[发明专利]一种激光熔融沉积Ni3Al基自润滑材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种激光熔融沉积Ni₃Al基自润滑材料，它以石墨烯粉、Ag粉、Ni粉和Al粉为原料经依次经熔融、喷雾、激光熔融沉积和摩擦搅拌而成。本发明通过将石墨烯和Ag粉原位复合在Ni₃Al球形粉末中，通过激光熔融沉积技术制得Ni₃Al基自润滑材料，该材料具有优良的力学性能和抗裂纹能力，且摩擦系数和磨损率较低，摩擦系数波动小，磨损表面光滑，具有优异的摩擦学性能，且涉及的制备方法简单，制备过程中工艺参数容易控制，适合推广应用。

技术领域

本发明属于无机材料化学制备技术领域，具体涉及激光熔融沉积Ni3Al基自润滑材料及制备方法。

背景技术

Ni₃Al合金作为一种具有潜力的结构材料，具有许多优良的性能，例如高熔点，低密度，优良的高温稳定性及力学性能等。因此，Ni₃Al合金被广泛运用在工程和工业领域中，特别是在航天、机械、冶金等领域([1]江涛,万海荣,王园园,等.Ni3Al金属间化合物材料的制备工艺和研究发展现状[J].科技创新导报,2014(34):31-32.)。

然而，由于纯的Ni₃Al合金摩擦学性能不太理想，因而导致纯的Ni₃Al合金的推广使用受到了制约。同时，Ni₃Al合金作为一种优良的高温结构材料，其熔点较高、低温塑性、韧性低，如果采用传统熔炼法，会造成成本较高和后期的材料加工性不好的问题造成。因此，进一步对纯Ni₃Al合金及其制备工艺进行改进，使所得Ni₃Al基材料具有优良的自润滑性能，已经成为目前科学研究的一个热点问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种激光熔融沉积Ni₃Al基自润滑材料及其制备方法，将石墨烯和Ag原位复合在Ni₃Al基材料中，所得自润滑材料具有优异的摩擦学性能，且涉及的制备方法简单、新颖，工艺易控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种激光熔融沉积Ni₃Al基自润滑材料，它以石墨烯粉、Ag粉、Ni粉和Al粉为原料依次经熔融、喷雾和激光熔融沉积而成。

上述方案中，所述Ni粉和Al粉的摩尔比为3:1；石墨烯的添加量为Ni粉和Al粉总质量的1.0-1.5％，Ag的添加量为Ni粉和Al粉总质量的4.0-6.0％。

上述一种激光熔融沉积Ni₃Al基自润滑材料的制备方法，包括如下步骤：

1)以石墨烯粉、Ag粉、Ni粉和Al粉为原料，将原料混合均匀，并进行高温熔融得熔融合金液；

2)将所得熔融合金液置于雾化装置中进行真空雾化，并冷凝固化得球形的金属粉末，并筛分单颗粒的直径为60-100μm的粉料，得石墨烯/Ag/Ni₃Al基球形粉末；

3)将所得石墨烯/Ag/Ni₃Al基球形粉末进行激光熔融沉积，即得所述Ni₃Al基自润滑材料。

上述方案中，步骤1)中采用振动混料方法将原料混合均匀。

上述方案中，所述振动混料工艺采用的振动频率为40-50Hz，振动力为8000-10000N，振荡时间为20-30min。

上述方案中，所述高温熔融工艺采用的真空度<0.01MPa，保护气体为氮气，含氧量<90ppm，温度为1000-1200℃，保温时间为20-30min。

上述方案中，所述真空雾化工艺采用的保护气体为氦气，氦气进口压力为4.8-5.2MPa，熔融合金液流量为1.0-1.4kg/min。