[发明专利]一种M50-Ag-TiC自润滑复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种M50‑Ag‑TiC自润滑复合材料，主要以航空主轴轴承材料M50钢为基体材料，以Ag和TiC为润滑相和增强相；其中，润滑相的质量为基体材料质量的(8.0‑10.0)wt.％，增强相的质量为基体材料质量的(4.0‑6.0)wt.％；由含Ag和TiC的M50球形粉末采用3D打印制备而成。本发明所述M50‑Ag‑TiC自润滑复合材料，具有较低的摩擦系数与磨损率，可以有效提高M50轴承钢的摩擦学性能，且制备方法简便，制备过程中工艺参数容易控制，且可以制造出复杂机械零部件，对自润滑材料的工业化应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种M50-Ag-TiC自润滑复合材料及其制备方法，属于固体自润滑复合材料领域。

背景技术

M50高温轴承钢是世界各国应用最广泛的一种高温轴承钢，其除具一般轴承的特性外，还具有较高的高温尺寸稳定性、高温硬度、高温接触疲惫性能，主要用作航空发动机主轴轴承。随着航空发动机推力比的不断增大，其主轴轴承的工作环境也不断恶化，摩擦磨损问题成为限制轴承使用寿命的主要影响因素之一。因此，研发拥有良好减磨耐磨性能的M50复合材料成为当下研究的热点问题。

固体自润滑技术是解决金属材料摩擦磨损问题最常用和最有效的手段，刘佐民等研究M50高速钢摩擦磨损机理转变的临界温度，在此临界温度以下，高速钢的磨损量随温度的上升而增大，摩擦系数几乎保持恒定，超过此温度后，由于界面金属膜的呈现，磨损率迅速下降也有学者研究Ag、TiC等固体润滑剂对金属基材料的摩擦性能影响。但针对M50基固体自润滑材料的研究目前尚未见报道。

另外，目前金属基固体自润滑材料的制备技术主要是放电等离子烧结技术。翟文正利用放电等离子烧结技术制备了Ni₃Al基自润滑复合材料，对其摩擦磨损过程中形成的摩擦层微纳米结构与摩擦学特性进行系统研究。但是，放电等离子烧结技术有很多不足之处，如：烧结时温度分布不均匀；制得烧结体尺寸偏小、形状不复杂；烧结中所用的模具主要为石墨模具，存在碳原子向烧结体扩散，导致烧结体表面甚至内部发生碳污染等现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种M50-Ag-TiC自润滑复合材料及其制备方法，主要以航空主轴轴承材料M50钢为基体材料，以Ag和TiC为润滑相和增强相，具有优良的摩擦学性能，且制备方法简便可行，为实现M50基自润滑材料的工业化应用提供了实践基础。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种M50-Ag-TiC自润滑复合材料，主要包括基体材料和润滑相、增强相，它以M50钢为基体材料，以Ag为润滑相，以TiC为增强相。

按上述方案，所述润滑相的质量为基体材料质量的(8.0-10.0)wt.％，增强相的质量为基体材料质量的(4.0-6.0)wt.％。

按上述方案，所述基体材料M50钢主要包括元素C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu、Mo、V和Fe等。优选地，本发明中所述基体材料M50钢中各元素按质量百分比计为：C 0.75-0.85％，Mn≤0.35％，Si≤0.35％，Ni≤0.20％，Cr3.75-4.25％，Cu≤0.20％，Mo 4.00-4.50％，V 0..90-1.10％，以及余量的Fe。最优选地，本发明所述基体材料M50钢中元素C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu、Mo、V和Fe质量比比值为0.75：0.35：0.30：0.20：4.0：0.15：4.2：1：89.05。

上述M50-Ag-TiC自润滑复合材料，它由含Ag和TiC的M50球形粉末采用3D打印(即激光熔融沉积)制备而成。该球形粉末由Ag、TiC和M50钢组成，Ag质量为M50钢质量的(8.0-10.0)wt.％，TiC的质量为M50钢的(4.0-6.0)wt.％。

上述方案中，所述含Ag和TiC的M50球形粉末，其制备方法包括如下步骤：