[发明专利]一种高温自润滑型钛铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高温自润滑型钛铝基复合材料及其制备方法。该复合材料以镀铌磷酸镁为高温固体润滑剂，以钛铝合金为基体，润滑剂质量为基体质量的4~12%，基体中元素钛、铝质量比为1:1。制备方法：1）对磷酸镁进行表面镀铌；2）按基体质量的4~12%称取表面镀铌的磷酸镁粉，将镀铌磷酸镁与钛铝合金混合得到初始配料；3）将初始配料置于多维摆动式球磨机进行2~4h无球摆动混粉，得到混合均匀的烧结配料；4）将烧结配料置于放电等离子烧结炉进行烧结。本发明制备的复合材料具有优异的高温润滑减摩耐磨性能，且解决磷酸镁作为固体润滑剂导致基体材料强度降低的问题，拓展钛铝基复合材料作为轻质高温结构材料的应用领域。

技术领域

本发明涉及金属基自润滑复合材料及其制备技术领域，更具体地，涉及一种高温自润滑型钛铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

钛铝合金密度低、比强度高、比刚度高、耐热性和抗高温蠕变性能好，是综合性能好的轻质高温合金，被视为一种最具应用前景的轻质高温结构材料。然而，钛铝合金存在高温抗磨减摩性能差的缺点，这在一定程度上制约了其发展应用。

为解决这一技术问题，国内外研究学者通过在钛铝合金中添加ZnO、Ti₃SiC₂、BaF₂-CaF₂、石墨烯等固体润滑剂获得钛铝基自润滑复合材料，与纯钛铝合金相比，其高温润滑减摩耐磨性能有明显改善。伴随着航空、航天和核能等高新技术发展对发动机、涡轮增压器等所用高温结构材料的强度、减摩、耐磨性能要求越来越高，因而研究与探索新型高温固体润滑剂一直是必要的。

磷酸盐作为一类具有层状主体结构的化合物，其层板内原子间多为共价键结合，层间为范德华力或其它弱的静电相互作用，因此积极开发探索磷酸盐在润滑领域新的应用具有重要的意义。然而，目前磷酸盐在润滑领域的相关研究主要分为两类：润滑油/脂的添加剂（张效胜. 层状硅/磷酸盐及其改性材料的合成与摩擦学特性研究 [D]. 太原理工大学，2014.）和固体润滑剂的粘结剂（丁勇. 高温润滑涂层的制备及性能研究 [D]. 兰州理工大学，2011.），关于磷酸盐作为金属基复合材料的固体润滑剂尚待研究。此外，磷酸盐，类似石墨、MoS₂等层状固体润滑剂，通常存在着以牺牲复合基体材料强度为代价来改善材料抗磨减摩性能的技术矛盾。

为解决这一技术问题，本发明提出首先对磷酸盐进行镀铌，然后与钛铝合金基体烧结制备钛铝基复合材料，烧结过程中铌与钛将生成强化相钛化铌，从而解决因磷酸镁添加而导致钛铝基复合材料基体强度降低问题。综上，本发明提出一种以镀铌磷酸镁为固体润滑剂的高温自润滑型钛铝基复合材料有着重要的理论与实际意义，且有助于拓展钛铝基复合材料作为轻质高温结构材料的应用领域。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种高温自润滑型钛铝基复合材料及其制备方法，该复合材料具有备高机械硬度和优异高温润滑减摩耐磨性能，且制备方法工艺简单、制备过程安全环保、经济效益好低，适合批量生产和推广。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种高温自润滑型钛铝基复合材料，其特征在于，所述复合材料以镀铌磷酸镁为高温固体润滑剂，以钛铝合金为基体，其中润滑剂质量为基体质量的4~12wt.%， 基体中元素钛、铝质量比为1:1。

一种高温自润滑型钛铝基复合材料的制备方法，该方法包含下述步骤：

1）对磷酸镁进行表面镀铌；

2）按基体材料质量的4~12wt.%，称取步骤1）所得表面镀铌的磷酸镁粉，将镀铌磷酸镁与钛铝合金混合得到初始配料；

3）将步骤2）所得配料置于多维摆动式球磨机进行2~4h无球摆动混粉，得到混合均匀的烧结配料；

4）将步骤3）所得配料置于放电等离子烧结炉进行烧结制备，得到高温自润滑型钛铝基复合材料。