高溫自潤滑鎳基合金的製作方法

2023-07-17 02:11:51 2

專利名稱：高溫自潤滑鎳基合金的製作方法
技術領域：
本發明敘述了一種高溫下使用的自潤滑材料，屬鎳基合金。
潤滑是機械等許多產業廣泛遇到的問題之一。不同的工況條件，對潤滑材料有著不同的要求，有時這種要求還是非常苛刻的。針對不同的工況條件，人們普遍地希望選擇和製備適宜的潤滑材料。
隨著科學技術、工業技術的發展，出現了越來越多的500-1000℃的高溫潤滑問題，如金屬熱加工中的鋁擠壓用模具，熱軋系統中的軋輥軸頸，熱核動力機械的滑閥，原子能技術中的滑動部件等。這些高溫潤滑問題，不僅要求材料具有良好的摩擦學特性，而且還要求材料具有適宜的機械性能。
眾所周知，在摩擦學領域，應用最廣泛的固體潤滑劑是二硫化鉬和石墨，但是，由於它們的熱分解溫度偏低，在高溫下，它們的減摩、耐磨性能變差以至失效。因此，如何製備出在高溫大氣下具有良好機械性能、低摩擦、耐磨損的終生自潤滑材料一直是人們想作，但還沒有作到的事。
這裡應該提出的是，日本的中島耕一等人按合金的製備方法，在組元中引入活性元素硫，製成了一種合金材料[日本金屬學會志(日)38(1974)，3205～219;潤滑(日)27(1982)，10766～771]，該合金在常溫、高速條件下具有良好的潤滑性能。這種合金分為Fe-M(Mo，W，V，Ta)-S和Ni(Fe)-M(Nb，Mo)-S兩個體系。該合金採用高頻爐塔曼坩堝熔煉工藝製備，S以FeS或結晶硫磺的形式加入。其中Fe-M-S體系的最佳配方(重量比，下同)為Fe-22.1%Mo-2.61%S，在高速(7.9m/s)、低負荷(29.4N/cm2)下具有較佳的摩擦磨損性能(摩擦係數為0.1，磨損率為10-8mm3/Nmm);Ni-M-S體系的配方為Ni-5～30%Fe-5～10%Nb-1～3%S，最佳組成為Ni-5Nb-3S-(3～15)Fe，在速度7.9m/s負荷32.3N/cm2下，摩擦係數為0.12，磨損率為10-8mm3/Nmm。但是，該自潤滑合金一般限於較高的速度和比較低的負荷下使用。
本發明的目的是，製備一種可在高溫大氣條件下使用的自潤滑材料，該材料不僅具有優異的摩擦學特性，而且還具有良好的機械性能。
本發明的內容在配方上，本發明選用鎳作為自潤滑合金材料的基體，並加入適量的鈮、鉬、鐵等為合金化元素，以適當的方式在合金中加入活性元素硫，依靠合金基體保證了自潤滑材料的機械性能，依靠活性元素硫在摩擦過程中的催化作用，反應生成固體潤滑劑。實現高溫自潤滑之目的，以滿足在高溫條件下對潤滑材料提出的摩擦學特性和機械性能的雙重要求。為改善自潤滑合金的鑄造性能和韌性，加入適量的稀土化合物是有益的。
在工藝上，本發明採用中頻高溫快速熔煉方法，經精密鑄造成型製得，中頻熔煉時的磁力攪拌對自潤滑合金材料的均勻性和各向同性可起保證作用。
本發明的具體製備過程是將金屬鎳、鈮、鉬、鐵等以及硫化亞鐵和稀土化合物，按一定配比裝入坩堝中，放入中頻感應爐內熔煉，當溫度升至1200～1300℃時，保溫2～10分鐘，再繼續升溫至1500～1600℃保溫1～5分鐘，迅速出爐澆入予熱(500～800℃)待用的精鑄殼型中，冷卻後，破碎殼型，即成坯料。
本發明的鎳、鈮、鉬、鐵等可選用相應的金屬或金屬粉，硫化亞鐵也可選用硫鐵礦，稀土化合物一般選擇氧化鈰(鑭)、氟化鈰(鑭)等，也可選用混合稀土化合物。
本發明的自潤滑鎳基合金各組分的重量百分含量範圍為Nb(Mo)5～30、Fe2～30、S1～8、稀土化合物(以金屬鈰計)0.1～1，餘量為Ni。Mo的加入對降低自潤滑鎳基合金的摩擦係數是有利的，因此，也可用Mo全部或部分地取代Nb，這樣可滿足對自潤滑合金材料摩擦係數所提出的要求。本發明的自潤滑鎳基合金各組分的最佳百分含量的範圍是Nb18～22或者Mo15～20，Fe8～12，S4～6，稀土化合物(以金屬鈰計)0.3～0.4。
按如上所述的配方和製備工藝，製得的高溫自潤滑鎳基合金材料的主要性能及技術指標列於表1。
從表1可以看出，按本發明的配方和工藝製得的高溫自潤滑鎳基合金，在室溫到500℃溫度範圍內，反映機械性能的抗壓強度變化不大，而反映摩擦學特性的摩擦係數與磨損率兩項指標在室溫至715℃溫度範圍內則變化較大，顯然本發明所述的自潤滑鎳基合金特別適宜在表1高溫自潤滑鎳基合金的性能及技術指標測試溫度磨損率抗壓℃ 摩擦係數 (mm3/N mm)×103(帕)×10-8室溫0.65～0.752.36～6.247.89～10.441000.65～0.752.36～6.247.89～10.442000.35～0.453.5～5.57.40～10.033000.25～0.302.7～3.57.36～10.004000.19～0.253.6～4.56.93～9.885000.14～0.187.84～24.86.72～9.356000.14～0.1834.1～44.37000.14～0.1634.1～55.07150.14～0.1655.0～70.0測試儀器及測試條件摩擦係數與磨損率是在栓盤式(栓直徑為5，盤直徑為45)高溫試驗機上測得的。測試條件速度為1.5米/秒;負荷為1.497牛/毫米2，時間為60分鐘。摩擦係數是通過傳感器由記錄儀直接記錄的，而磨損率是根據試驗前後的重量差換算為國際上統一的單位行程，單位負荷下的磨損體積。
抗壓強度在青山材料試驗機廠生產的WJ-10A型萬能材料試驗機上測試。某一溫度下的抗壓強度為該溫度下保溫9～10分鐘時的測量值。
表2、實施例及配方組成(重量百分含量)NiNbMoFeS稀土化合物(以鈰計)167201030.25265201050.3038015231.00458152430.30550301280.80650173030.25772151030.30877101031.00955202050.501062151850.30116510101050.5012655151050.30
300～700℃的範圍內使用。在室溫，用義大利製造的A-200型洛氏硬度計測得本自潤滑鎳基合金的硬度為2.42～3.19×108帕。由於本發明的自潤滑鎳基合金還具有自身修復能力，從而保證了高溫下的長期使用。
與已有技術相比，本發明具有突出的實質性特點和顯著的技術進步。
在大氣、高溫條件下，尚沒有在綜合性能上可與本發明相比的自潤滑合金材料，本發明將廣泛應用於300～700℃的高溫潤滑。本發明還具有製備工藝簡便可行，成本合理，使用壽命長的優點。
實現本發明的方式和最佳實施例按本發明的內容中所述的製備工藝，本發明的實施例和最佳實施例列於表2。
可用Mo取代表2中全部和部分的Nb，對降低高溫自潤滑合金的摩擦係數是有利的。稀土化合物以外加法加入。
本發明的最佳實施為例2。
權利要求
1.一種可在高溫下使用的自潤滑鎳基合金，其特徵在於加入FeS使合金具有高溫自潤滑性能，這種自潤滑合金各組份的重量百分範圍為Nb5～30，Fe2～30，S1～8，稀土化合物(以金屬鈰計)0.1～1，Ni餘量，也可用Mo取代全部或部分Nb。
2.如權利要求1所述的自潤滑鎳基合金，其特徵在於所說合金的最佳組份範圍為Nb18～22，Fe8～12，S4～6，稀土化合物(以金屬鈰計)0.3～0.4，Ni餘量，當用Mo取代Nb時，Mo的最佳重量百分範圍為15～20。
3.如權利要求1、2所述的自潤滑鎳基合金，其特徵在於所說的稀土化合物在合金冶煉過程中可以以混合稀土化合物的形式加入，但最好加入氧化鈰。
4.一種可在高溫大氣下使用的自潤滑鎳基合金，採用中頻高溫冶煉，鑄造成型工藝製備，其操作步驟包括(1)予熱精鑄殼型至500～800℃(2)按比例在坩堝中加入自潤滑合金的各組份(3)升溫至1500～1600℃其特徵在於升溫至1200～1300℃時保溫2～10分鐘，升溫至1500～1600℃時保溫1～5分鐘。
全文摘要
高溫自潤滑鎳基合金。採用中頻高溫快速熔煉，精鑄成型工藝。選用鎳鈮合金作為自潤滑材料的基體，並加入適量的鉬、鐵等為合金化元素，以適當的方式在合金中加入活性元素硫，實現高溫自潤滑之目的，加入適量的稀土化合物對改善自潤滑合金材料的鑄造性能和韌性是有益的。本自潤滑合金的突出優點是，在高溫(300-700℃)下具有優異的摩擦學特性和良好的機械性能。
文檔編號C22C19/03GK1034584SQ8810044
公開日1989年8月9日 申請日期1988年1月27日 優先權日1988年1月27日
發明者吳波, 歐陽錦林, 黨鴻辛 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所