[发明专利]具备超低摩擦系数的金属或合金以及能够大幅降低金属或合金摩擦系数的方法

权利要求书

1.一种具备超低摩擦系数的金属或合金，其特征在于：该金属或合金具备梯度纳米结构，其摩擦系数显著低于普通粗晶状态的金属或合金，在载荷为10～100 N 范围内，其摩擦系数由粗晶态的0.6以上降低至0.42以下；

该金属或合金的梯度纳米结构为：表面为纳米晶，芯部为粗晶，中间过渡区域为变形结构，自表及里晶粒尺寸由最表层纳米尺度梯度过渡为芯部微米尺度的粗晶结构；

该金属或合金的梯度纳米结构的尺寸为：最表层晶粒尺寸为25～40 nm，纳米晶层的晶粒尺寸<100 nm，厚度为80～100 μm，由表及里晶粒尺寸从25～40 nm梯度过渡为芯部20～50 μm，变形层厚度为700～800 μm。

2.如权利要求1所述的金属或合金，其特征在于：该金属或合金的种类为铜、镍或铁；或者为铜、镍或铁的合金。

3.如权利要求1～2任一项所述的金属或合金，其特征在于：当金属或合金选自铜或铜银合金时，在载荷为10～100 N 范围内，其摩擦系数由粗晶态的0.6～0.8降低至0.26～0.42。

4.如权利要求1～2任一项所述的金属或合金，其特征在于：当合金选为Cu-5Ag合金时，最表层晶粒尺寸为25 nm，纳米晶层的晶粒尺寸<100 nm，厚度为80 μm，由表及里晶粒尺寸从25 nm梯度过渡为芯部20～50 μm，变形层厚度为700 μm。

5.如权利要求1～2任一项所述的金属或合金，其特征在于：当合金选为Cu-5Ag合金时，施加50 N、最大Hertz接触应力为1.78 GPa的载荷时，具备梯度纳米结构的Cu-5Ag合金展示出超低的摩擦系数，摩擦系数由粗晶态的0.64降为0.29。

6.一种大幅降低权利要求1所述金属或合金摩擦系数的方法，其特征在于：向该金属或合金中引入梯度纳米结构，使得该金属或合金的摩擦系数大幅度降低，在载荷为10～100 N范围内，由普通粗晶金属及合金较高的摩擦系数0.6以上降低至0.42以下。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述引入梯度纳米结构的工艺是通过塑性变形方法实现。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述梯度纳米结构的塑性变形在温度77 K的液氮下进行。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述塑性变形的具体方法为：将硬质球型压头压入金属或合金表面，样品高速旋转并且作横向移动，使压头在样品表面滑动，将塑性变形引入材料表层。

10.如权利要求6～7任一项所述的方法，其特征在于：该金属或合金的梯度纳米结构为：表面为纳米晶，芯部为粗晶，中间过渡区域为变形结构，自表及里晶粒尺寸由最表层纳米尺度梯度过渡为芯部微米尺度的粗晶结构。

11.如权利要求6～7任一项所述的方法，其特征在于：该金属或合金的种类为铜、镍或铁；或者为铜、镍或铁的合金。

12.如权利要求6～7任一项所述的方法，其特征在于：当合金选为Cu-5Ag时，处理工艺参数如下：主轴转速为 600 转/min，直刀进给速度为 20 mm/min，处理道次为 6 道次，每道次进给量为 40 μm，处理后样品的表面粗糙度Ra为0.2 μm，其在载荷为50 N时，摩擦系数由粗晶态的0.64下降为0.29。