[发明专利]一种适用于高低温的Fe基自润滑复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种适用于高低温的Fe基自润滑复合材料及其制备方法，其化学成分的体积百分比为：TiC_x 5‑20vol.％(0.4≤x≤1.1)、Ti₃SiC₂10‑35vol.％、Cu 1‑7vol.％、Ni 0.1‑3vol.％、Cr 0.1‑3vol.％、圆葱碳0.1‑7.5vol.％，其余为Fe粉；上述复合材料的制备方法主要是将TiC_x粉、Ti₃SiC₂颗粒、圆葱碳、Fe基合金粉经过混料、预压烘干以及放电等离子烧结，制得适用于高低温的Fe基自润滑复合材料。本发明操作简单，制备周期短，适用于批量化生产恶劣工况下自润滑轴承等减摩材料。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体地涉及一种适用于高低温的Fe基自润滑复合材料及其制备方法。

背景技术

随着Fe合金的不断研发，性能不断改善，目前航空航天轴承、航天起落架等转动摩擦领域也在试图应用Fe基自润滑复合材料。Manmen Liu等人在之前很多研究之后利用Ti3AlC2代替石墨采用Ag/Ti3AlC2结合替代Ag/石墨，由于Ti3AlC2的部分分解而在界面区形成Ag(Al)固溶体，这大大增强了Ag/Ti3AlC2复合材料的力学性能，提升了摩擦性能与强度。

Ti₃AlC₂拥有良好的润滑性能，黄振莺等研究其性能时，通过钢盘对磨发现Ti3AlC2的摩擦性能良好，而且经过不同速度的摩擦研究得知高速摩擦性能很好。赵亮华等研究MAX铁基材料时提出运用Ti3AlC2/Fe复合材料，讨论了高纯度Ti3AlC2与Fe块体复合材料的制备工艺，发现在1100-1450℃情况下Fe能将Ti3AlC2中的Al结合生成Fe(Al)合金，虽然材料的整体力学性能得到大大提升，但是Ti3AlC2却几乎完全分解，不能成功的应用于润滑性能。

Ti₃AlC₂/Fe基材料时在1300℃、30MPa、保温30min的热压条件下制得Ti₃AlC₂/Fe复合材料,复合材料在800℃热震之后,除30volvol.％Ti₃AlC₂/Fe之外其他试样强度基本不变或略有升高,并且热震前后材料的断裂方式基本不变,表现出良好的抗热震特性。证明了其良好的抗冲击性能。此时研究注意到Ti3AlC2虽有良好的润滑性能，但是如果不能烧结之后很好地使Ti₃AlC₂保存下来，那么同样不能达到润滑效果，当烧结温度为760～1045℃时,Ti3AlC2与Fe之间的反应较弱,并开始生成TiC0.625相，并且理论分析发现Ti₃AlC₂中Al的析出是导致Ti₃AlC₂在远低于其分解温度下就与Fe发生反应的主要因素。于之前的研究我们应该注意到和Ti₃AlC₂的混合金属材料的溶解温度过低将会导致Ti₃AlC₂的大量分解，因此合适的烧结温度会使得材料制备成功，将Ti3AlC2利用化学镀铜的方法制得Ti₃AlC₂-Cu材料之后和铜粉、Ti₃AlC₂材料在1300℃下烧结制得的材料Ti₃AlC₂分布均匀，在较大摩擦压力之下，15vol.％含量的Ti₃AlC₂的摩擦系数最低可达0.15，并且经过化学镀铜之后磨损性能提升了将近20vol.％。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明内容提供一种以Ti3AlC2为润滑相。TiCx为混合相、圆碳葱为改性与润滑材料，且具有高承载、高强度、耐磨性好的Fe基适用温度范围宽广的自润滑复合材料及其制备方法。