[发明专利]摩擦氧化调控表面生成自补充润滑相复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及腐蚀与自润滑领域，具体公开一种摩擦氧化调控表面生成自补充润滑相的复合材料及制备方法。该复合材料以微米级Ti、Ni或Co金属(合金)粉为基粉，与Mo粉(或Mo粉与W粉的任意组合)、Ag粉混合，经放电等离子烧结成型。本发明通过复合材料成分优化，高温摩擦磨损时精密调控表面氧化产物，诱导形成低熔点复合氧化物，致使发汗，实现自润滑，避免了传统方法添加过量自润滑陶瓷相降低复合材料韧性的缺点。本发明复合材料兼具Ti、Ni或Co金属(合金)的高模量、高强度、耐腐蚀性、热稳定性及表面AgMo_xO_y氧化物的自润滑性，可用于航空、航天、能源、化工等尖端工业领域中服役的转动密封、高温轴承等精密基础件。

技术领域

本发明涉及腐蚀与自润滑领域，具体涉摩擦氧化调控表面生成自补充润滑相复合材料及制备方法。

背景技术

随着我国国防建设与国民经济的快速发展，在航空、航天、深海以及核电等高新技术产业动力系统内，服役的转动密封、高温轴承与衬套等一些重点型号的传动运动部件，受到日益苛刻的服役环境中多耦合因素的加速破坏。高温腐蚀与摩擦磨损的协同耦合作为材料的主要破坏方式，已经成为了影响整个系统可靠性与寿命的关键因素。据统计，国家每年因磨损失效造成的能量损失可达到能量总损耗的30～50％，新型耐高温腐蚀自润滑复合材料的研发已迫在眉睫。如何使得润滑材料兼具自润滑、减摩耐磨和抗氧化等多重功能，从而提升机械零部件在高真空度、高辐射度、高运转速度、高载荷和高温度等的苛刻服役环境下的运行稳定性与安全可靠性，成为当前自润滑复合材料发展的主要趋势。

传统自润滑材料是复合两种或两种以上的固体润滑剂制备而成。利用多种不同润滑剂在不同温度下的协同润滑效应，从而实现复合材料在广域温度范围内的润滑。室温到较低温度下依靠Ag等软金属实现自润滑，高温自润滑的实现依靠大量氟化物的添加，如NASA研制的PS212材料、C Dellacort等制备的PS200系列热喷涂涂层材料、李建亮等研制的Ni₃Al-W-Ag-氟化物复合材料。这些复合材料或涂层材料均具有优异的宽温域自润滑性能，但是大量氟化物引入的陶瓷相使其断裂韧性大幅度下降，在高载荷冲击环境下的应用受限，致使高温自润滑材料设计遇到重要瓶颈。

近年来，基于润滑体润湿性与高温润滑性能协同原理设计出了一种高温发汗自补偿润滑材料，如燕松山等研制的Pb-Sn-Ag、Pb-Sn-Ag-Cu润滑材料，张光明等制备的Pb-Sn-Ag-RE润滑材料等。将多元固体润滑体通过熔渗工艺加入到多孔金属陶瓷基体的汗腺式微孔中，制备出一种润滑元素梯度分布的润滑层复合材料，高温下依靠低熔点润滑体的熔出实现自润滑，即合金的高温发汗润滑。润滑体的物化性能和熔浸深度决定了复合材料的润滑功能和润滑寿命，润滑体的熔出会导致其与金属陶瓷基体的润湿性变差，降低复合材料的致密度与力学性能。因此，该方案“合金发汗”无法实现复合材料力学性能与自润滑性能的协调优化。针对高温、承载运动部件遇到的力学、高温氧化与润滑难题，亟需开发研制一种高强高韧、减摩耐磨且抗高温氧化性能优异的新型自润滑复合材料。

发明内容

本发明提供摩擦氧化调控表面生成自补充润滑相复合材料及制备方法，解决现有技术中自润滑复合材料无法完全兼具抗氧化、自润滑与高韧性问题，可用于抗氧化、耐高温、高载荷冲击下运动和传动零部件的生产。

本发明的技术方案如下：

摩擦氧化调控表面生成自补充润滑相复合材料，该复合材料以微米级Ti、Ni或Co金属(合金)粉为基粉，与Mo粉、Ag粉混合，通过放电等离子设备加压烧结而成，微米级Ti、Ni或Co金属(合金)粉混合按质量百分比计分别占比为70～80％、8～15％、10～20％，原始粉末颗粒尺寸分别为≤20μm、≤10μm、≤5μm。

进一步的，上述的摩擦氧化调控表面生成自补充润滑相复合材料，微米级Ti、Ni或Co金属(合金)粉、Mo粉、Ag粉的优选质量百分比配比为72～77％，9～12％，13～16％；所述Mo粉可替换为Mo粉与W粉任意配比的组合。