[发明专利]TiAl-Ag-WS2-ZnO-Ti2AlC-TiC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Ag、WS₂、ZnO和Ti₂AlC四元复合润滑相和增强相TiC的TiAl-Ag-WS₂-ZnO-Ti₂AlC-TiC自润滑复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代工业等领域的飞速发展，对于在室温到高温下工作的减摩材料提出了更高的要求，从而使得材料在宽温域工作条件下的摩擦、磨损和润滑问题日益受到重视。相比润滑脂、液相润滑剂和气体润滑剂，固体润滑剂在摩擦领域具有明显的优势。考虑到大多数传统的固体润滑剂只能在较窄的温度范围内发挥其良好的润滑作用，为了实现室温到高温都有良好摩擦学性能，合理运用多种润滑剂的协同润滑效应则是实现室温到高温宽温度范围润滑的有效方法之一。因此研究新型的高性能宽温域自润滑复合材料已成为目前摩擦学领域的研究热点之一。

TiAl合金具有金属和陶瓷的优异性能，如优良的高温强度、刚度及低密度，高的比模量、比强度，良好的抗高温蠕变性能和抗氧化能力，这些优良的性能使其成为了航空和自动化工业理想轻质结构材料，因而成为近年来的轻质合金中研究的重点([1]陈玉勇,孔凡涛.TiAl合金显微组织细化[J].金属学报,2008,424(5):551-556;[2]冯旭东,袁庆龙,曹晶晶,苏志俊.TiAl基合金研究进展[J].航天制造技术,2009(3):35-38.)。然而，TiAl合金固有的室温延展性低和塑性差成为其大规模工业化应用的主要障碍。经多年来的研究表明：添加适量的Cr能够改善TiAl合金的室温延展性；同时添加适量的Nb和Cr可以提高TiAl合金的室温塑性；添加适量的B可以产生有效的弥散强化，提高TiAl合金的断裂韧性([3]艾桃桃.TiAl基合金的韧化途径及基础应用研究[J].稀有金属,2009,33(6):913-920;[4]杨丽颖,刘佐民.TiAl基合金的摩擦学设计.济南大学学报(自然科学版),2006,20(2):161-167.)。

由于TiAl合金在干摩擦具有较高的摩擦系数和磨损率，若想将其应用到运动部件中去就必须进行减摩和抗磨处理，为了降低该材料的摩擦磨损，国内外学者开展了大量的研究工作。以往研究通常是在TiAl基体中添加固体润滑剂制备复合材料或者在TiAl基体表面制备润滑涂层。润滑添加剂量少对润滑性能改善效果不明显，而润滑剂添加量过多则会导致力学性能的显著下降，同时润滑剂与基体润湿性、界面反应与界面结构的很难控制，润滑剂在制备基体过程中的稳定性也很难保证；润滑涂层寿命有限，一旦失效将造成灾难性后果，很难全面的满足低温到高温与高载荷等一系列苛刻的工况条件下使用，故其力学性能和摩擦学性能需要进一步完善([5]T.Sun,Q.Wang,D.L.Sun,G.H.Wu,Y.Na.Studyondrysliding frictionandwearpropertiesofTi₂AlN/TiAlcomposite.Wear,2010,268(5-6):693-699;[6]X.B.Liu,S.H.Shi,J.G.Guo,G.Y.Fu,M.D.Wang.Microstructureandwearbehavior ofγ/Al₄C₃/TiC/CaF₂compositecoatingonγ-TiAlintermetallicalloypreparedby Nd:YAGlasercladding.ApplSurfSci,2009,255(11):5662-5668.)。

吕晋军教授([7]吕晋军.材料在高温条件下的摩擦磨损.先进润滑抗磨材料研讨会，2001.11,兰州.)提出了高温自润滑复合材料的设计思想：基体+耐磨相(增强相)+固体润滑剂(单向或复合相)。借鉴这种思想，选用TiAl合金作为自润滑复合材料的基体，合理的选用和设计复合固体润滑剂，恰当选择增强相提高复合材料的整体性能。