[发明专利]一种新型Ni3Al基自润滑复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以石墨烯纳米片为润滑相的新型Ni₃Al基自润滑复合材料及其制备方法。

背景技术

Ni₃Al基合金有许多优良的性能，包括高熔点、高抗高温氧化、耐腐蚀、较高的高温强度和蠕变抗力以及高的比强度，而且具有峰值温度以下屈服强度的正温度效应。正是由于这些优良特性，Ni₃Al基合金作为高温结构材料在民用和军事工业中应用前景广阔（[1] 陈金栌, 朱定一, 林登宜. Ni₃Al基合金的研究与应用进展. 材料导报, 2006(20): 35-38.）。

有关Ni₃Al金属间化合物与钨酸盐、硬质颗粒等通过粉末冶金法制备高温高耐磨复合材料的研究近来也有报道（[2] Shengyu Zhu, Qinling Bi, Jun Yang, Weimin Liu. Ni₃Al Matrix Composite with Lubricious Tungstate at High Temperatures. Tribol Lett, 2012(45): 251-255; [3] Karin Gong, Heli Luo,Di Feng, Changhai Li. Wear of Ni₃Al-based materials and its chromium-carbide reinforced composites. Wear, 2008(265): 1751-1755.）。为了提高Ni₃Al基复合材料的摩擦学性能，国内外学者开展了大量的研究工作。以往的研究很大程度上改善了Ni₃Al基自润滑复合材料的摩擦学性能，而降耗节能、降低污染的趋势对新的复合材料提出了更高的要求，为此，学者们仍在不断寻求更优良的润滑相，这类润滑相不仅具备良好的摩擦系数与磨损率，而且能够降低污染。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型Ni₃Al基自润滑复合材料及其制备方法，该自润滑复合材料将石墨烯纳米片原位复合在Ni₃Al基体中，所得的复合材料具有优异的摩擦学性能，制备方法简单易实现，制备过程中工艺参数容易控制。

为将本发明目的得以实现，故采取的技术方案为：

一种新型Ni₃Al自润滑复合材料，它由Ni粉、Al粉和石墨烯纳米片制备而成，其中Ni：Al的摩尔比=4.5：1，石墨烯纳米片的质量为Ni粉、Al粉总质量的0.5-1.5%。

一种新型Ni₃Al自润滑复合材料的制备方法，它包括如下步骤：

1）按Ni：Al的摩尔比=4.5：1，选取Ni粉、Al粉；按石墨烯纳米片占Ni粉、Al粉总质量的0.5-1.5%，选取石墨烯纳米片，将Ni粉、Al粉和石墨烯纳米片混合，得到配料；

2）将上述配料置于振动球磨机内干磨，得到混合粉料；

3）将混合粉料采用放电等离子烧结得到所述的新型Ni₃Al自润滑复合材料。

上述方案中，所述步骤1）中的Ni粉或Al粉的平均粒径为30-50微米。

上述方案中，所述步骤1）中的石墨烯纳米片厚度为20纳米-2微米，粒径为5-200微米。

上述方案中，所述步骤2）中的振动球磨机中的球磨罐的内壁为聚四氟乙烯，振动频率为45Hz，振幅为5mm，振动力为10000N，振荡时间为20-40分钟。

上述方案中，所述步骤3）所述的放电等离子烧结工艺为：烧结温度为1130-1140℃、升温速率为100-130℃/min、烧结压力为40-70MPa、真空度为1×10^-2-1×10^-1Pa、保温时间为5-12min。

本发明的有益效果是：

1、制备过程方便、快捷：预烧结粉末制备过程中采用振动球磨，振荡周期短。

    2、操作简单、可行性高：烧结过程采用SPS进行材料的烧结，烧结反应周期短，工艺稳定，且制备的自润滑复合材料纯度高。

3、制备所需设备简单：具有原料来源广泛、价格较低、设备成本较低、容易控制的特点，并适用于规模化生产。

4、采用SPS来制备自润滑复合材料，降低了烧结温度、缩短了烧结时间，节约能源，降低合成成本且最大程度上避免了的因加入石墨烯纳米片而可能导致的复相产生。