[发明专利]一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用

说明书

技术领域

本发明涉及镍铝基合金在碱腐蚀工况下的自润滑耐磨应用技术，具体为在质量百分比为5～10％的碱性溶液中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金作为机构滑动部件用自润滑耐磨材料的应用。

背景技术

长程有序金属间化合物NiAl是理想的高温结构材料，具有高熔点(1640℃)、高导热率(70～80W/m·K)、低密度(5.86g/cm³)以及优异的抗腐蚀性能等优点。然而，室温拉伸塑性差、室温断裂抗力低和高温强度不足以及高温蠕变抗力低等问题一直制约着NiAl用于结构部件材料的实用化进程。多年来，人们从合金化，制备内生和外生复合材料的角度出发，采用固溶强化、第二相强化、氧化物弥散强化(ODS)等方法，提高了NiAl合金的抗高温蠕变性能和室温断裂韧性。但是要使NiAl基合金同时达到具有足够的室温断裂韧性，可以与高温合金相比拟的蠕变强度，以及2％的室温拉伸塑性，还难以满足要求。目前NiAl除了作为Ni基和Co基高温合金的涂层材料广泛应用之外，还没有作为高温结构材料和功能材料而得到广泛应用。

考虑到摩擦磨损工况下自然的压应力状态，中国科学院金属研究所与湖南科技大学研究了原位内生NiAl-Al2O3-TiC复合材料、NiAl-Cr(Mo)-Ho-Hf共晶合金和NiAl-Cr(Mo)-CrxSy复合材料的摩擦磨损性能。结果发现，室温摩擦磨损工况下，合金的拉伸塑性与硬度、强度、压缩塑性和加工硬化能力相比成为次要的性能指标，其干摩擦磨损受控于塑性变形，具有较好的耐磨损性能；在大气和干摩擦的条件下，合金在700℃～900℃的高温摩擦磨损中可以产生良好的自润滑和耐磨损效果，摩擦系数和磨损率低于Ni基自润滑合金(合金含有W、Mo、Co)，自润滑特性具有持久性。另外，NiAl-Cr(Mo)-CrxSy复合材料在200℃～400℃摩擦表面形成CrxSy润滑膜，产生了自润滑特性，为研制更宽温度范围的NiAl基自润滑材料提供了研究思路。

鉴于NiAl具有长程有序的晶体结构，耐腐蚀性能优异，又考虑到NiAl基合金具有良好的摩擦磨损特性。故针对NiAl基合金作为自润滑耐磨损材料而应用，必然需要探索NiAl基合金在腐蚀工况下的摩擦磨损特性。目前，还没有这方面的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于开辟NiAl基合金实际应用的新途径，提供一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用。

本发明实现上述目的的技术方案为：

一种NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用，其特征在于：在质量百分比为5～10％的NaOH或KOH溶液中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金作为机构滑动部件用自润滑耐磨损材料，对磨件材料为SiC、Si₃N₄或Al₂O₃等陶瓷材料和硬质合金。

上述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用，在碱腐蚀摩擦磨损过程中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金的摩擦系数为0.19～0.29，低于316L不锈钢(其摩擦系数为0.28～0.48)。

上述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用，在碱腐蚀摩擦磨损过程中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金的磨损率为4.8～21.7×10^-15m³/(m·N)，低于316L不锈钢(其磨损率为52.4～189×10^-15m³/(m·N))。

上述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用，载荷为10～45N，滑动速度为0.05～0.1m/s，应用条件为室温常压。

上述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用，所述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金采用电解Ni、金属Al、Cr以及Ta作为原材料，按照NiAl-2.5Ta-7.5Cr(at.％)的配比，在真空电弧炉中熔炼并浇注成圆锭。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金，在碱性腐蚀溶液工况下的摩擦磨损过程中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金的摩擦系数和磨损率均明显低于316L不锈钢，NiAl-2.5Ta-7.5Cr合金的自润滑性能较316L不锈钢提高了32～40％，耐磨损性能提高了7.7～10倍。