[发明专利]一种跨尺度自润滑颗粒增强钢基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及钢基复合材料技术领域，具体公开了一种跨尺度自润滑颗粒增强钢基复合材料，原料按重量分数计，包括2‑8wt％的WS₂或MoS₂粉末以及5‑10wt％的TiN粉末，余量为钢基体粉末；WS₂或MoS₂粉末的粒径为50‑100nm；TiN粉末的粒径为50‑100μm；钢基体粉末的粒径为50‑100μm。将TiN粉末和钢基粉末进行球磨混合，得微米颗粒复合粉体；将WS₂或MoS₂粉末与微米颗粒复合粉体进行球磨混合，球磨过程中加入粘接剂，后干燥得到预混合粉；将预混合粉采用放电等离子工艺进行保压烧结，得到力学性能和耐磨性能均得到优化的跨尺度自润滑颗粒增强钢基复合材料。

技术领域

本发明涉及钢基复合材料技术领域，特别涉及一种跨尺度自润滑颗粒增强钢基复合材料及其制备方法。

背景技术

固体润滑材料是指利用固体粉末、薄膜或某些整体材料作用于两承载表面，减少基体因摩擦磨损作用而受到的损伤。在固体润滑过程中，固体润滑材料和周围介质要与摩擦表面发生物理、化学反应生成固体润滑膜，降低磨擦磨损，常见的固体润滑剂有二硫化钼、二硫化钨、石墨、聚四氟乙烯等。但对于干摩擦轴承、轴瓦、滑块、衬套、活塞、齿轮、密封圈和轴承保持架等工件长期在高摩擦、高温和强腐蚀的工况下服役，常规的润滑剂已无法长期起到润滑效果，工件的寿命会大大降低，因此就需要对工件本身的材料进行优化。

颗粒增强金属基复合材料(PRMMC)是主要的优化方向，其由两大部分组成，即增强相材料和基体材料，其中硬质颗粒充当增强相材料，而基体材料由金属或者合金材料充当。有学者研究指出，添加5vol.％TiC的不锈钢复合材料的屈服强度和抗拉强度与不锈钢基体材料相比分别由322MPa和714MPa增加至416MPa和854MPa，力学性能增强明显，且摩擦性能也相应的得到提升，但其延伸率则由基体材料的56.5％降至了36.7％，韧性大幅度下降；这就出现了一种矛盾的状态，基于这样的问题，研发了一种跨尺度自润滑颗粒增强钢基复合材料及其制备方法，不仅使得抗拉强度以及耐磨性能得到极大提升，同时韧性也得到了提升。

发明内容

本发明提供了一种力学性能和耐磨性能均得到优化的跨尺度自润滑颗粒增强钢基复合材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种跨尺度自润滑颗粒增强钢基复合材料，原料按重量分数计，包括2-8wt％的WS₂或MoS₂粉末和5-10wt％的TiN粉末，余量为钢基体粉末；WS₂或MoS₂粉末的粒径为50-100nm；TiN粉末的粒径为50-100μm；钢基体粉末的粒径为50-100μm。

本技术方案的技术原理和效果在于：

相比较现有技术中只采用单一尺度颗粒进行增强的钢基复合材料，多尺度(纳米与微米)颗粒增强钢基复合材料性能更加优良，采用微米及纳米双尺度颗粒增强时，微米的TiN粉末颗粒在基体中起到骨架支撑的作用，纳米的WS₂或MoS₂粉末颗粒可有效强化基体，从而提高复合材料的抗拉强度以及韧性。

在承受载荷时，两种尺度的颗粒协同作用限制了基体的变形，在保留基体塑性的同时，提高了复合材料的强度，另外由于WS₂或MoS₂粉末自身的自润滑特性，可提高复合材料的耐磨性，实现了跨尺度的自润滑。

进一步，所述钢基体粉末为45钢、高锰钢或不锈钢中的一种。

本申请公开了一种跨尺度自润滑颗粒增强钢基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将TiN粉末和钢基粉末进行球磨混合，得微米颗粒复合粉体；