[发明专利]一种自润滑铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自润滑铝基复合材料及其制备方法，包括以铝合金为基体，高熵合金CoCrFeNi包覆固体润滑剂为增强体，将铝合金和增强体采用振动混料的方法进行混合后，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，以质量百分数计，所述的基体含量为70～80％，所述的增强体含量为20～30％。该方法污染小、粉末利用率高，所制备的自润滑铝基复合材料组织细化、均匀化和致密化，使用寿命长。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种自润滑铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

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，以满足其自润滑能力。自润滑铝基复合材料凭借其密度小、比强度高、导热性好、热膨胀系数低、耐磨性好等优点被广泛应用于航天航空、交通运输、石油化工等行业。

目前，制备自润滑铝基复合材料的主要方法是对铝合金表面制备硬质阳极氧化膜，随后在氧化铝膜表面的微孔中填充各种润滑性物质使其表面具有良好的耐磨性和自润滑性。中国专利CN106733554U公布了一种铝合金表面的自润滑耐磨涂层的制备方法，该方法通过在铝合金表面制备陶瓷中间缓冲层和表面自润滑层的方式提高铝合金表面耐磨性。该方法主要缺点是润滑层是高分子材料，使用寿命短。中国专利CN106334787A公布了一种梯度石墨/铝基表层自润滑复合材料及制备方法，该方式采用激光烧结制备石墨骨架并对其表面进行镀铜处理，最后置于模具底部，将铝合金与其浇铸合成。该方法主要缺点污染较大，组织粗化、不均匀、致密度差且耐磨层厚度不足。

发明内容

为了克服传统制备自润滑铝基复合材料方法的不足，本发明以铝合金为基材，以CoCrFeNi包覆固体润滑剂粉末为增强体。将四元高熵合金CoCrFeNi包覆固体润滑剂粉末和铝合金粉末充分混合，利用冷喷涂技术和搅拌摩擦加工技术的联动，从而制备自润滑铝基复合材料及其增材体。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种自润滑铝基复合材料的制备方法，包括以铝合金为基体，高熵合金CoCrFeNi包覆固体润滑剂为增强体，将铝合金和增强体采用振动混料的方法进行混合后，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，以质量百分数计，所述的基体含量为70～80％，所述的增强体含量为20～30％。

具体的，所述的增强体的粒径分布范围为20～60μm。

具体的，所述的固体润滑剂粉末可以为二硫化钼、石墨、硫化锌和氟化钙。

具体的，所述的铝合金粉末包括2系和6系铝合金，粒径分布范围为20～80μm。

具体的，所述的振动混料的振动频率为50～100Hz，振动混料时间为1～2小时。

具体的，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25～30g/min，送粉距离为20～30mm。

更进一步的，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，搅拌头轴肩压下量为0.1～0.3mm。

优选的，具体包括以下步骤：