[发明专利]一种高强高韧抗氧化金属基自润滑复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种高强高韧抗氧化金属基自润滑复合材料，其特征在于：按重量百分含量计，该复合材料组成如下：

微米钴合金70～85%；

银颗粒 8～15%；

纳米钴或钴合金颗粒 6～20%；

所述微米钴合金为钴基高温合金或者高熵合金，钴的质量分数不低于20%，铬的质量分数不低于13%，原始粉末颗粒度10~100 μm；所述银颗粒小于100μm；所述纳米钴或钴合金颗粒小于100nm，且经600~900℃预氧化处理5~30 min；

该复合材料以钴合金为基体，银为低温自润滑剂，添加的纳米钴或钴合金颗粒，由于该纳米颗粒经过预氧化处理，烧结时与钴合金基体形成金属/氧化物/金属三明治结构的界面化学结合，提高合金强度，其制备方法包括以下步骤：

（1）纳米颗粒预氧化：纳米钴或钴合金颗粒在600~900℃温度范围内预氧化处理5~30min，粉末颗粒表面钝化并形成氧化物薄膜；

（2）粉末机械合金化：按照复合材料组成配比将钴合金、银、纳米钴或者钴合金颗粒通过行星式球磨混合，以质量分数为2~3%的正庚烷为球磨助剂，转速300～400转/分，球磨时间20～50小时后烘干，得到混合均匀的合金化粉末；

（3）放电等离子烧结：将步骤（2）所得复合粉末经放电等离子烧结后，工艺参数如下：真空度﹤1×10^-2atm；烧结温度：1050～1250℃；升温速度：50～100℃/min；烧结压力：25～50MPa；保温时间5～20min；随炉冷却获得复合材料；

复合材料的性能指标如下：致密度≥99%，屈服强度≥700MPa，压缩强度≥1300MPa，断裂韧性≥22 MPa；在200～800℃温度区间摩擦，平均摩擦系数为0.20～0.39，磨损量小于4.0×10^-5mm³/(Nm)；在200～800℃温度区间，该复合材料的抗氧化等级为完全抗氧化级，氧化100 h后，其氧化增重≤0.4mg/cm²。

2.如权利要求1所述的高强高韧抗氧化金属基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，以钴合金为基体，银为低温自润滑剂，添加的纳米钴或钴合金颗粒，由于该纳米颗粒经过预氧化处理，烧结时与钴合金基体形成金属/氧化物/金属三明治结构的界面化学结合，提高合金强度，具体包括以下步骤：

（1）纳米颗粒预氧化：纳米钴或钴合金颗粒在600~900℃温度范围内预氧化处理5~30min，粉末颗粒表面钝化并形成氧化物薄膜；

（2）粉末机械合金化：按照复合材料组成配比将钴合金、银、纳米钴或者钴合金颗粒通过行星式球磨混合，以质量分数为2~3%的正庚烷为球磨助剂，转速300～400转/分，球磨时间20～50小时后烘干，得到混合均匀的合金化粉末；

（3）放电等离子烧结：将步骤（2）所得复合粉末经放电等离子烧结后，随炉冷却获得复合材料。

3.如权利要求2所述的高强高韧抗氧化金属基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于：所述放电等离子烧结的工艺参数如下：

真空度﹤1×10^-2atm；

烧结温度：1050～1250℃；

升温速度：50～100℃/min；

烧结压力：25～50MPa；

保温时间5～20min。

4.按照权利要求2所述的高强高韧抗氧化金属基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料的性能指标如下：

致密度≥99%，屈服强度≥700MPa，压缩强度≥1300MPa，断裂韧性≥22 MPa ；在200～800℃温度区间摩擦，平均摩擦系数为0.20～0.39，磨损量小于4.0×10^-5mm³/(Nm)；在200～800℃温度区间，该复合材料的抗氧化等级为完全抗氧化级，氧化100 h后，其氧化增重≤0.4mg/cm²。