
10.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，当所述摩擦副基体为不锈钢时，所述烧结为真空热压烧结，所述真空热压烧结包括：150～210min由室温升至950～980℃，在950～980℃条件下保温90～150min，之后随炉冷却至室温。
...【技术特征摘要】
1.含铜摩擦副在提高镓基液态金属的润湿性能和/或润滑性能中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述含铜摩擦副包括摩擦副基体和掺杂在所述摩擦副基体中的铜；所述摩擦副基体包括陶瓷基体或金属基体。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述含铜摩擦副的化学组成包括摩擦副基体(100-x)wt％-铜xwt％，其中，x的取值范围为5～15。
4.根据权利要求2所述的含铜摩擦副，其特征在于，所述陶瓷基体包括al2o3、zro2、si3n4或sic；
5.根据权利要求1～4任一项所述的应用，其特征在于，所述含铜摩擦副的制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述铜粉的粒径为15～105μm；
7.根据权利要求5或6所述的应用，其特征在于，所述球磨混合的球磨介质包括氧化锆，所述球磨介质的粒径为5～12mm，所述球磨混合的球料比为3～8：1；
8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，当所述摩擦副基体为al2o3时，所述烧结为第一程序烧结，所述第一程序烧结包括：320～400min内温度由室温升温至1350～1400℃，90～150min内温度由1350～1400℃升至1550～1600℃，60～90min内温度由1...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭杰，杨军，刘维民，曹新建，程军，朱圣宇，刘强，
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：
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