一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料及其制备方法转让专利
申请号 : CN201910961019.5
文献号 : CN110605879B
文献日 : 2021-06-04
发明人 : 杨慷 , 曹帅涛 , 赵卫兵 , 马洪儒 , 李爱虎 , 王连富 , 王栋辉 , 曹增志 , 卞会涛 , 张飞志
申请人 : 安阳工学院
摘要 :
本发明公开了一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料及其制备方法，它是以NiMoBNb基体粉末、增强材料和多元复合材料为原料，振动与混合、多层结构预成型、表面处理和逐层叠加烧结的工艺流程，制备出一种各层厚度不同和材料组分不同的NiMoBNb基分离器多层复合结构材料；既能满足分离器自润滑材料各部分性能要求，又可用于高温、强压力、高腐蚀性的极其恶劣环境，实现高性能与可靠性工作，它承载能力、抗压能力、耐高温与耐腐蚀，尤其是摩擦学性能能够有效满足所需的工作要求；在不便于维护、维修与润滑的环境下提高分离器的应用范围具有巨大的潜在价值与广泛的应用前景。
权利要求 :
1.一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料，其特征在于：它是由三层结构复合而成，顶层、中层与底层厚度百分数为4‑9%、28‑42%与49‑65%；
顶层、中层结构组分是由NiMoBNb合金、抗磨剂、热传导剂、增强剂、固化剂组成；
分离器各层原材料质量百分比不同；顶层包含7‑10%NiMoBNb合金、25‑42%抗磨剂、9‑
13%热传导剂、15‑30%增强剂与18‑25%固化剂；中层是由20‑30%NiMoBNb合金、10‑17%抗磨剂、9‑12%热传导剂、28‑42%增强剂与7‑18%固化剂组成；底层组分为纯的NiMoBNb合金材料；
NiMoBNb合金是由Ni、Mo、B、Nb、Cr、Yb、Dy与Y构成，各元素在各层结构中质量配比不同；
在顶层各元素质量比为61.5:15:10:8:4:0.6:0.5:0.4；在中层对应各元素质量比为64:13:
11:7:3.5:0.7:0.4:0.4；在底层对应各元素质量比为(55‑65):(10‑18):(8‑12):(5‑9):(3‑
5):(0.5‑0.8):(0.3‑0.5):(0.3‑0.4)；
NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的抗磨剂、热传导剂、增强剂与固化剂在各层结构中的组分不同，顶层的抗磨剂包括35‑50%氟碳铈稀土、20‑40%磷钇稀土与15‑25%WC纳米颗粒，顶层的热传导剂包含25‑45%石墨烯、25‑40%碳纳米管与20‑35%富勒烯，顶层的增强剂是由35‑50%石墨纤维、30‑45%活性炭纤维与10‑25%芳纶纤维构成，顶层的固化剂是由40‑60%铝基合金、15‑30%环氧环己基甲酸与20‑30%双己二酸酯组成，其中顶层固化剂中的铝基合金为(33‑60)Al(25‑35)Pt(17‑28)Pb；
中层的抗磨剂是由37%氟碳铈稀土、35%磷钇稀土与28%WC纳米颗粒组成 ，中层的热传导剂包括46%石墨烯、34%碳纳米管与20%富勒烯，中层的增强剂组分包含41%石墨纤维、36%活性炭纤维与23%芳纶纤维，中层的固化剂是由39%铝基合金、32%环氧环己基甲酸与29%双己二酸酯组成，其中中层固化剂的铝基合金为52Al32Pt16Pb。
2.根据权利要求1所述的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的制备方法，其特征在于：所述各层结构预成型工序，将混合均匀的各层粉料依次装入模具后热压成型与固化热处理；采用干法热压成型，施加压力为8‑12MPa，压制温度为130‑163℃，保温保压时间
123‑149min，每隔18‑25s放气4‑6s，反复进行6‑8次操作；车削预成型样品，车削转速为780‑
966r/min，车削厚度为每层厚度的0.8‑1.3%，磨削工序转速320‑453r/min；利用抛光机清理毛刺与飞边，利用静电喷涂工艺处理样品表面，设备转速730‑890r/min，温度55‑65度，得到一种多层复合结构材料各层烧结样品，所述固化热处理过程；它是通过在真空干燥箱中升温至110‑130℃保温2.5‑3.5h后，升温到155‑185℃保温4.5‑6.5h，再升温到210‑230℃保温
3.5‑4.5h，然后冷却至室温。
3.根据权利要求2所述的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的制备方法，其特征在于：将各层烧结样品按底层、中层和顶层顺序依次装入模具，利用放电等离子进行多层结构结合成型烧结；烧结温度为921‑1150℃、烧结压力为24‑27MPa、保温时间为20‑30min、保护气体为氩气、升温速率为95‑108℃/min，得到一种多层复合结构NiMoBNb基分离器自润滑材料。
说明书 :
一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及加工中心分离器机械零部件摩擦磨损与润滑技术领域，具体涉及一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 随着现代工业的快速发展，机械零部件分离器在先进制造领域面临超高温、多尘磨损、强腐蚀和强辐射及其无油无脂润滑的一系列极端服役工况；分离器主要功能为连接
与分离两个及以上零部件，目前分离器研究工作者主要集中在机械零部件结构上研究，往
往忽略了分离器接触面材料选配与制备方法，这使得分离器在工作过程中面临堵塞、腐蚀，
超高温摩擦损坏的问题；导致其使用可靠性能降低，服役寿命缩短。优良的分离器自润滑材
料应具备较高的摩擦系数与低的磨损，以提高其分离效率与服役寿命【陈艳飞，张保玉，乌
仁娜，郑阳升。基于颗粒塑料的摩擦式静电分离器整体性能的废旧电气和电子设备改进
[J]；绿技，2019(04):171‑178】；本发明制备的一种多层复合结构材料NiMoBNb基分离器自
润滑材料不仅能满足所需机械结构强硬度、高的热传动性等性能要求，而且还具有良好的
摩擦磨损性能，同时分离器制备周期短、制备过程简单、易操作与容易控制；在汽车、轮船、
航空航天、能源机械与先进制造的领域具有潜在的应用价值与巨大的发展潜力。
与分离两个及以上零部件，目前分离器研究工作者主要集中在机械零部件结构上研究，往
往忽略了分离器接触面材料选配与制备方法，这使得分离器在工作过程中面临堵塞、腐蚀，
超高温摩擦损坏的问题；导致其使用可靠性能降低，服役寿命缩短。优良的分离器自润滑材
料应具备较高的摩擦系数与低的磨损，以提高其分离效率与服役寿命【陈艳飞，张保玉，乌
仁娜，郑阳升。基于颗粒塑料的摩擦式静电分离器整体性能的废旧电气和电子设备改进
[J]；绿技，2019(04):171‑178】；本发明制备的一种多层复合结构材料NiMoBNb基分离器自
润滑材料不仅能满足所需机械结构强硬度、高的热传动性等性能要求，而且还具有良好的
摩擦磨损性能，同时分离器制备周期短、制备过程简单、易操作与容易控制；在汽车、轮船、
航空航天、能源机械与先进制造的领域具有潜在的应用价值与巨大的发展潜力。
发明内容
[0003] 针对现有技术不足，本发明提供一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料及其制备方法，所述的多层复合结构NiMoBNb基分离器自润滑材料在满足环保要求情况下具有良
好的机械力学性能与优异的减摩抗磨性能，是用以解决分离器产品的易堵塞、被腐蚀，超高
温摩擦损坏问题的有效方法。
好的机械力学性能与优异的减摩抗磨性能，是用以解决分离器产品的易堵塞、被腐蚀，超高
温摩擦损坏问题的有效方法。
[0004] 本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料是以NiMoBNb基体粉末、增强材料和多元复合材料为原料，经过材料计算与配
比、振动混合、多层结构预成型、样品表面处理和逐层叠加烧结等工艺流程，制备出一种各
层厚度不同和材料组分不同的NiMoBNb基分离器三层复合结构，顶层、中层与底层厚度百分
数分别为4‑9%，28‑42%与49‑65%。
比、振动混合、多层结构预成型、样品表面处理和逐层叠加烧结等工艺流程，制备出一种各
层厚度不同和材料组分不同的NiMoBNb基分离器三层复合结构，顶层、中层与底层厚度百分
数分别为4‑9%，28‑42%与49‑65%。
[0005] 上述一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料与制备方法主要包括如下步骤：
[0006] 一种多层复合结构材料NiMoBNb基分离器各层材料组成质量百分数不同；顶层包含7‑10%NiMoBNb合金、25‑42%抗磨剂、9‑13%热传导剂、15‑30%增强剂与18‑25%固化剂；中层
是由20‑30%NiMoBNb合金、10‑17%抗磨剂、9‑12%热传导剂、28‑42%增强剂与7‑18%固化剂组
成；底层为纯的NiMoBNb合金材料。
是由20‑30%NiMoBNb合金、10‑17%抗磨剂、9‑12%热传导剂、28‑42%增强剂与7‑18%固化剂组
成；底层为纯的NiMoBNb合金材料。
[0007] 步骤1）中所述的一种分离器多层复合结构材料NiMoBNb基合金是由Ni、Mo、B、Nb、Cr、Yb、Dy与Y构成，各元素在各层结构中质量比不同；在顶层Ni、Mo、B、Nb、Cr、Yb、Dy与Y质量
比为61.5:15:10:8:4:0.6:0.5:0.4。在中层各元素质量比为64:13:11:7:3.5:0.7:0.4:
0.4；在底层Ni、Mo、B、Nb、Cr、Yb、Dy与Y各元素质量比为(55‑65):(10‑18):(8‑12):(5‑9):
(3‑5):(0.5‑0.8):(0.3‑0.5)：(0.3‑0.4)。
比为61.5:15:10:8:4:0.6:0.5:0.4。在中层各元素质量比为64:13:11:7:3.5:0.7:0.4:
0.4；在底层Ni、Mo、B、Nb、Cr、Yb、Dy与Y各元素质量比为(55‑65):(10‑18):(8‑12):(5‑9):
(3‑5):(0.5‑0.8):(0.3‑0.5)：(0.3‑0.4)。
[0008] 步骤1)中所述的抗磨剂、热传导剂、增强剂、固化剂的各种成分进行设计并按百分数称重；顶层抗磨剂主要包括35‑50%氟碳铈稀土、20‑40%磷钇稀土与15‑25%WC纳米颗粒；热
传导剂包含25‑45%石墨烯、25‑40%碳纳米管与20‑35%富勒烯；增强剂是由35‑50%石墨纤维、
30‑45%活性炭纤维与10‑25%芳纶纤维构成；固化剂是由40‑60%铝基合金、15‑30%环氧环己
基甲酸与20‑30%双己二酸酯组成；其中铝基合金为(33‑60)Al(25‑35)Pt(17‑28)Pb。中层抗
磨剂是由37%氟碳铈稀土、35%磷钇稀土与28%WC纳米颗粒；热传导剂包括46%石墨烯、34%碳
纳米管与20%富勒烯；增强剂包括41%石墨纤维、36%活性炭纤维与23%芳纶纤维；固化剂是由
39%铝基合金、32%环氧环己基甲酸与29%双己二酸酯组成。其中铝基合金为52Al32Pt16Pb。
传导剂包含25‑45%石墨烯、25‑40%碳纳米管与20‑35%富勒烯；增强剂是由35‑50%石墨纤维、
30‑45%活性炭纤维与10‑25%芳纶纤维构成；固化剂是由40‑60%铝基合金、15‑30%环氧环己
基甲酸与20‑30%双己二酸酯组成；其中铝基合金为(33‑60)Al(25‑35)Pt(17‑28)Pb。中层抗
磨剂是由37%氟碳铈稀土、35%磷钇稀土与28%WC纳米颗粒；热传导剂包括46%石墨烯、34%碳
纳米管与20%富勒烯；增强剂包括41%石墨纤维、36%活性炭纤维与23%芳纶纤维；固化剂是由
39%铝基合金、32%环氧环己基甲酸与29%双己二酸酯组成。其中铝基合金为52Al32Pt16Pb。
[0009] 将上述步骤所得各层材料粉末分别采用振动混料机进行机械均匀混合；振动频率为45‑57Hz，振动力为9120‑10800 N，振荡时间为120‑150min。
[0010] 步骤4)中所得的均匀混合各层配料，进行结构预成型；将混合均匀的各层原料依次装入相应模具，采用干法热压成型工艺进行压实处理；干法热压成型施加压力为8‑
12MPa，压制温度为130‑163℃，保温保压时间123‑149min，每隔18‑25s放气4‑6s，反复进行
6‑8次操作；利用车削对预成型样品进行表面处理；车削转速为780‑966r/min，车削厚度为
每层厚度的0.8‑1.3%，磨削转速320‑453r/min；利用抛光机清理周边毛刺与飞边，借助静电
喷涂工艺进行表面处理，设备转速730‑890r/min，温度55‑65℃，最终得到一种NiMoBNb基分
离器多层复合结构材料热固化配料。
12MPa，压制温度为130‑163℃，保温保压时间123‑149min，每隔18‑25s放气4‑6s，反复进行
6‑8次操作；利用车削对预成型样品进行表面处理；车削转速为780‑966r/min，车削厚度为
每层厚度的0.8‑1.3%，磨削转速320‑453r/min；利用抛光机清理周边毛刺与飞边，借助静电
喷涂工艺进行表面处理，设备转速730‑890r/min，温度55‑65℃，最终得到一种NiMoBNb基分
离器多层复合结构材料热固化配料。
[0011] 步骤5）中所得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料配料进行固化热处理；首先在真空干燥箱中升温至110‑130℃保温2.5‑3.5h，再升温到155‑185℃保温4.5‑6.5h，
最后升温到210‑230℃保温3.5‑4.5h，然后冷却至室温，得到一种NiMoBNb基分离器多层复
合结构材料烧结配料。
最后升温到210‑230℃保温3.5‑4.5h，然后冷却至室温，得到一种NiMoBNb基分离器多层复
合结构材料烧结配料。
[0012] 步骤6)中所得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料烧结配料，按底层、中层和顶层顺序装入模具，利用放电等离子进行多层结构结合成型烧结；烧结温度为921‑1150
℃、烧结压力为24‑27MPa、保温时间为20‑30min、保护气体为氩气、升温速率为95‑108℃/
min，最后得到一种多层复合结构NiMoBNb基分离器自润滑材料。
℃、烧结压力为24‑27MPa、保温时间为20‑30min、保护气体为氩气、升温速率为95‑108℃/
min，最后得到一种多层复合结构NiMoBNb基分离器自润滑材料。
[0013] 步骤4）中所述的混料方式为振动混料，具体为先将石墨纤维、活性炭纤维、芳纶纤维等增强剂利用振动混料机进行初步均匀混合，以保证复合纤维均匀分散后，再分别加入
其它配料，进行振动混合，得到一种混合均匀配料。
其它配料，进行振动混合，得到一种混合均匀配料。
[0014] 本发明所提供的一种多层复合结构NiMoBNb基分离器自润滑材料，具有优异的摩‑6 3 ‑1 ‑1
擦学性能，摩擦系数为0.30‑0.56，磨损率为2.52‑3.63×10 cm·N ·m 。
擦学性能，摩擦系数为0.30‑0.56，磨损率为2.52‑3.63×10 cm·N ·m 。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0016] 1、一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料是以NiMoBNb基体粉末、石墨烯增强材料和多元复合材料为原料，复合形成从底层到顶层各层厚度不同和增强性能各异的多层复
合结构材料，使其具有优异的机械学性能与良好的摩擦学性能。
合结构材料，使其具有优异的机械学性能与良好的摩擦学性能。
[0017] 2、本发明所制备的多层复合结构NiMoBNb基分离器自润滑材料各层结构中NiMoBNb基合金含量不同，各层相容性良好，结合性能优异，结构紧密，组织结构致密，是解
决多层结构材料各层间高温剥落与分离的有效方法。
决多层结构材料各层间高温剥落与分离的有效方法。
[0018] 3、相比传统的分离器材料，本发明所述的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料材料呈梯度分布，既节省原材料的相对用量，又保证了其具有优异的热力学性能与减摩
抗磨性能。
抗磨性能。
[0019] 4、考虑到多元复合晶体和石墨烯增强材料具有良好的层状结构与优异的结合性能等，同时由于各层厚度不同和增强材料含量不同，上层结构表现出稳定的摩擦性能和抗
腐蚀性能、中层具有较大的承载能力，底层为基体层具有良好的支持作用与高温热稳定性。
腐蚀性能、中层具有较大的承载能力，底层为基体层具有良好的支持作用与高温热稳定性。
[0020] 5、本发明所制备的一种多层复合结构NiMoBNb基分离器自润滑材料，使用的石墨纤维，芳纶纤维，玻璃纤维具有生物易降解性能，即使被人体吸收也不会产生健康问题，并
且没有使用大量重金属原材料，不会对环境产生污染。
且没有使用大量重金属原材料，不会对环境产生污染。
附图说明
[0021] 图1为实施本发明制备工艺流程图。
[0022] 图2为本发明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦系数曲线图。
[0023] 图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的磨损率柱状图。
[0024] 图4是在实施例2条件下制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的顶层与中层结合状态电镜形貌图。
[0025] 图5是在实施例2条件下制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦磨损表面的电子探针图。
[0026] 图6为本发明实施例3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦磨损表面的场发射扫描电镜图。
[0027] 图7为实施例3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦磨损3D微观形貌黑白图。
[0028] 图8为实施例3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦磨损3D微观形貌灰度图。
具体实施方式
[0029] 为更好地对本发明开展研究与验证，需结合以下几个实施例阐明本发明的几个主要研究内容，但本发明不仅仅局限于下面的几个实施例。
[0030] 下述实施例中的摩擦测试条件为：载荷为10‑15N、速度为0.15‑0.20m/s、时间为70min和摩擦半径为4.5‑5.5mm。
[0031] 实施例1
[0032] 如图1所示，一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料及其制备流程主要有以下几个步骤:
[0033] 1）一种NiMoBNb基分离器多层结构为三层复合结构，各层厚度比按质量百分数计为:顶层厚度为4%，中层厚度为35%，底层厚度为61%。
[0034] 2）根据分离器原材料各层组分质量百分比不同，对所需材料进行计算配比；顶层为7%NiMoBNb合金、29%抗磨剂、9%热传导剂、30%增强剂、25%固化剂；中层为20%NiMoBNb合
金、10%抗磨剂、12%热传导剂、40%增强剂、18%固化剂。底层全为NiMoBNb合金。
金、10%抗磨剂、12%热传导剂、40%增强剂、18%固化剂。底层全为NiMoBNb合金。
[0035] 3）按上述NiMoBNb合金在各层结构中的质量比，对各层NiMoBNb合金分别取料，其中NiMoBNb合金由Ni、Mo、B、Nb、Cr、Yb、Dy与Y构成；顶层各元素质量比为61.5:15:10:8:4:
0.6:0.5:0.4，中层为64:13:11:7:3.5:0.7:0.4:0.4，底层质量比为55:10:8:5:3:0.5:0.3:
0.3。
0.6:0.5:0.4，中层为64:13:11:7:3.5:0.7:0.4:0.4，底层质量比为55:10:8:5:3:0.5:0.3:
0.3。
[0036] 4）根据步骤2)所述分别对各层结构所需抗磨剂、热传导剂、增强剂、固化剂按照百分数进行取料；顶层抗磨剂包括35%氟碳铈稀土、40%磷钇稀土、25%WC纳米颗粒；热传导剂主
要含有35%石墨烯、35%碳纳米管、20%富勒烯；增强剂包括35%石墨纤维、45%活性炭纤维、20%
芳纶纤维；固化剂主要成分是指40%铝基合金、30%环氧环己基甲酸与30%双己二酸酯；铝基
合金为58Al25Pt17Pb；中层抗磨剂主要包括37%氟碳铈稀土、35%磷钇稀土与28%WC纳米颗
粒；热传导剂含有46%石墨烯、34%碳纳米管与20%富勒烯；增强剂主要涉及到41%石墨纤维、
36%活性炭纤维与23%芳纶纤维；固化剂包含39%铝基合金、32%环氧环己基甲酸与29%双己二
酸酯；其中铝基合金为52Al32Pt16Pb。
要含有35%石墨烯、35%碳纳米管、20%富勒烯；增强剂包括35%石墨纤维、45%活性炭纤维、20%
芳纶纤维；固化剂主要成分是指40%铝基合金、30%环氧环己基甲酸与30%双己二酸酯；铝基
合金为58Al25Pt17Pb；中层抗磨剂主要包括37%氟碳铈稀土、35%磷钇稀土与28%WC纳米颗
粒；热传导剂含有46%石墨烯、34%碳纳米管与20%富勒烯；增强剂主要涉及到41%石墨纤维、
36%活性炭纤维与23%芳纶纤维；固化剂包含39%铝基合金、32%环氧环己基甲酸与29%双己二
酸酯；其中铝基合金为52Al32Pt16Pb。
[0037] 5）将上述步骤所得各层材料粉末分别采用振动混料机进行机械均匀混合；振动频率为45Hz，振动力为9120N，振荡时间为120min。
[0038] 6）将步骤5)所得均匀混合后的各层配料依次装入模具，利用干法热压成型进行压实处理；干法热压成型施加压力为8MPa，压制温度为130℃，保温保压时间123min，每隔18s
放气4s，反复进行6次操作；车削转速为780r/min，车削厚度为每层厚度的0.8%，磨削转速
320r/min；利用抛光机清理周边毛刺与飞边，借助静电喷涂工艺进行表面处理，设备转速
730r/min，温度55℃，得到一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料热固化配料。
放气4s，反复进行6次操作；车削转速为780r/min，车削厚度为每层厚度的0.8%，磨削转速
320r/min；利用抛光机清理周边毛刺与飞边，借助静电喷涂工艺进行表面处理，设备转速
730r/min，温度55℃，得到一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料热固化配料。
[0039] 7）将步骤6）所得多层复合结构材料各层结构加工样片进行固化热处理，即在真空干燥箱中升温至110℃保温2.5h，再升温到155℃保温4.5h，最后升温到210℃保温3.5h，然
后冷却至室温，得到一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料烧结配料。
后冷却至室温，得到一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料烧结配料。
[0040] 8）根据步骤7)所得的各层预成型结构材料，按照底层、中层和顶层顺序依次装入模具中，利用放电等离子进行多层结构结合成型烧结。烧结温度为921℃、烧结压力为
24MPa、保温时间为20min、保护气体为氩气、升温速率为95℃/min，最后得到一种多层复合
结构NiMoBNb基分离器自润滑材料。
24MPa、保温时间为20min、保护气体为氩气、升温速率为95℃/min，最后得到一种多层复合
结构NiMoBNb基分离器自润滑材料。
[0041] 采用HVS‑1000型数显维氏硬度计按照GB/T4340.1‑2009测定硬度，实施例1所制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料硬度为5.52GPa，相对密度为97.8%；图2为本发
明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦系数曲线图；图3
为本发明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的磨损率柱状图；
如图2和图3所示，实施例1制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料摩擦系数较小，
‑6 3
为0.56，磨损率较低，其值为2.52×10 mm/Nm；这表明实施例1所制备的一种NiMoBNb基分
离器多层复合结构材料具有优异的减摩抗磨性能。
明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦系数曲线图；图3
为本发明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的磨损率柱状图；
如图2和图3所示，实施例1制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料摩擦系数较小，
‑6 3
为0.56，磨损率较低，其值为2.52×10 mm/Nm；这表明实施例1所制备的一种NiMoBNb基分
离器多层复合结构材料具有优异的减摩抗磨性能。
[0042] 实施例2
[0043] 如图1所示，一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料及其制备流程主要有以下几个步骤:
[0044] 1）一种NiMoBNb基分离器多层结构为三层复合结构，各层厚度百分数为顶层厚度7%，中层厚度30%，底层厚度63%。
[0045] 2）根据分离器原材料各层组分质量百分比不同，对所需材料进行计算配比；顶层包含8%NiMoBNb合金、32%抗磨剂、12%热传导剂与26%增强剂、22%固化剂；中层包含25%
NiMoBNb合金、16%抗磨剂、9%热传导剂、36%增强剂与14%固化剂。底层为纯的NiMoBNb合金。
NiMoBNb合金、16%抗磨剂、9%热传导剂、36%增强剂与14%固化剂。底层为纯的NiMoBNb合金。
[0046] 3）按上述NiMoBNb合金在各层结构中的质量比，对各层NiMoBNb合金分别取料，其中NiMoBNb合金由Ni、Mo、B、Nb、Cr、Yb、Dy与Y构成。顶层各元素质量比为61.5:15:10:8:4:
0.6:0.5:0.4，中层质量比为64:13:11:7:3.5:0.7:0.4:0.4，底层各元素质量比为60:16:
11:6.8:5:0.5:0.4:0.3。
0.6:0.5:0.4，中层质量比为64:13:11:7:3.5:0.7:0.4:0.4，底层各元素质量比为60:16:
11:6.8:5:0.5:0.4:0.3。
[0047] 4）根据步骤2)所述分别对各层结构所需抗磨剂、热传导剂、增强剂、固化剂按照百分数进行取料；顶层为的抗磨剂包含42%氟碳铈稀土、38%磷钇稀土与20%WC纳米颗粒；热传
导剂包含25%石墨烯、40%碳纳米管与35%富勒烯；增强剂主要成分为43%石墨纤维、32%活性
炭纤维与25%芳纶纤维；固化剂包括50%铝基合金、24%环氧环己基甲酸与26%双己二酸酯；铝
基合金为50Al30Pt20Pb；中层抗磨剂包含37%氟碳铈稀土、35%磷钇稀土与28%WC纳米颗粒；
热传导剂主要是指46%石墨烯、34%碳纳米管与20%富勒烯；增强剂包含41%石墨纤维、36%活
性炭纤维与23%芳纶纤维。固化剂主要涉及39%铝基合金、32%环氧环己基甲酸、29%双己二酸
酯；铝基合金为52Al32Pt16Pb。
导剂包含25%石墨烯、40%碳纳米管与35%富勒烯；增强剂主要成分为43%石墨纤维、32%活性
炭纤维与25%芳纶纤维；固化剂包括50%铝基合金、24%环氧环己基甲酸与26%双己二酸酯；铝
基合金为50Al30Pt20Pb；中层抗磨剂包含37%氟碳铈稀土、35%磷钇稀土与28%WC纳米颗粒；
热传导剂主要是指46%石墨烯、34%碳纳米管与20%富勒烯；增强剂包含41%石墨纤维、36%活
性炭纤维与23%芳纶纤维。固化剂主要涉及39%铝基合金、32%环氧环己基甲酸、29%双己二酸
酯；铝基合金为52Al32Pt16Pb。
[0048] 5）将上述步骤所得各层材料粉末分别采用振动混料机进行机械均匀混合；振动频率为52Hz，振动力为10000 N，振荡时间为140min。
[0049] 6）将步骤5)所得均匀混合后的各层配料依次装入模具，利用干法热压成型进行压实处理；干法热压成型施加压力为10MPa，压制温度为145℃，保温保压时间138min，每隔22s
放气5s，反复进行7次操作；车削转速为856r/min，车削厚度为每层厚度的1.1%，磨削转速
415r/min；利用抛光机清理周边毛刺与飞边，借助静电喷涂工艺进行表面处理，设备转速
825r/min，温度60℃，得到各层结构的加工样片。
放气5s，反复进行7次操作；车削转速为856r/min，车削厚度为每层厚度的1.1%，磨削转速
415r/min；利用抛光机清理周边毛刺与飞边，借助静电喷涂工艺进行表面处理，设备转速
825r/min，温度60℃，得到各层结构的加工样片。
[0050] 7）将步骤6）所得多层复合结构材料各层结构的加工样片进行固化热处理，即在真空干燥箱中升温至120℃保温3.2h，再升温到175℃保温5.5h，最后升温到220℃保温4.2h，
然后冷却至室温，得到多层复合结构材料NiMoBNb基分离器自润滑材料；图4是在实施例2条
件下制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的顶层与中层结合状态电镜形貌图。
然后冷却至室温，得到多层复合结构材料NiMoBNb基分离器自润滑材料；图4是在实施例2条
件下制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的顶层与中层结合状态电镜形貌图。
[0051] 8）根据步骤7)所得各层预成型结构材料，按照底层、中层和顶层依次装入模具，利用放电等离子进行多层结构结合成型烧结；烧结温度为1000℃、烧结压力为25MPa、保温时
间为25min、保护气体为氩气、升温速率为100℃/min，最后得到一种多层复合结构NiMoBNb
基分离器自润滑材料。
间为25min、保护气体为氩气、升温速率为100℃/min，最后得到一种多层复合结构NiMoBNb
基分离器自润滑材料。
[0052] 采用HVS‑1000型数显维氏硬度计按照GB/T4340.1‑2009测定硬度，实施例2所制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料硬度为5.44GPa，相对密度为97.5%；图5是在实
施例2条件下制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦磨损表面的电子探针
图；图2为本发明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦系
数曲线图；图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的
磨损率柱状图；如图2和图3所示，实施例1制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料
‑6 3
摩擦系数较小，约为0.37，磨损率较低，值为3.37×10 mm /Nm。这表明实施例2所制备的一
种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料具有优异的减摩抗磨性能。
施例2条件下制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦磨损表面的电子探针
图；图2为本发明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦系
数曲线图；图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的
磨损率柱状图；如图2和图3所示，实施例1制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料
‑6 3
摩擦系数较小，约为0.37，磨损率较低，值为3.37×10 mm /Nm。这表明实施例2所制备的一
种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料具有优异的减摩抗磨性能。
[0053] 实施例3
[0054] 如图1所示，一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料及其制备流程主要有以下几个步骤:
[0055] 1）一种NiMoBNb基分离器多层结构为三层复合结构，各层厚度比按质量百分数计为:顶层厚度为9%，中层厚度为42%，底层厚度为49%。
[0056] 2）根据分离器原材料各层组分质量百分比不同，对所需原材料进行计算配比；顶层包含10%NiMoBNb合金、42%抗磨剂、9%热传导剂、21%增强剂、18%固化剂；中层包含20%
NiMoBNb合金、17%抗磨剂、10%热传导剂、42%增强剂、11%固化剂。底层全为NiMoBNb合金。
NiMoBNb合金、17%抗磨剂、10%热传导剂、42%增强剂、11%固化剂。底层全为NiMoBNb合金。
[0057] 3）按上述NiMoBNb合金在各层结构中的质量比，对各层NiMoBNb合金分别取料，其中NiMoBNb合金由Ni、Mo、B、Nb、Cr、Yb、Dy与Y构成；顶层各元素质量比为61.5:15:10:8:4:
0.6:0.5:0.4，中层质量比为64:13:11:7:3.5:0.7:0.4:0.4，底层质量比为65:18:12:9:5:
0.8:0.5:0.4。
0.6:0.5:0.4，中层质量比为64:13:11:7:3.5:0.7:0.4:0.4，底层质量比为65:18:12:9:5:
0.8:0.5:0.4。
[0058] 4）根据步骤2)所述分别对各层结构所需抗磨剂、热传导剂、增强剂、固化剂按照百分数进行取料；顶层抗磨剂主要包括50%氟碳铈稀土、35%磷钇稀土与15%WC纳米颗粒；热传
导剂包括45%石墨烯、25%碳纳米管与30%富勒烯；增强剂主要是指50%石墨纤维、40%活性炭
纤维、10%芳纶纤维；固化剂主要是指60%铝基合金、15%环氧环己基甲酸与25%双己二酸酯；
其中铝基合金材料为60Al20Pt20Pb。中层抗磨剂包含37%氟碳铈稀土、35%磷钇稀土与28%WC
纳米颗粒；热传导剂包含46%石墨烯、34%碳纳米管与20%富勒烯；增强剂涉及41%石墨纤维、
36%活性炭纤维与23%芳纶纤维；固化剂包括39%铝基合金、32%环氧环己基甲酸与29%双己二
酸酯。其中铝基合金为52Al32Pt16Pb。
导剂包括45%石墨烯、25%碳纳米管与30%富勒烯；增强剂主要是指50%石墨纤维、40%活性炭
纤维、10%芳纶纤维；固化剂主要是指60%铝基合金、15%环氧环己基甲酸与25%双己二酸酯；
其中铝基合金材料为60Al20Pt20Pb。中层抗磨剂包含37%氟碳铈稀土、35%磷钇稀土与28%WC
纳米颗粒；热传导剂包含46%石墨烯、34%碳纳米管与20%富勒烯；增强剂涉及41%石墨纤维、
36%活性炭纤维与23%芳纶纤维；固化剂包括39%铝基合金、32%环氧环己基甲酸与29%双己二
酸酯。其中铝基合金为52Al32Pt16Pb。
[0059] 5）将上述步骤所得各层材料粉末分别采用振动混料机进行机械均匀混合；振动频率为57Hz，振动力为10800 N，振荡时间为150min。
[0060] 6）将步骤5)所得均匀混合后的各层配料依次装入模具，利用干法热压成型进行压实处理；干法热压成型施加压力为12MPa，压制温度为163℃，保温保压时间149min，每隔25s
放气6s，反复进行8次操作；车削转速为966r/min，车削厚度为每层厚度的1.3%，磨削转速
453r/min；利用抛光机清理周边毛刺与飞边，借助静电喷涂工艺进行表面处理，设备转速
890r/min，温度65℃，得到各层结构的加工预成型样片。
放气6s，反复进行8次操作；车削转速为966r/min，车削厚度为每层厚度的1.3%，磨削转速
453r/min；利用抛光机清理周边毛刺与飞边，借助静电喷涂工艺进行表面处理，设备转速
890r/min，温度65℃，得到各层结构的加工预成型样片。
[0061] 7）将步骤6）所得多层复合结构材料各层结构的加工样片进行固化热处理，即首先在真空干燥箱中升温至130℃保温3.5h，再升温到185℃保温6.5h，最后升温到230℃保温
4.5h，然后冷却至室温，得到多层复合结构材料NiMoBNb基分离器自润滑材料；图4是在实施
例2条件下制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的顶层与中层结合状态电镜形
貌图。
4.5h，然后冷却至室温，得到多层复合结构材料NiMoBNb基分离器自润滑材料；图4是在实施
例2条件下制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的顶层与中层结合状态电镜形
貌图。
[0062] 8）根据步骤7)所得各层预成型结构材料，按照底层、中层和顶层依次装入模具，利用放电等离子进行多层结构结合成型烧结；烧结温度为1150℃、烧结压力为27MPa、保温时
间为30min、保护气体为氩气、升温速率为108℃/min，最后得到一种多层复合结构NiMoBNb
基分离器自润滑材料。
间为30min、保护气体为氩气、升温速率为108℃/min，最后得到一种多层复合结构NiMoBNb
基分离器自润滑材料。
[0063] 采用HVS‑1000型数显维氏硬度计按照GB/T4340.1‑2009测定硬度，实施例3所制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料硬度为5.54GPa，相对密度为97.2%；图6为本发
明实施例3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦磨损表面的场发射扫
描电镜图；图7为实施例3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦磨损3D
微观形貌图；图2为本发明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料
的摩擦系数曲线图；图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结
构材料的磨损率柱状图；如图2和图3所示，实施例3制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合
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结构材料摩擦系数较小，约为0.30，磨损率较低，其值约为3.63×10 mm/Nm；这表明实施例
3所制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料具有优异的减摩抗磨性能。
明实施例3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦磨损表面的场发射扫
描电镜图；图7为实施例3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料的摩擦磨损3D
微观形貌图；图2为本发明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料
的摩擦系数曲线图；图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种NiMoBNb基分离器多层复合结
构材料的磨损率柱状图；如图2和图3所示，实施例3制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合
‑6 3
结构材料摩擦系数较小，约为0.30，磨损率较低，其值约为3.63×10 mm/Nm；这表明实施例
3所制备的一种NiMoBNb基分离器多层复合结构材料具有优异的减摩抗磨性能。
[0064] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保
护范围。
护范围。