《一种NIAL25TA75CR1B5CO25RE合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种NIAL25TA75CR1B5CO25RE合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104032190 A (43)申请公布日 2014.09.10 CN 104032190 A (21)申请号 201410275498.2 (22)申请日 2014.06.19 C22C 19/05(2006.01) (71)申请人 湖南科技大学 地址 411201 湖南省湘潭市雨湖区石码头 2 号 (72)发明人 王振生 杨双双 彭真 张孟恩 郭建亭 周兰章 宋力 (74)专利代理机构 湘潭市汇智专利事务所 ( 普 通合伙 ) 43108 代理人 颜昌伟 (54) 发明名称 一种 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金 作为碱腐蚀工况下自。
2、润滑耐磨材料的应用 (57) 摘要 本发明公开了一种 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金 在 碱 腐 蚀 工 况 下 的 自 润 滑 耐 磨 损 应 用 技 术。在质量分数为 5 10的碱性溶液中， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金作为自润 滑耐磨损材料， 对磨件材料为 SiC、 Si3N4及 Al2O3 等陶瓷材料和硬质合金 ； 载荷 10 45N， 滑动速 度 0.05 0.1m/s， 应用条件室温常压。在此工况 下， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金自润 滑耐磨损性能优异， 其摩擦系数和磨损率明。
3、显低 于316L不锈钢， 其自润滑性能较316L不锈钢提高 了 29 35， 耐磨损性能提高了 17 26 倍。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104032190 A CN 104032190 A 1/1 页 2 1. 一 种 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合 金 作 为 碱 腐 蚀 工 况 下 自 润 滑 耐 磨 材 料 的 应 用， 其 特 征 在 于 ： 在 质 量 百 分 比 为 5 10 。
4、的 碱 性 溶 液 中， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金作为机构滑动部件用自润滑耐磨损材料， 对磨件材 料为陶瓷材料或硬质合金。 2.根据权利要求1所述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金作为碱腐蚀工况下自 润滑耐磨材料的应用， 其特征在于 ： 所述的陶瓷材料为 SiC、 Si3N4或 Al2O3。 3.根据权利要求1或2所述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金作为碱腐蚀工况 下自润滑耐磨材料的应用， 其特征在于 ： 所述的碱性溶液为 NaOH 或 KOH 溶液。 4. 根 据 权 利 要 求 1 或 2。
5、 所 述 的 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合 金 作 为 碱 腐 蚀 工 况 下 自 润 滑 耐 磨 材 料 的 应 用， 其 特 征 在 于 ： 在 摩 擦 磨 损 过 程 中， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的摩擦系数为 0.20 0.31。 5. 根 据 权 利 要 求 1 或 2 所 述 的 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合 金 作 为 碱 腐 蚀 工 况 下 自 润 滑 耐 磨 材 料 的 应 用， 其 特 征 在 于 ： 在 摩 擦 磨 损 过 程 中， NiAl-2.5Ta-7.5Cr。
6、-1B-5Co-2.5Re 合金的磨损率为 2.9 7.010-15m3/(mN)。 6.根据权利要求1或2所述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金作为碱腐蚀工况 下自润滑耐磨材料的应用， 其特征在于 ： 载荷为1045N， 滑动速度为0.050.1m/s， 应用 条件为室温常压。 权 利 要 求 书 CN 104032190 A 2 1/5 页 3 一种 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金作为碱腐蚀工 况下自润滑耐磨材料的应用 技术领域 0001 本发明涉及镍铝基合金在碱腐蚀工况下的自润滑耐磨损应用技术， 具体为在质量 百分比为 5 。
7、10的碱性溶液中， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金作为机构滑动部 件用自润滑耐磨损材料的应用。 背景技术 0002 长程有序金属间化合物 NiAl 是理想的高温结构材料， 具有高熔点 (1640 )、 高 导热率 (70 80W/mK)、 低密度 (5.86g/cm3) 以及优异的抗腐蚀性能等优点。然而， 室温 拉伸塑性差、 室温断裂抗力低和高温强度不足以及高温蠕变抗力低等问题一直制约着 NiAl 用于结构部件材料的实用化进程。 多年来， 人们从合金化， 制备内生和外生复合材料的角度 出发， 采用固溶强化、 第二相强化、 氧化物弥散强化 (ODS) 等方法， 。
8、提高了 NiAl 合金的抗高 温蠕变性能和室温断裂韧性。但是要使 NiAl 基合金同时达到具有足够的室温断裂韧性， 可 以与高温合金相比拟的蠕变强度， 以及2的室温拉伸塑性， 还难以满足要求。 目前NiAl除 了作为 Ni 基和 Co 基高温合金的涂层材料广泛应用之外， 还没有作为高温结构材料和功能 材料而得到广泛应用。 0003 考虑到摩擦磨损工况下自然的压应力状态， 中国科学院金属研究所与湖南科 技大学研究了原位内生 NiAl-Al2O3-TiC 复合材料、 NiAl-Cr(Mo)-Ho-Hf 共晶合金和 NiAl-Cr(Mo)-CrxSy 复合材料的摩擦磨损性能。结果发现， 室温摩擦磨损。
9、工况下， 合金的拉 伸塑性与硬度、 强度、 压缩塑性和加工硬化能力相比成为次要的性能指标， 其干摩擦磨损受 控于塑性变形， 具有较好的耐磨损性能 ； 在大气和干摩擦的条件下， 合金在 700 900 的高温摩擦磨损中可以产生良好的自润滑和耐磨损效果， 摩擦系数和磨损率低于 Ni 基自 润滑合金 ( 合金含有 W、 Mo、 Co)， 自润滑特性具有持久性。另外， NiAl-Cr(Mo)-CrxSy 复合 材料在 200 400摩擦表面形成 CrxSy 润滑膜， 产生了自润滑特性， 为研制更宽温度范 围的 NiAl 基自润滑材料提供了研究思路。 0004 鉴于NiAl具有长程有序的晶体结构， 耐腐。
10、蚀性能优异， 又考虑到NiAl基合金具有 良好的摩擦磨损特性。故针对 NiAl 基合金作为自润滑耐磨损材料而应用， 必然需要探索 NiAl 基合金在腐蚀工况下的摩擦磨损特性。目前， 还没有这方面的研究报道。 发明内容 0005 本 发 明 的 目 的 在 于 开 辟 NiAl 基 合 金 实 际 应 用 的 新 途 径， 提 供 一 种 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料的应用。 0006 本发明实现上述目的的技术方案为 ： 0007 一 种 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合 金 作 为 碱 腐 蚀 工 。
11、况 下 自 润 滑 耐磨材料的应用， 其特征在于 ： 在质量百分比为 5 10的 NaOH 或 KOH 溶液中， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金作为机构滑动部件用自润滑耐磨损材料， 对磨件材 说 明 书 CN 104032190 A 3 2/5 页 4 料为 SiC、 Si3N4或 Al2O3等陶瓷材料或硬质合金。 0008 上述的NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材料 的应用， 在摩擦磨损过程中， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的摩擦系数为 0.20 0.31， 低于 3。
12、16L 不锈钢 ( 摩擦系数为 0.28 0.48) ； NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合 金的自润滑性能较 316L 不锈钢提高了 29 35。 0009 上述的 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐 磨材料的应用， 在摩擦磨损过程中， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的磨损率为 2.9 7.010-15m3/(mN)， 低于 316L 不锈钢 ( 磨损率为 52.4 18910-15m3/(mN)， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的耐磨损性能较。
13、 316L 不锈钢提高了 17 26 倍。 0010 上述的 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材 料的应用， 载荷为 10 45N， 滑动速度为 0.05 0.1m/s， 应用条件为室温常压。 0011 上述的 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金作为碱腐蚀工况下自润滑耐磨材 料的应用， 所述的 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金采用电解 Ni、 金属 Al、 Cr、 Ta、 Ni-B、 Co、 以及Re(99.9wt.)作为原材料， 按照NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-。
14、5Co-2.5Re(at. ) 的配比， 在真空电弧炉中熔炼并浇注成圆锭。 0012 本发明的有益效果在于 ： 0013 (1) 本发明的 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金， 在碱性腐蚀溶液工况下的 摩擦磨损过程中， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的摩擦系数和磨损率均明显低于 316L 不锈钢， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的自润滑性能较 316L 不锈钢提高了 29 35， 耐磨损性能提高了 17 26 倍。 0014 (2) 本发明的 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5。
15、Re 合金， 可以分别与 SiC、 Si3N4和 Al2O3等陶瓷材料和硬质合金配副， 应用范围广。 0015 (3) 本发明 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金， 可以在质量百分比为 5 10的碱性溶液 ( 如 NaOH 或 KOH 溶液 ) 中作为耐腐蚀磨损材料， 应用范围广。 0016 (4) 本发明将 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金作为耐腐蚀自润滑耐磨材 料， 是添加了 Ta、 B、 Co、 Re 和 Cr 作为强化元素的 NiAl 基合金， 合金的压缩强度、 塑性与硬 度优异， 在载荷为压应力的磨损工况下， 在质量百分比。
16、为 5 10的碱性溶液 ( 如 NaOH 或 KOH 溶液 ) 中展现出优异的自润滑耐磨损性能。 附图说明 0017 图 1 为实施例 1 中 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金摩擦表面形貌。 0018 图 2 为实施例 2 中 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金摩擦表面形貌。 0019 图 3 为实施例 3 中 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金摩擦表面形貌。 0020 图 4 为实施例 4 中 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金摩擦表面形貌。 0021 图 5 为实施例 。
17、5 中 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金摩擦表面形貌。 0022 图 6 为实施例 6 中 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金摩擦表面形貌。 具体实施方式 0023 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明， 但本发明并不限于此。 说 明 书 CN 104032190 A 4 3/5 页 5 0024 实施例 1 0025 本实施例磨损温度为室温， 对磨件为 SiC 陶瓷， 载荷为 10N， 滑动速率为 0.05m/s， 磨损时间为 0.5h， 滑行距离为 90m。将 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合。
18、金块体样品固 定在下试样夹具上， SiC陶瓷材料固定在上试样夹具上， 置于质量百分比为5的NaOH溶液 中， 加载， 上试样轴带动 SiC 球试样转动开始摩擦磨损。NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的摩擦系数为 0.31， 磨损率为 6.910-15m3/(mN)。 0026 由图 1 实施例 1 中 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金摩擦表面形貌可以看 出， 摩擦表面在摩擦磨损过程中生成了物质膜， 自生物质膜没有发生剥落的特征。 0027 实施例 2 0028 本实施例磨损温度为室温， 对磨件为 Si3N4陶瓷， 载荷为 10N， 。
19、滑动速率为 0.075m/s， 磨 损 时 间 为 0.5h， 滑 行 距 离 为 135m。 将 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金块体样品固定在下试样夹具上， Si3N4陶瓷材料固定在上试样夹具上， 置于质量 百分比为 6的 KOH 溶液中， 加载， 上试样轴带动 Si3N4球试样转动开始摩擦磨损。 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的摩擦系数为 0.22， 磨损率为 6.510-15m3/(mN)。 0029 由图 2 实施例 2 中 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金摩擦表面形貌可以看 出， 摩擦。
20、表面在摩擦磨损过程中生成了物质膜， 自生物质膜没有发生剥落的特征。 0030 实施例 3 0031 本实施例磨损温度为室温， 对磨件为 Al2O3陶瓷， 载荷为 10N， 滑动速率为 0.1m/s， 磨损时间为 0.5h， 滑行距离为 180m。将 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金块体样品固 定在下试样夹具上， Si3N4陶瓷球固定在上试样夹具上， 置于质量百分比为 5的 NaOH 溶液 中， 加载， 上试样轴带动Al2O3陶瓷球转动开始摩擦磨损。 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的摩擦系数为 0.20， 磨损率为 7.010-1。
21、5m3/(mN)。 0032 由图 3 实施例 3 中 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金摩擦表面形貌可以看 出， 摩擦表面在摩擦磨损过程中生成了物质膜， 自生物质膜没有发生剥落的特征， 并出现轻 微的磨粒磨损特征。 0033 实施例 4 0034 本实施例磨损温度为室温， 对磨件为Al2O3陶瓷， 载荷为45N， 滑动速率为0.05m/s， 磨损时间为 0.5h， 滑行距离为 90m。将 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金块体样品固 定在下试样夹具上， Al2O3陶瓷球固定在上试样夹具上， 置于质量百分比为 10的 KOH 溶液 中。
22、， 加载， 上试样轴带动Al2O3陶瓷球转动开始摩擦磨损。 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的摩擦系数为 0.29， 磨损率为 2.910-15m3/(mN)。 0035 由图 4 实施例 4 中 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金摩擦表面形貌可以看 出， 摩擦表面在摩擦磨损过程中生成了物质膜， 自生物质膜没有发生剥落的特征。 0036 实施例 5 0037 本实施例磨损温度为室温， 对磨件为 YG8 硬质合金， 载荷为 45N， 滑动速率为 0.075m/s， 磨 损 时 间 为 0.5h， 滑 行 距 离 为 135m。 将 N。
23、iAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金块体样品固定在下试样夹具上， 硬质合金固定在上试样夹具上， 置于质量百分 比为 8的 KOH 溶液中， 加载， 上试样轴带动硬质合金球试样转动开始摩擦磨损。 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的摩擦系数为 0.25， 磨损率为 5.210-15m3/(mN)。 说 明 书 CN 104032190 A 5 4/5 页 6 0038 由图 5 实施例 5 中 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金摩擦表面形貌可以看 出， 摩擦表面在摩擦磨损过程中生成了物质膜， 自生物质膜没有发生。
24、剥落的特征， 并出现轻 微的磨粒磨损特征和块状磨屑特征。 0039 实施例 6 0040 本实施例磨损温度为室温， 对磨件为 Si3N4陶瓷， 载荷为 45N， 滑动速率为 0.1m/s， 磨损时间为 0.5h， 滑行距离为 180m。将 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金块体样品固 定在下试样夹具上， Si3N4陶瓷球固定在上试样夹具上， 置于质量百分比为 5的 KOH 溶液 中， 加载， 上试样轴带动Si3N4陶瓷球转动开始摩擦磨损。 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的摩擦系数为 0.22， 磨损率为 4.910-15m3/(m。
25、N)。 0041 由图 6 实施例 6 中 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金摩擦表面形貌可以看 出， 摩擦表面在摩擦磨损过程中生成了物质膜， 自生物质膜没有发生剥落的特征。 0042 不 同 条 件 下 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合 金 及 316L 不 锈 钢 的 摩 擦 系 数 如 表 1 所 示，由 表 1 可 以 看 出， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合 金 的 摩 擦 系 数 为 0.20 0.31， 316L 不 锈 钢 的 摩 擦 系 数 为 0.28 0.48。 不 同 条 件 下。
26、 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金及 316L 不锈钢的磨损率如表 2 所示， 由表 2 可知， NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金的磨损率为 2.9 7.010-15m3/(mN)， 316L 不锈 钢的磨损率为 52.4 18910-15m3/(mN)。 0043 表 1 不同条件下 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金及 316L 不锈钢的摩擦系 数 0044 0045 表 2 不同条件下 NiAl-2.5Ta-7.5Cr-1B-5Co-2.5Re 合金及 316L 不锈钢的磨损率 0046 说 明 书 CN 104032190 A 6 5/5 页 7 说 明 书 CN 104032190 A 7 1/3 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104032190 A 8 2/3 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104032190 A 9 3/3 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 104032190 A 10 。