[发明专利]一种FeNiAlNb基销轴多层复合结构材料摩擦学设计与制备方法

权利要求书

1.一种FeNiAlNb基销轴多层复合结构材料，其特征在于：它包括摩擦膜、承载过渡层和基体承载层三层结构，它是以FeNiAlNb合金、减摩剂、抗磨剂与增强剂为原料，通过逐层设计、分层配比、逐层制备与叠加成型工艺，制备出一种FeNiAlNb基销轴多层复合结构材料；

摩擦膜、承载过渡层与基体承载层的各层结构厚度比为(5-8):(20-43):(52-72)；

FeNiAlNb合金、减摩剂、抗磨剂、增强剂在多层复合结构材料中各层成分配比不同，摩擦膜主要包括7-12wt.%FeNiAlNb合金、25-40wt.%减摩剂、30-45wt.%抗磨剂、12-23wt.%增强剂；其中减摩剂包括35-55wt.%软金属SnPtPbAg、20-36wt.%氟碳铈稀土和15-30wt.%多层板状晶体MoBNbO，软金属SnPtPbAg中Sn、Pt、Pb与Ag元素质量比为(25-43):(20-34):(15-24):(10-18)；抗磨剂包括40-55wt.%WC纳米颗粒、23-42wt.%石墨烯和10-23wt.%二硫化钨；增强剂包括33-52wt.%硫酸镁晶须、28-46wt.%钛酸钾晶须和9-22wt.%陶瓷纤维；承载过渡层包括25-39wt.%FeNiAlNb合金、5-15wt.%减摩剂、10-18wt.%抗磨剂和30-47wt.%增强剂，其中减摩剂包括15-35wt.%软金属SnPtPbAg、22-34wt.%氟碳铈稀土和35-52wt.%多层板状晶体MoBNbO；其中软金属SnPtPbAg各元素质量比为（18-30）:（17-27）:（12-23）:（25-35）；抗磨剂主要包括38-53wt.%WC纳米颗粒、22-42wt.%石墨烯与12-25wt.%二硫化钨；增强剂包括34-53wt.%硫酸镁晶须、27-45wt.%钛酸钾晶须与10-21wt.%陶瓷纤维；基体承载层为纯的FeNiAlNb基合金，它是由Fe、Ni、Al、Nb、B、Yb、Zr与Y元素组成，各元素质量比为61.5:14.5:10.5:7:4:0.9:0.9:0.7。

2.根据权利要求1所述的一种FeNiAlNb基销轴多层复合结构材料，其特征在于：它的摩擦系数值为0.27-0.34，磨损率值为2.53-3.42×10^-6cm³·N^-1·m^-1。

3.一种根据权利要求1所述的FeNiAlNb基销轴多层复合结构材料的制备方法，其特征在于：经过包括多层板状晶体制备方法，各层材料设计、计算配比、振动混合、热压成型、多层结构复合和后续机加工工序，最终得到一种FeNiAlNb基销轴多层复合结构材料。

4.根据权利要求3所述的一种FeNiAlNb基销轴多层复合结构材料的制备方法，其特征在于：所述振动混合工序：将各层材料粉末置于气动式真空混料机进行混料处理，混料机外罐为石英罐，内罐为聚四氟乙烯罐；以氩气流为混合动力源，氩气体流量为120-125m³/h，罐体振动力为9230-11200N，振动频率为43-49Hz，振动时间为125-145min。

5.根据权利要求4所述的一种FeNiAlNb基销轴多层复合结构材料的制备方法，其特征在于：所述的热压成型工序：将混合均匀各层粉末分别装入60T热压机进行金属复合粉末热压成型，施加压力为15-21MPa，压制温度为145-165℃，保温保压时间130-145 min，每隔20-25s放气5-7s，反复进行4-6次操作，以去除压制模具腔中的空气，分别获得摩擦膜、承载过渡层和基体承载层各层薄片结构。

6.根据权利要求5所述的一种FeNiAlNb基销轴多层复合结构材料的制备方法，其特征在于：所述多层复合结构材料制备方法：首先对摩擦膜、承载过渡层与基体承载层压制薄片按顺序装入直径34-40mm石墨模具，在氩气保护下对各层材料热压烧结，烧结温度为967-1090^oC、烧结压力为22-25MPa、保温时间为132-155min、升温速率为93-107^oC/min。

7.根据权利要求6所述的一种FeNiAlNb基销轴多层复合结构材料的制备方法，其特征在于：所述后续机加工工序：车削转速为785-953r/min，车削量为0.9-1.5%，从而获得厚度适中且截面直径为33-39mm复合金属薄片，磨削工序转速为340-465r/min；利用抛光机清理周边毛刺与飞边，利用静电喷涂工艺进行表面处理，设备转速为880-950r/min，温度为45-62℃，最终得到一种FeNiAlNb基销轴多层复合结构材料摩擦实验样品。