[发明专利]一种NiAl金属间化合物基固体自润滑复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有Ti₃SiC₂和C二元复合润滑相和增强相TiC的NiAl金属间化合物基固体自润滑复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代技术尤其是航空、航天技术的迅速发展，一些极端工况条件如高温、超低温、超高真空、强辐射等环境下的运动部件对于润滑材料的耐高温、耐磨损、抗辐射、抗腐蚀等性能提出了越来越高的要求，迫切需要发展固体润滑技术突破传统润滑的有效极限的新型耐高温自润滑耐磨材料，以有效地解决润滑和磨损失效问题。NiAl金属间化合物具有高熔点、低密度、高抗腐蚀和氧化性、高热导率等一系列优异的高温性能，有望成为一种新型高温结构材料。因此，以NiAl合金为基，开发出高性能的自润滑抗磨材料，在工程中将具有广阔的应用前景；特别是可大幅度地提高运动副的动力学性能，具有重要的工程价值。

NiAl金属间化合物具有高熔点、低密度、高抗腐蚀和氧化性、高热导率等一系列优异的高温性能，有望成为一种新型高温结构材料，在工程方面有很多潜在的应用，如：汽车涡轮增压器、高温模具、炉夹具、涡轮、切割工具、活塞阀门以及内燃机内各种组件等。NiAl合金的主要应用是涡轮发动机，涡轮叶片尖端在接触周围的气密封罐时经常处于一种滑动摩擦的条件下([1]C.Sierra，A.J.Vazquez.Dry sliding wear behaviour of nickel aluminides coatings produced by self-propagating high-temperature synthesis.Intermetallics，2006，14(7)：848-852.[2]J.H.Jin，D.J.Stephenson.The sliding wear behaviour of reactively hot pressed nickel aluminides.wear，1998，217(2)：200-207.[3]O.Ozdemir，S.Zeytin，C.Bindal.Tribological properties of NiAl produced by pressure-assisted combustion synthesis.Wear，2008，265(7-8)：979-985.)。所以NiAl合金摩擦学对于NiAl合金的工程应用具有重要意义。B.J.Johnson等[4]很早开始研究NiAl合金的干滑动摩擦，两次热压成型和一次热处理合成的Ni-50Al、Ni-48Al、Ni-45Al三种合金的摩擦系数为0.2-0.35，磨损率为1.0×10^-5-2.4×10^-5mm³/(N·m)([4]B.J.Johnson，F.E.Kennedy，I.Baker.Dry sliding wear of NiAl.Wear，1996，192(1-2)：241-247.)。研究表明，NiAl合金的高硬度和大的颗粒尺寸可以带来低磨耗；NiAl合金的磨损过程主要机制是塑性变形磨损。J.H.Jin等[2]研究了活性热压法合成的NiAl合金的摩擦行为。结果表明，磨损率随着负载增加而线性增加，随Ni含量的增加而减小。NiAl基合金(高Ni含量合金，如Ni-40％Al)的磨损率最小(2.06×10^-4mm³/(N·m))，这比标准的440C马氏体不锈钢材料的磨损率要小得多。C.Sierra等[1]利用高温自蔓延合成法在低碳钢基体上形成了NiAl涂层，并研究了其摩擦行为。摩擦测试表明NiAl涂层有高的耐磨性能。可见，NiAl合金在合适的工况(载荷为压应力)的摩擦性能还是很好的。