一種NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用的製作方法
2023-05-22 12:44:36
一種NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金在鹼腐蝕工況下的自潤滑耐磨損應用技術。在質量分數為5～10％的鹼性溶液中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金作為自潤滑耐磨損材料，對磨件材料為SiC、Si3N4及Al2O3等陶瓷材料和硬質合金；載荷10～45N，滑動速度0.05～0.1m/s，應用條件室溫常壓。在此工況下，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金自潤滑耐磨損性能優異，其摩擦係數和磨損率明顯低於316L不鏽鋼，其自潤滑性能較316L不鏽鋼提高了29～35％，耐磨損性能提高了17～26倍。
【專利說明】—種NiA卜2.5Ta-7.5Cr-1 B-5Co-2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及鎳鋁基合金在鹼腐蝕工況下的自潤滑耐磨損應用技術，具體為在質量百分比為5~10%的鹼性溶液中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr_lB-5Co_2.5Re合金作為機構滑動部件用自潤滑耐磨損材料的應用。
【背景技術】
[0002]長程有序金屬間化合物NiAl是理想的高溫結構材料，具有高熔點(1640°C )、高導熱率(70~80W/m*K)、低密度(5.86g/cm3)以及優異的抗腐蝕性能等優點。然而，室溫拉伸塑性差、室溫斷裂抗力低和高溫強度不足以及高溫蠕變抗力低等問題一直制約著NiAl用於結構部件材料的實用化進程。多年來，人們從合金化，製備內生和外生複合材料的角度出發，採用固溶強化、第二相強化、氧化物彌散強化(ODS)等方法，提高了 NiAl合金的抗高溫蠕變性能和室溫斷裂韌性。但是要使NiAl基合金同時達到具有足夠的室溫斷裂韌性，可以與高溫合金相比擬的蠕變強度，以及2%的室溫拉伸塑性，還難以滿足要求。目前NiAl除了作為Ni基和Co基高溫合金的塗層材料廣泛應用之外，還沒有作為高溫結構材料和功能材料而得到廣泛應用。
[0003]考慮到摩 擦磨損工況下自然的壓應力狀態，中國科學院金屬研究所與湖南科技大學研究了原位內生NiAl-A1203-TiC複合材料、NiAl-Cr (Mo) -Ho-Hf共晶合金和NiAl-Cr (Mo) -CrxSy複合材料的摩擦磨損性能。結果發現，室溫摩擦磨損工況下，合金的拉伸塑性與硬度、強度、壓縮塑性和加工硬化能力相比成為次要的性能指標，其幹摩擦磨損受控於塑性變形，具有較好的耐磨損性能；在大氣和幹摩擦的條件下，合金在700°C~900°C的高溫摩擦磨損中可以產生良好的自潤滑和耐磨損效果,摩擦係數和磨損率低於Ni基自潤滑合金(合金含有W、Mo、Co)，自潤滑特性具有持久性。另外，NiAl-Cr(Mo)-CrxSy複合材料在200°C~400°C摩擦表面形成CrxSy潤滑膜，產生了自潤滑特性，為研製更寬溫度範圍的NiAl基自潤滑材料提供了研究思路。
[0004]鑑於NiAl具有長程有序的晶體結構，耐腐蝕性能優異，又考慮到NiAl基合金具有良好的摩擦磨損特性。故針對NiAl基合金作為自潤滑耐磨損材料而應用，必然需要探索NiAl基合金在腐蝕工況下的摩擦磨損特性。目前，還沒有這方面的研究報導。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於開闢NiAl基合金實際應用的新途徑，提供一種NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用。
[0006]本發明實現上述目的的技術方案為:
[0007]一種NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用，其特徵在於:在質量百分比為5~10 %的NaOH或KOH溶液中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co-2.5Re合金作為機構滑動部件用自潤滑耐磨損材料，對磨件材料為SiC、Si3N4或Al2O3等陶瓷材料或硬質合金。
[0008]上述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用，在摩擦磨損過程中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金的摩擦係數為0.20~
0.31，低於 316L 不鏽鋼(摩擦係數為 0.28 ~0.48) ;NiAl_2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co-2.5Re 合金的自潤滑性能較316L不鏽鋼提高了 29~35%。
[0009]上述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用，在摩擦磨損過程中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr_lB-5Co_2.5Re合金的磨損率為
2.9 ~7.0X l(T15m3/(m.N)，低於 316L 不鏽鋼(磨損率為 52.4 ~189X l(T15m3/(m.N))，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金的耐磨損性能較316L不鏽鋼提高了 17~26倍。
[0010]上述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用，載荷為10~45N，滑動速度為0.05~0.lm/s，應用條件為室溫常壓。
[0011]上述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用，所述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金採用電解N1、金屬Al、Cr、Ta、N1-B、Co、#&Re(>99.9wt.% )作為原材料，按照 NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co-2.5Re (at.%)的配比，在真空電弧爐中熔煉並澆注成圓錠。
[0012]本發明的有益效果在於:
[0013](I)本發明 的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金，在鹼性腐蝕溶液工況下的摩擦磨損過程中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr_lB-5Co_2.5Re合金的摩擦係數和磨損率均明顯低於316L不鏽鋼，NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co-2.5Re合金的自潤滑性能較316L不鏽鋼提高了29~35%，耐磨損性能提高了 17~26倍。
[0014](2)本發明的 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re 合金，可以分別與 SiC、Si3N4 和Al2O3等陶瓷材料和硬質合金配副，應用範圍廣。
[0015](3)本發明NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co-2.5Re合金，可以在質量百分比為5~10%的鹼性溶液(如NaOH或KOH溶液)中作為耐腐蝕磨損材料，應用範圍廣。
[0016](4)本發明將NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金作為耐腐蝕自潤滑耐磨材料，是添加了 Ta、B、Co、Re和Cr作為強化元素的NiAl基合金，合金的壓縮強度、塑性與硬度優異，在載荷為壓應力的磨損工況下，在質量百分比為5~10%的鹼性溶液(如NaOH或KOH溶液)中展現出優異的自潤滑耐磨損性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例1中NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金摩擦表面形貌。
[0018]圖2為實施例2中NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金摩擦表面形貌。
[0019]圖3為實施例3中NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金摩擦表面形貌。
[0020]圖4為實施例4中NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金摩擦表面形貌。
[0021]圖5為實施例5中NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金摩擦表面形貌。
[0022]圖6為實施例6中NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金摩擦表面形貌。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明，但本發明並不限於此。[0024]實施例1
[0025]本實施例磨損溫度為室溫，對磨件為SiC陶瓷，載荷為10N，滑動速率為0.05m/s,磨損時間為0.5h，滑行距離為90m。將NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金塊體樣品固定在下試樣夾具上，SiC陶瓷材料固定在上試樣夾具上，置於質量百分比為5%的NaOH溶液中，加載，上試樣軸帶動SiC球試樣轉動開始摩擦磨損。NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金的摩擦係數為0.31，磨損率為6.9X 10_15m3/(m.N)。
[0026]由圖1實施例1中NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金摩擦表面形貌可以看出，摩擦表面在摩擦磨損過程中生成了物質膜，自生物質膜沒有發生剝落的特徵。
[0027]實施例2 [0028]本實施例磨損溫度為室溫，對磨件為Si3N4陶瓷，載荷為10N，滑動速率為
0.075m/s,磨損時間為 0.5h,滑行距離為 135m。將 NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co-2.5Re合金塊體樣品固定在下試樣夾具上，Si3N4陶瓷材料固定在上試樣夾具上，置於質量百分比為6%的KOH溶液中，加載，上試樣軸帶動Si3N4球試樣轉動開始摩擦磨損。NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co-2.5Re 合金的摩擦係數為 0.22，磨損率為 6.5 X l(T15m3/(m.N)。
[0029]由圖2實施例2中NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金摩擦表面形貌可以看出，摩擦表面在摩擦磨損過程中生成了物質膜，自生物質膜沒有發生剝落的特徵。
[0030]實施例3
[0031]本實施例磨損溫度為室溫，對磨件為Al2O3陶瓷，載荷為10N，滑動速率為0.lm/s,磨損時間為0.5h，滑行距離為180m。將NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金塊體樣品固定在下試樣夾具上，Si3N4陶瓷球固定在上試樣夾具上，置於質量百分比為5%的NaOH溶液中，加載，上試樣軸帶動Al2O3陶瓷球轉動開始摩擦磨損。NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金的摩擦係數為0.20，磨損率為7.0X10_15m3/(m.N)。
[0032]由圖3實施例3中NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金摩擦表面形貌可以看出，摩擦表面在摩擦磨損過程中生成了物質膜，自生物質膜沒有發生剝落的特徵，並出現輕微的磨粒磨損特徵。
[0033]實施例4
[0034]本實施例磨損溫度為室溫，對磨件為Al2O3陶瓷，載荷為45N，滑動速率為0.05m/s,磨損時間為0.5h，滑行距離為90m。將NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金塊體樣品固定在下試樣夾具上，Al2O3陶瓷球固定在上試樣夾具上，置於質量百分比為10%的KOH溶液中，加載，上試樣軸帶動Al2O3陶瓷球轉動開始摩擦磨損。NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金的摩擦係數為0.29，磨損率為2.9X10_15m3/(m.N)。
[0035]由圖4實施例4中NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金摩擦表面形貌可以看出，摩擦表面在摩擦磨損過程中生成了物質膜，自生物質膜沒有發生剝落的特徵。
[0036]實施例5
[0037]本實施例磨損溫度為室溫，對磨件為YG8硬質合金，載荷為45N，滑動速率為
0.075m/s,磨損時間為 0.5h,滑行距離為 135m。將 NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co-2.5Re合金塊體樣品固定在下試樣夾具上，硬質合金固定在上試樣夾具上，置於質量百分比為8 %的KOH溶液中，加載，上試樣軸帶動硬質合金球試樣轉動開始摩擦磨損。NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co-2.5Re 合金的摩擦係數為 0.25，磨損率為 5.2 X l(T15m3/ (m.N)。[0038]由圖5實施例5中NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金摩擦表面形貌可以看出，摩擦表面在摩擦磨損過程中生成了物質膜，自生物質膜沒有發生剝落的特徵，並出現輕微的磨粒磨損特徵和塊狀磨屑特徵。
[0039]實施例6
[0040]本實施例磨損溫度為室溫，對磨件為Si3N4陶瓷，載荷為45N，滑動速率為0.lm/s,磨損時間為0.5h，滑行距離為180m。將NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金塊體樣品固定在下試樣夾具上，Si3N4陶瓷球固定在上試樣夾具上，置於質量百分比為5%的KOH溶液中，加載，上試樣軸帶動Si3N4陶瓷球轉動開始摩擦磨損。NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金的摩擦係數為0.22，磨損率為4.9X10_15m3/(m.N)。
[0041]由圖6實施例6中NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金摩擦表面形貌可以看出，摩擦表面在摩擦磨損過程中生成了物質膜，自生物質膜沒有發生剝落的特徵。
[0042]不同條件下NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金及316L不鏽鋼的摩擦係數如表1所示，由表1可以看出，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金的摩擦係數為0.20~0.31，316L不鏽鋼的摩擦係數為0.28~0.48。不同條件下NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金及316L不鏽鋼的磨損率如表2所示，由表2可知，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co-2.5Re 合金的磨損率為 2.9 ~7.0X l(T15m3/(m.N)，316L 不鏽鋼的磨損率為 52.4 ~189X l(T15m3/(m.N)。
[0043]表1不同條件下NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金及316L不鏽鋼的摩擦系
數
[0044]
【權利要求】
1.一種NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co-2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用，其特徵在於:在質量百分比為5~10 %的鹼性溶液中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co-2.5Re合金作為機構滑動部件用自潤滑耐磨損材料，對磨件材料為陶瓷材料或硬質合金。
2.根據權利要求1所述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr_lB-5Co_2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用，其特徵在於:所述的陶瓷材料為SiC、Si3N4或Al2O315
3.根據權利要求1或2所述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用，其特徵在於:所述的鹼性溶液為NaOH或KOH溶液。
4.根據權利要求1或2所述的NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用，其特徵在於:在摩擦磨損過程中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co-2.5Re 合金的摩擦係數為 0.20 ~0.31。
5.根據權利要求1或2所述的NiAl-2.5Ta_7.5Cr-lB-5Co-2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用，其特徵在於:在摩擦磨損過程中，NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co-2.5Re 合金的磨損率為 2.9 ~7.0 X l(T15m3/(m.N)。
6.根據權利要求1或2所述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-lB-5Co_2.5Re合金作為鹼腐蝕工況下自潤滑耐磨材料的應用，其特徵在於:載荷為10~45N，滑動速度為0.05~0.lm/s，應用條件為室 溫常壓。
【文檔編號】C22C19/05GK104032190SQ201410275498
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】王振生, 楊雙雙, 彭真, 張孟恩, 郭建亭, 周蘭章, 宋力 申請人:湖南科技大學