[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

说明书

本发明涉及高温自润滑与复合材料领域，具体涉及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，该复合材料是以钴合金为基体，银为低温自润滑相，部分氧化的单质钴或者钴合金纳米颗粒共同组成，经放电等离子烧结制备而成。其中，按照重量百分比，钴合金为70％～85％，银为8％～15％，纳米颗粒为6～20％。本发明通过纳米钴或者钴合金颗粒的添加提高合金高温强度、高温摩擦磨损时诱导形成具有自润滑功能的致密釉质层、避免传统方法添加自润滑陶瓷如氟化物、氮化硼、二硫化钼等相降低复合材料韧性的缺点，使该复合材料兼具了高强、高韧、抗氧化与高温自润滑综合性能，可用于抗氧化、耐高温、高载荷冲击下运动和传动零部件的生产。

技术领域

本发明涉及高温自润滑与复合材料领域，具体涉及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。

背景技术

随着我国国防建设与国民经济的快速发展，在航空、航天、深海以及核电等高新技术产业中，日益苛刻的服役环境引起的多因素耦合，加速了关键部件材料的破坏，尤其是动力系统内的高温轴承与衬套等一类在高温环境下服役的传动部件，高温腐蚀与摩擦磨损的协同耦合作为材料的主要破坏方式，已经成为了影响整个系统可靠性与寿命的关键因素。针对此种情况，新型耐高温腐蚀自润滑复合材料的研发迫在眉睫。

为了满足固体自润滑复合材料的耐高温与自润滑要求，通常以耐热合金作为复合材料的基体，以氟化物(如：氟化钙与氟化钡的共晶物)、氮化硼、二硫化钼、硫酸钡等为高温自润滑相。如中国专利CN200710307295.7公开的一种铁基合金基自润滑复合材料，即添加了二硫化钼、二流化钨为自润滑相；CN201410081277.1公开了一种以铁基合金基自润滑复合材料，以氧化铝和碳化硅陶瓷增强，氟化钙与氟化钡为高温自润滑相；CN201610592419.X公开的一种镍基合金基高温自润滑复合材料，以二流化钨为高温自润滑相；CN201610592445.2公开的一种镍基合金基自润滑复合材料，以氟化钙与氟化钡的共晶物为高温自润滑相；CN201610443672.9公开的一种高熵合金基自润滑复合材料，以氟化物、二硫化钼和石墨作为自润滑相。美国专利US5034187公开的PM200系列高温自润滑复合材料以及NASA报道的PS304自润滑涂层同样含有大量陶瓷增强相，以及氟化物自润滑剂。这些复合材料均具有优异的宽温域自润滑性能，但是过量的陶瓷相使其断裂韧性大幅度下降，在高载荷冲击环境下的应用受限。

根据我国国防建设以及工业发展对高温运动部件的服役要求，亟需研制一种高强高韧抗氧化的新型金属基自润滑复合材料，以制备可在高温、高载荷冲击下的运动部件，如：轴、衬套以及轴承等。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出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，解决现有技术中自润滑复合材料无法完全兼具抗氧化、自润滑与高韧性问题，可用于抗氧化、耐高温、高载荷冲击下运动和传动零部件的生产。

具体技术方案如下：

一种高强高韧抗氧化金属基自润滑复合材料，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10～100μm；所述银颗粒小于100μm；所述纳米钴或钴合金颗粒小于100nm。

一种高强高韧抗氧化金属基自润滑复合材料的制备方法，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；