Ni3Al 基自潤滑復合材料的制備
材料在高溫(800~1000℃) 、高速、重載等十分苛刻的條件下工作時,一般不能采用潤滑油和潤滑脂進行潤滑,而必須發展相適應的高溫自潤滑材料,采用先進的固體自潤滑復合材料來解決潤滑和磨損問題。固體潤滑技術在一些高科技領域,如人造衛星、宇宙飛船和高科技的電子產業中解決了一些液體潤滑劑難以解決的潤滑問題。例如,美國航空航天局開發出兩種自潤滑材料,一種是以Ni基合金粘結相與Cr3C2硬質陶瓷相為基體相、以Ag及CaF2 /BaF2共晶體為固體潤滑劑;另一種是以Ni80Cr20與Cr2 O3為基體相、以Ag及CaF2 /BaF2共晶體為固體潤滑劑。這兩種材料在一定的溫度范圍都表現出了良好的抗磨減摩行為。但這兩種材料的使用溫度上限分別為900℃與800℃,此后其力學性能迅速下降,不能滿足更高溫度的需要。
科學院蘭州化學物理研究所研發了Ni3Al為基自潤滑復合材料,取得了良好效果,其大特點是:從室溫到1000℃能夠連續潤滑。這種Ni3Al 基自潤滑復合材料通過粉末冶金的方法制備。Ni3Al 粉利用自蔓延高溫合成技術制備,粒徑小于30~70μm。材料的組成: Ni3Al50%、Ag20%、CaF2 /BaF220%、Mo10%(wt%) 。粉料在高能球磨機中干混后裝爐。球磨時間8 h,轉速300 r /min,氬氣保護。將球磨后的物料放入真空熱壓燒結爐中熱壓燒結制備樣品。
物相分析表明,燒結制備所得的材料由Ni3Al 基體、固體潤滑劑Ag及CaF2 /BaF2共晶體以及合金相Mo構成,組織中無新的反應生成相和氧化相存在。顯微組織觀察表明,復合材料均勻致密、無裂紋和孔洞等缺陷,潤滑相銀與氟化物聚集并分布于晶界,合金相Mo與基體相Ni3Al均勻分布形成基體。
實驗表明,該材料在整個溫度測試區間( 20~1000℃) 擁有低而穩定的摩擦因數(0.28 ~ 0.31)。隨載荷的增大該材料的摩擦因數不斷減小,并逐漸平穩。這是由于隨載荷的增加摩擦熱也在不斷增加,表面溫度的升高和弱的表面氧化使得高溫潤滑相的減摩作用更加有效,所以摩擦因數逐步降低。摩擦因數隨滑動時間的延長逐漸趨于平穩。在800℃時,該復合材料與C-SiC 對摩時表現出非常好的自潤滑性,摩擦因數低至0.1。在1000℃下,該材料與C-SiC 對磨時,摩擦因數可以低至0.2。在整個溫度區間(室溫~1000℃),該材料都具有低而穩定的磨損率,在接近1000℃時磨損率雖有增大,但仍處在較低的量級[10-5 mm3 /( N·m) ]。另外,實驗還表明,Ni3Al 基自潤滑復合材料的壓縮強度顯著高于前面提到的美國航空航天局開發的自潤滑材料,特別是在高溫下更顯優勢,在1000℃時壓縮強度仍有40~45 MPa。機理研究表明,基體材料Ni3Al優異的高溫強度與抗氧化性和多種高、低溫固體潤滑劑的復合和協同效應使該材料實現了寬溫域的連續潤滑。
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科學院蘭州化學物理研究所研發了Ni3Al為基自潤滑復合材料,取得了良好效果,其大特點是:從室溫到1000℃能夠連續潤滑。這種Ni3Al 基自潤滑復合材料通過粉末冶金的方法制備。Ni3Al 粉利用自蔓延高溫合成技術制備,粒徑小于30~70μm。材料的組成: Ni3Al50%、Ag20%、CaF2 /BaF220%、Mo10%(wt%) 。粉料在高能球磨機中干混后裝爐。球磨時間8 h,轉速300 r /min,氬氣保護。將球磨后的物料放入真空熱壓燒結爐中熱壓燒結制備樣品。
物相分析表明,燒結制備所得的材料由Ni3Al 基體、固體潤滑劑Ag及CaF2 /BaF2共晶體以及合金相Mo構成,組織中無新的反應生成相和氧化相存在。顯微組織觀察表明,復合材料均勻致密、無裂紋和孔洞等缺陷,潤滑相銀與氟化物聚集并分布于晶界,合金相Mo與基體相Ni3Al均勻分布形成基體。
實驗表明,該材料在整個溫度測試區間( 20~1000℃) 擁有低而穩定的摩擦因數(0.28 ~ 0.31)。隨載荷的增大該材料的摩擦因數不斷減小,并逐漸平穩。這是由于隨載荷的增加摩擦熱也在不斷增加,表面溫度的升高和弱的表面氧化使得高溫潤滑相的減摩作用更加有效,所以摩擦因數逐步降低。摩擦因數隨滑動時間的延長逐漸趨于平穩。在800℃時,該復合材料與C-SiC 對摩時表現出非常好的自潤滑性,摩擦因數低至0.1。在1000℃下,該材料與C-SiC 對磨時,摩擦因數可以低至0.2。在整個溫度區間(室溫~1000℃),該材料都具有低而穩定的磨損率,在接近1000℃時磨損率雖有增大,但仍處在較低的量級[10-5 mm3 /( N·m) ]。另外,實驗還表明,Ni3Al 基自潤滑復合材料的壓縮強度顯著高于前面提到的美國航空航天局開發的自潤滑材料,特別是在高溫下更顯優勢,在1000℃時壓縮強度仍有40~45 MPa。機理研究表明,基體材料Ni3Al優異的高溫強度與抗氧化性和多種高、低溫固體潤滑劑的復合和協同效應使該材料實現了寬溫域的連續潤滑。
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