Ni-W-Cr系列高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其軸承的制備與摩擦學(xué)特性.pdf

1、高溫、真空、重載、腐蝕、放射性等惡劣環(huán)境下，無(wú)法采用油/脂潤(rùn)滑，固體潤(rùn)滑可解決其摩擦磨損問(wèn)題。固體潤(rùn)滑大致有三類:1.高分子材料+固體潤(rùn)滑劑的復(fù)合材料，其摩擦磨損低，價(jià)格低廉，但不耐高溫重載;2.薄膜固體潤(rùn)滑材料，可承受重載，摩擦磨損低，膜厚可控，用于精密機(jī)械零件。但膜厚有限，極惡劣環(huán)境中壽命短;3.以金屬或無(wú)機(jī)材料+固體潤(rùn)滑劑的自潤(rùn)滑復(fù)合材料，是整體材料，耐高溫重載，壽命長(zhǎng)，摩擦磨損低，但基體材料與潤(rùn)滑劑的選擇、制備工藝等對(duì)其性能影響

2、很大。冶金用自潤(rùn)滑軸承因高溫重載、急冷急熱、振動(dòng)、多粉塵等苛刻工況，對(duì)軸承材料要求很高，目前常用Fe基，Cu基，Al基等復(fù)合材料，但高溫強(qiáng)度不夠。而Ni、W、Co基復(fù)合材料成本太高，難在民用設(shè)備中推廣。
　　本研究針對(duì)該情況，采用鎳基高溫合金返回料作原料，用水霧化的方法制備合金粉，添加合適的固體潤(rùn)滑劑，可制備出滿足高溫環(huán)境的Ni-W-Cr基系列高溫固體自潤(rùn)滑軸承材料。
　　做了以下幾點(diǎn)研究并獲得相關(guān)結(jié)果:
　　1.本文

3、以飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫合金加工廢料，成功制備出Ni-W-Cr基水霧化合金粉。通過(guò)調(diào)整熔煉預(yù)熱溫度、漏包溫度、霧化水壓、氮?dú)鈿鈮杭斑€原工藝參數(shù)，研究其對(duì)合金粉的物理/化學(xué)性能的影響。水霧化時(shí)，熔煉溫度1200℃，霧化水壓15MPa時(shí)，可獲得更細(xì)粒度的Ni-W-Cr合金粉，100目細(xì)粉率可達(dá)92％;采用N2保護(hù)，粉的氧含量降低52％左右，易獲得不規(guī)則的椎體狀霧化顆粒，利于提高復(fù)合材料的綜合強(qiáng)度。適當(dāng)?shù)倪€原工藝參數(shù)（還原溫度、還原時(shí)間、料層厚度和

4、還原氣體流量）對(duì)合金顆粒團(tuán)聚、氧還原量、成品粉末性能有較大影響。
　　2.用粉末冶金技術(shù)制備含不同潤(rùn)滑系列的Ni-W-Cr基高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料。測(cè)試其力學(xué)性能，通過(guò)XRD和SEM分析材料的組織結(jié)構(gòu)，用UMT-2摩擦試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其高溫摩擦磨損性能。
　　(1)采用冷壓(CP)真空燒結(jié)、熱壓(HP)燒結(jié)制備添加不同石墨和二硫化鉬含量的Ni-W-Cr基系列復(fù)合材料。考察了燒結(jié)工藝、環(huán)境溫度和試驗(yàn)載荷等對(duì)自潤(rùn)滑復(fù)合材料性能的影響。用H

5、P制備的Ni-W-Cr基自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其密度可達(dá)7.42g/cm3、壓縮強(qiáng)度430MPa，性能提高明顯。隨著燒結(jié)溫度的提高，密度變大，燒結(jié)樣品溫度達(dá)1250℃時(shí)，出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象，1150～1200℃為合適的燒結(jié)溫度，在燒結(jié)過(guò)程中，有WC相出現(xiàn)，起彌散強(qiáng)化作用。Ni與Cu及Fe生成無(wú)限固溶體，呈網(wǎng)格狀，提高了復(fù)合材料的強(qiáng)度。MoS2部分分解，與基體的金屬骨架相互反應(yīng)，生成低剪應(yīng)力的CrxSx+1、WS2和FeS潤(rùn)滑相，改善了復(fù)合材料的高溫

6、摩擦學(xué)性能。隨著溫度的提高，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)都有所變化。300℃時(shí)，隨著載荷的增加，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)降低，600℃時(shí)，摩擦系數(shù)增大緩慢，表現(xiàn)出復(fù)合材料高溫下較好的承載能力。Ni-W-Cr基復(fù)合材料中加入4.5wt.％的MoS2和2.5wt.％鱗片狀石墨時(shí)，具有較好的潤(rùn)滑協(xié)同作用，在摩擦表面發(fā)生轉(zhuǎn)移潤(rùn)滑膜，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料在室溫到600℃的寬溫度摩擦學(xué)性能。復(fù)合材料在室溫下主要以疲勞磨損為主，高溫時(shí)則以粘著磨損和氧化磨損為主。
　　

7、(2)以Ni-W-Cr為基體，適當(dāng)添加二硫化鎢和氧化鉛制備自潤(rùn)滑復(fù)合材料，真空燒結(jié)，獲得很低的摩擦系數(shù)和磨損率，復(fù)合材料生成新的潤(rùn)滑物相如PbWO4、CrxSx+1。添加5wt.％WS2和4wt.％PbO時(shí)，其在高溫下摩擦系數(shù)和磨損率達(dá)到最小值，且摩擦系數(shù)隨時(shí)間變化波動(dòng)較小，反映了該材料在高溫段具有優(yōu)異的摩擦性能。承受90MPa的載荷時(shí)，平均摩擦系數(shù)低至f=0.16，且比較穩(wěn)定。
　　(3)將Ni-W-Cr合金粉、銅粉與h-BN、

8、石墨按一定比例混合壓制，氬氣氣氛保護(hù)，制備出固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):隨著h-BN的增加，復(fù)合材料的密度、壓潰強(qiáng)度呈下降趨勢(shì);隨著溫度的升高，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)減小，具有寬溫度潤(rùn)滑性能，但復(fù)合材料磨損率增大明顯，高溫下以疲勞磨損和粘著磨損為主。
　　3.針對(duì)冶金連鑄連軋?jiān)O(shè)備的高溫部件（結(jié)晶器足輥，拉矯機(jī)輥?zhàn)拥龋O(shè)計(jì)關(guān)節(jié)滑動(dòng)軸承，并調(diào)整軸承的轉(zhuǎn)角和運(yùn)轉(zhuǎn)間隙，制備Ni-W-Cr系列高溫自潤(rùn)滑復(fù)合材料滑動(dòng)軸承，安裝在沙鋼集團(tuán)連鑄機(jī)