[发明专利]一种超低磨损摩擦副材料

说明书

本发明涉及一种超低磨损摩擦副材料，该摩擦副在真空环境中磨损性能在‑2.9×10supgt;‑8/supgt; mmsupgt;3/supgt;/Nm~3.2×10supgt;‑8/supgt; mmsupgt;3/supgt;/Nm之间，由硬度范围为44±3GPa~28±1 GPa的WBsubgt;4/subgt;‑βB块体材料及摩擦对偶WC球组成；所述WBsubgt;4/subgt;‑βB块体材料按体积百分含量计由65±5 vol%WBsubgt;4/subgt;和35±5 vol%βB组成；所述摩擦对偶WC球按质量百分含量计由94 wt%WC和6 wt%Co组成。本发明WBsubgt;4/subgt;‑βΒ/WC摩擦副在真空环境下表现出超低磨损性能，从而实现近零磨损，在精密机械部件与航空航天领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种超低磨损摩擦副材料。

背景技术

磨损是一种无处不在的现象，被认为是由于摩擦过程中相互运动表面之间的机械、化学和热相互作用而导致的表面材料的损伤或损失。据统计，磨损导致了大约60%的设备损坏或故障。机械部件的磨损故障通常表现为摩擦副尺寸的减少，严重影响运动部件的精度、可靠性和使用寿命。因此，提高材料的耐磨损性能有利于延长机械设备的使用年限、降低维修成本，是节省材料成本与减少能源浪费的有效技术途径。随着摩擦学的快速发展与工业的实际需求，人类期望在工程技术与材料科学中实现超低磨损甚至“零磨损”。

对于超低磨损材料的研究几近半个世纪，但只有Pt-Au film\Al₂O₃摩擦副、GaNfilm / Al₂O₃摩擦副和Fullerene-like MoS₂nanoparticles film/440C摩擦副等几种摩擦副在特定环境下表现出超低磨损性能。例如，在室温大气下Pt-Au film\Al₂O₃摩擦副表现出超低磨损性能，Pt-Au磨损率2.6×10^-9mm³/Nm，Al₂O₃磨损率4.4×10^-9mm³/Nm；GaN/ Al₂O₃摩擦副在干燥氮气环境中表现出超低磨损性能，GaN磨损率4×10^-9mm³/Nm，Al₂O₃磨损率9×10^-9mm³/Nm； Fullerene-like MoS₂nanoparticles film/440C摩擦副在超真空环境下表现出超低磨损性能，Fullerene-like MoS₂nanoparticles film磨损率1.1×10^-9mm³/Nm，440C磨损率1×10^-9mm³/Nm。但现有超耐磨材料都是薄膜材料，超低磨损块体材料的相关报道较少。

具有高模量的超硬材料可以促成抑制表面损伤和防止变形，是实现超低磨损的候选材料。超硬材料根据其组成元素和结合方式可以分为两类：轻元素（B、C、N和O）短共价键的超硬材料和高价电子密度的新型超硬材料（W、Re、Os等）。一些传统的超硬材料具有高硬度的优良特性，但其应用和合成方法存在局限性，如金刚石和立方氮化硼。新型超硬材料不仅具有超高的硬度，还具有导电金属特性、化学惰性和低成本合成等优点。WB₄是一种典型的过渡金属硼化物，由高剪切模量的短B-B共价键和高价电子密度的过渡金属W元素组成的三维网络结构具有不可压缩性。目前WB₄的维氏硬度理论值为41.1~42.1 GPa，实验中合成的WB₄的维氏硬度值可以达到43.3~46.1GPa。