高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料及其制备方法转让专利
申请号 : CN202010943268.4
文献号 : CN112063901B
文献日 : 2021-11-05
发明人 : 许春霞 , 胡瑞 , 熊震 , 熊吉 , 熊乐 , 代芳 , 刘萍先
申请人 : 南昌工程学院
摘要 :
本发明公开的属于高温自润滑复合材料技术领域，具体为高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料及其制备方法，其制备方法包括以下工艺措施：通过Al、Ti、Ni和Cu形成熔融状态的毛坯料，再加入SiC陶瓷、Cr和W粉末到毛坯料中，通过半固态铸造的工艺，将毛坯料压制成成型，简化铸造工序，降低能耗，改善劳动条件，由于凝固速度快，生产率高；提高铸件力学性能，再将成型毛坯进行烧结，完成加工。该高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料及其制备方法，生产成本更低，工作寿命更长，且摩擦系数和磨损率更小，耐磨性能更强，高温时依然能够保持良好的自润滑性能，具有广阔的工程应用前景。
权利要求 :
1.高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料，其特征在于，该复合材料由以下重量份的原料组成：铝70％、Ti3％、Ni4％、Cu10％、SiC陶瓷5％、Cr3％和W5％。
2.高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料，其特征在于，该复合材料由以下重量份的原料组成：铝50％、Ti5％、Ni5％、Cu10％、SiC陶瓷10％、Cr10％和W10％。
3.高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料，其特征在于，该复合材料由以下重量份的原料组成：铝53％、Ti5％、Ni1％、Cu30％、SiC陶瓷5％、Cr1％和W5％。
4.根据权利要求1‑3任一项中所述的高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下工艺措施：S1：将铝、Ti、Ni和Cu取对应重量份数的粉末；
S2：将粉末放置到带有真空装置的熔金炉中，保持真空状态，缓慢升温至加热熔融温度，使熔金炉内部的粉末呈熔融状态；
S3：取出熔融状态的毛坯料，加入SiC陶瓷、Cr和W粉末到毛坯料中，通过置入风冷装置中，使毛坯料降低温度，同时进行强烈的搅拌；
S4：将降温后的毛坯料置入压模装置内，通过压模使毛坯料成型，得到成型毛坯；
S5：将成型毛坯置入惰性气体中进行烧结，室温冷却后取出烧结完成的复合材料。
5.根据权利要求4所述的高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中熔融温度为1500℃ 1700℃、熔融时间为60 80min。
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6.根据权利要求4所述的高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中毛坯料降温后呈现半固态。
7.根据权利要求4所述的高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的惰性气体为氦气、氮气和氩气中的一种。
8.根据权利要求4所述的高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的烧结温度为1600℃ 1800℃、烧结时间为1 3小时。
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说明书 :
高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及高温自润滑复合材料技术领域，具体为高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 随着航空航天科学技术的发展，在高温、高速、重载、高真空等极端工况条件下，对提高重要零部件的润滑性能、使用寿命及安全性能提出了更高的要求。在高温等极端服役
条件下，普通材料已经不能满足刚度、强度及耐磨性等方面的要求，特别是润滑油、润滑脂
在高温下因稀释甚至挥发而丧失润滑特性，已不能满足实际使用要求。研究开发高温、高强
度、高耐磨自润滑复合材料，以满足航空、航天等需要自润滑领域的工作要求，已成为近年
来摩擦学领域研究的热点。所以设计生产成本更低，工作寿命更长，且摩擦系数和磨损率更
小，耐磨性能更强，高温时依然能够保持良好的自润滑性能，具有广阔的工程应用前景。
条件下，普通材料已经不能满足刚度、强度及耐磨性等方面的要求，特别是润滑油、润滑脂
在高温下因稀释甚至挥发而丧失润滑特性，已不能满足实际使用要求。研究开发高温、高强
度、高耐磨自润滑复合材料，以满足航空、航天等需要自润滑领域的工作要求，已成为近年
来摩擦学领域研究的热点。所以设计生产成本更低，工作寿命更长，且摩擦系数和磨损率更
小，耐磨性能更强，高温时依然能够保持良好的自润滑性能，具有广阔的工程应用前景。
发明内容
[0003] 本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使
本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范
围。
本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范
围。
[0004] 因此，本发明的目的是提供高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料及其制备方法，生产成本更低，工作寿命更长，且摩擦系数和磨损率更小，耐磨性能更强，高温时依然能
够保持良好的自润滑性能，具有广阔的工程应用前景。
够保持良好的自润滑性能，具有广阔的工程应用前景。
[0005] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
[0006] 高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料，该复合材料由以下重量份的原料组成：铝70％、Ti3％、Ni4％、Cu10％、SiC陶瓷5％、Cr3％和W5％。
[0007] 高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料，该复合材料由以下重量份的原料组成：铝50％、Ti5％、Ni5％、Cu10％、SiC陶瓷10％、Cr10％和W10％。
[0008] 高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料，该复合材料由以下重量份的原料组成：铝53％、Ti5％、Ni1％、Cu30％、SiC陶瓷5％、Cr1％和W5％。
[0009] 高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料的制备方法，包括以下工艺措施：
[0010] S1：将铝、Ti、Ni和Cu取对应重量份数的粉末；
[0011] S2：将粉末放置到带有真空装置的熔金炉中，保持真空状态，缓慢升温至加热熔融温度，使熔金炉内部的粉末呈熔融状态；
[0012] S3：取出熔融状态的毛坯料，加入SiC陶瓷、Cr和W粉末到毛坯料中，通过置入风冷装置中，使毛坯料降低温度，同时进行强烈的搅拌；
[0013] S4：将降温后的毛坯料置入压模装置内，通过压模使毛坯料成型，得到成型毛坯；
[0014] S5：将成型毛坯置入惰性气体中进行烧结，室温冷却后取出烧结完成的复合材料。
[0015] 作为本发明所述的高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤S2中熔融温度为1500℃ 1700℃、熔融时间为60 80min。
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[0016] 作为本发明所述的高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤S3中毛坯料降温后呈现半固态。
[0017] 作为本发明所述的高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤S5中的惰性气体为氦气、氮气和氩气中的一种。
[0018] 作为本发明所述的高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤S5中的烧结温度为1600℃ 1800℃、烧结时间为1 3小时。
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[0019] 与现有技术相比：通过铝、Ti、Ni和Cu形成熔融状态的毛坯料，再加入SiC陶瓷、Cr和W粉末到毛坯料中，通过半固态铸造的工艺，将毛坯料压制成成型，简化铸造工序，降低能
耗，改善劳动条件，由于凝固速度快，生产率高；提高铸件力学性能，再将成型毛坯进行烧
结，完成加工，该高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料及其制备方法，生产成本更低，工
作寿命更长，且摩擦系数和磨损率更小，耐磨性能更强，高温时依然能够保持良好的自润滑
性能，具有广阔的工程应用前景。
耗，改善劳动条件，由于凝固速度快，生产率高；提高铸件力学性能，再将成型毛坯进行烧
结，完成加工，该高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料及其制备方法，生产成本更低，工
作寿命更长，且摩擦系数和磨损率更小，耐磨性能更强，高温时依然能够保持良好的自润滑
性能，具有广阔的工程应用前景。
具体实施方式
[0020] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0021] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的
情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
[0022] 实施例1
[0023] S1：将重量份数为铝70％、Ti3％、Ni4％和Cu10％粉末取出；
[0024] S2：将粉末放置到带有真空装置的熔金炉中，保持真空状态，缓慢升温加热80min至1700℃熔融温度，使熔金炉内部的粉末呈熔融状态；
[0025] S3：取出熔融状态的毛坯料，加入SiC陶瓷5％、Cr3％和W5％粉末到毛坯料中，通过置入风冷装置中，使毛坯料降低温度，同时进行强烈的搅拌。使毛坯料呈现半固态；
[0026] S4：将降温后的毛坯料置入压模装置内，通过压模使毛坯料成型，得到成型毛坯；
[0027] S5： 将成型毛坯置入氦气中进行烧结3小时，并使烧结温度到达1800℃，室温冷却后取出烧结完成的复合材料，制得材料与铝的摩擦系数为0.007。
[0028] 实施例2
[0029] S1：将重量份数为铝50％、Ti5％、Ni5％和Cu10％粉末取出；
[0030] S2：将粉末放置到带有真空装置的熔金炉中，保持真空状态，缓慢升温加热60min至1500℃熔融温度，使熔金炉内部的粉末呈熔融状态；
[0031] S3：取出熔融状态的毛坯料，加入SiC陶瓷10％、Cr10％和W10％粉末到毛坯料中，通过置入风冷装置中，使毛坯料降低温度，同时进行强烈的搅拌。使毛坯料呈现半固态；
[0032] S4：将降温后的毛坯料置入压模装置内，通过压模使毛坯料成型，得到成型毛坯；
[0033] S5： 将成型毛坯置入氩气中进行烧结1小时，并使烧结温度到达1800℃，室温冷却后取出烧结完成的复合材料，制得材料与铝的摩擦系数为0.01。
[0034] 实施例3
[0035] S1：将重量份数为铝53％、Ti5％、Ni1％和Cu30％粉末取出；
[0036] S2：将粉末放置到带有真空装置的熔金炉中，保持真空状态，缓慢升温加热80min至1500℃熔融温度，使熔金炉内部的粉末呈熔融状态；
[0037] S3：取出熔融状态的毛坯料，加入SiC陶瓷5％、Cr1％和W5％粉末到毛坯料中，通过置入风冷装置中，使毛坯料降低温度，同时进行强烈的搅拌。使毛坯料呈现半固态；
[0038] S4：将降温后的毛坯料置入压模装置内，通过压模使毛坯料成型，得到成型毛坯；
[0039] S5： 将成型毛坯置入氮气中进行烧结1小时，并使烧结温度到达1600℃，室温冷却后取出烧结完成的复合材料，制得材料与铝的摩擦系数为0.03。
[0040] 该高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料及其制备方法，生产成本更低，工作寿命更长，且摩擦系数和磨损率更小，耐磨性能更强，高温时依然能够保持良好的自润滑性
能，具有广阔的工程应用前景。
能，具有广阔的工程应用前景。
[0041]种类 铝 Ti Ni Cu SiC陶瓷 Cr W
实施例1 70％ 3％ 4％ 10％ 5％ 3％ 5％
实施例2 50％ 5％ 5％ 10％ 10％ 10％ 10％
实施例3 53％ 5％ 1％ 30％ 5％ 1％ 5％
实施例1 70％ 3％ 4％ 10％ 5％ 3％ 5％
实施例2 50％ 5％ 5％ 10％ 10％ 10％ 10％
实施例3 53％ 5％ 1％ 30％ 5％ 1％ 5％
[0042] 虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存
在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使
用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源
的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围
内的所有技术方案。
在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使
用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源
的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围
内的所有技术方案。