[发明专利]一种高熵合金基自润滑复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵合金基自润滑复合材料及其制备方法，包括以四元高熵合金CoCrFeNi为基体，固体润滑剂为润滑相，将CoCrFeNi和固体润滑剂球磨混合后利用冷喷涂将其沉积在金属基板上形成沉积体，再利用搅拌头对所述的沉积体进行搅拌摩擦加工即得高熵合金基自润滑复合材料，所述的CoCrFeNi与固体润滑剂的质量比为(2.3～4):1。本发明的自润滑复合材料以高熵合金CoCrFeNi为基体，以高熵合金的优异力学性能弥补了由于固体润滑剂的添加所导致强度和韧性的损失，使所制备的高熵合金基自润滑复合材料既保持了良好的自润滑能力，又兼具优异的力学性能。

技术领域

本发明属于自润滑复合材料制备技术领域，具体涉及一种高熵合金基自润滑复合材料及其制备方法。

背景技术

通常，金属基自润滑复合材料被广泛应用于难以使用常规油脂润滑的机械零件或高速、重载、高温、真空、深冷等苛刻工况下服役的机械设备中。为了获得较低的摩擦系数，金属基自润滑复合材料中通常需要添加较多的固体润滑剂，然而，过多的固体润滑剂会降低复合材料的力学性能。目前，大多数研究者制备金属基自润滑复合材料是通过牺牲复合材料的强度而提高其自润滑能力，这就严重限制了金属基自润滑复合材料的应用范围。

高熵合金是由四种及四种以上的合金元素按照等原子比或接近原子比的方式进行合金化而获得的一种高熵固溶体。由于高熵合金具有优异的强度、硬度、塑性、韧性以及高的耐磨耐腐蚀性，且在高温条件下存在明显的迟滞扩散效应，因而组织表现出较高的稳定性，力学性能优异。因此，制备高熵合金基自润滑复合材料可以对金属基自润滑复合材料的强度及自润滑能力进行互补。作为广泛应用于复杂条件下的高熵合金基自润滑复合材料，其制备方法主要是粉末冶金，然而，这种方法制备的高熵合金基自润滑复合材料组织不均匀，性能稳定性差。

近年来，增材制造技术被广泛应用于各行各业。高熵合金基自润滑复合材料的制备及其增材制造是未来工业需求的热点，然而，由于高熵合金熔点较高，且大多数固体润滑剂的熔点也较高，因而利用传统增材制造技术(选区激光熔覆、选区激光烧结以及电子束熔丝成形等)制备高熵合金基自润滑复合材料一方面耗能大，另一方面存在的凝固组织缺陷多，性能低。因此，迫切需要寻求一种新技术制备高熵合金基自润滑复合材料及其增材体。

发明内容

为了克服传统增材制造技术制备高熵合金基自润滑复合材料的缺陷以及丰富高熵合金基自润滑复合材料的制备方法，本发明提出一种高熵合金基自润滑复合材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种高熵合金基自润滑复合材料的制备方法，包括以四元高熵合金CoCrFeNi为基体，固体润滑剂为润滑相，将CoCrFeNi和固体润滑剂球磨混合后利用冷喷涂将其沉积在金属基板上形成沉积体，再利用搅拌头对所述的沉积体进行搅拌摩擦加工即得高熵合金基自润滑复合材料，所述的CoCrFeNi与固体润滑剂的质量比为(2.3～4):1。

进一步的，所述的CoCrFeNi和固体润滑剂均为粉末，粒径分布范围均为10～120μm，纯度均大于等于99％。

进一步的，所述的球磨时间为2～5h，球料比为(3～5):1。

进一步的，所述的固体润滑剂为二硫化钼、石墨、硫化锌和氟化钙中的一种或几种。

进一步的，所述的冷喷涂的喷枪压力为2.5～5MPa，所用的气体为氮气、氩气、空气或氦气。

进一步的，所述的气体预热温度为500～800℃，送粉速率为28～32g/min，送粉距离为25～30mm。

具体的，所述的搅拌摩擦加工过程中的搅拌头旋转速度为200～1000rpm，前进速度为20～100mm/min。

可选的，具体包括以下步骤：