[发明专利]高温用高强度自润滑复合材料及其制造方法

说明书

本发明涉及一种能用于大气中和真空中的、强度高和抗高温氧化性能优异的自润滑复合材料，以及其制方法。

对于含有弥散在金属内的固体润滑剂的自润滑复合材料来说，自50年代以来主要在美国进行了大量的研究。这些材料中，日本也研究了用铜合金作为基质的复合材料并已投入实际使用，典型的是Cu-Sn型复合材料。例如日本公开特许公报No.62-196351描述了一项涉及一种自润滑复合材料的技术，该材料含有10至80％的由润滑材料主成分和金属粘结相所组成的主体相，其中主体相含有许多不大于30微米的晶粒，该材料的粒径为30到1000μm。这项原有技术避免同时添加润滑材料的原料粉末和金属粘结相的粉末，提前在润滑材料中添加粘结辅助剂并形成主体相。

日本公开特许公报NO.4-99834揭示了一项通过向Cu-Sn合金添加石墨、二硫化钼、WS₂等而提高咬合性、耐磨性等性能的技术。这项原有技术的目的是通过添加Pb而提高耐润滑油腐蚀的性能。

然而根据原有技术的材料在高温下都分解或氧化，且它们连续实际使用的上限是300℃，它们的问题还在于机械强度和屈服强度低。

最近，对于高强度机械滑动部件的需求一直在增加，要求它们在300℃以上的高温区内的氧化气氛中保持优异的润滑性能，而在此条件下不能使用润滑油，并且对于高真空气氛用的高强度滑动部件的需求也一直增加。换言之，以润滑性能和安全的角度来看，通过研究基质金属所用的耐热合金系统的金属成分，希望复合材料的技术进步能尽可能经济地制备那些无论使用气氛和加载条件如何都象固体润滑剂一样有润滑特性的自润滑复合材料，并希望开发一种其制备方法。

如上所述，以传统Cu型合金为基质的自润滑复合材料在高温气氛下不能用作本来需要无润滑的滑动部件材料，该自润滑复合材料具有机械性能低的特性，也是由于这个原因限制了它用作结构材料。

作为研究固体润滑剂种类和数量、基质金属和制备方法的优化以便得到能耐高温使用并且高温润滑特性高的自润滑复合材料的结果，本发明旨在提供一种能在真空中高达700℃和大气中高达500℃以下使用、机械和摩擦特性优异的自润滑复合材料，以及其制备方法。为达到上述目的，本发明的要点在于下述几点：

(1)一种高温用高强度自润滑复合材料，其特征在于该复合材料是含有20到70vol％的由石墨和WS₂颗粒组成的混和颗粒作为固体润滑剂成分、且气孔率不大于25％的Cu-Ni-Sn型复合烧结体，而且该复合材料具这样的结构即基质是两相合金，包括一种Cu-Ni合金颗粒和均匀分散于合金颗粒的晶界并牢固粘结合金颗粒的一种Sn单相或一种Sn-Ni金属间化合物，并且基质合金包裹固体润滑剂颗粒。

(2)根据第一项的高温用高强度自润滑复合材料，其中基质含有5～40wt％的Ni、4～15wt％的Sn以及余量的Cu和不可避免的杂质作为合金的组成。

(3)根据第一项的高温用高强度自润滑复合材料，其中每一种基质合金的Cu-Ni颗粒和Sn单相或Sn-Ni金属间化合物的颗粒的粒径为5到100μm。

(4)根据第一项的高温用高强度自润滑复合材料，其中作为固体润滑剂成分的石墨和WS₂的体积比为15∶1到1∶1，润滑剂颗粒具有球形或片状形状，粒径为10到500μm。

(5)根据第一项的高温用高强度自润滑复合材料，其中该复合材料具有优异的自润滑性能，能用作真空中和大气中不需加油的滑动部件，能在空气中500℃和真空中700℃下作为滑动部件的耐热材料使用。

(6)一种高温用高强度自润滑复合材料的制备方法，该材料是以石墨颗粒和WS2颗粒为固体润滑剂成分的Cu-Ni-Sn型复合烧结体，该方法包括下列步骤：对石墨颗粒和WS₂颗粒的混合粉末进行造粒，把Cu-Ni合金粉末、Sn粉末与所得的固体润滑剂造粒物混合以制备混合物，对混合物进行压制成形，然后在非氧化性气氛或真空中烧结压制成形体。

(7)一种根据第6项的高温用高强度自润滑复合材料的制备方法，其中造粒是通过向石墨颗粒和WS₂颗粒的混合物添加粘结剂而进行的。

(8)一种根据第6项的高温用高强度自润滑复合材料的制备方法，其中压制成形是通过在100到500MPa的成形压力下用金属模压机或等静压机进行的。

图1是根据本发明的自润滑复合材料的制备工艺的流程图。

图2是表明根据本发明的自润滑复合材料的精细结构的示意图。