一種寬適應雙機制自潤滑軸承材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料，具體的說是一種寬適應雙機制自潤滑軸承材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]機械制造業(yè)在整個國民經濟中占有及其重要的地位，而軸承加工在制造業(yè)中占據主導地位?；瑒虞S承有時在很苛刻的條件下工作，且處于含塵環(huán)境中，使得普通液體潤滑軸承因其摩擦特性所限，不能適應特殊工況的要求。自潤滑技術軸承完全突破了依靠油脂潤滑的局限性而實現了無油潤滑，自潤滑材料軸承技術是目前潤滑技術發(fā)展趨勢，力學強度高和摩擦學性能好的自潤滑復合材料的開發(fā)成為摩擦學領域的重要熱點。
[0003]目前的軸承材料存在一些缺陷，由于軸承工作的工況例如溫度、載荷性質、載荷種類等非常復雜，尺寸規(guī)格眾多，如何根據不同情況選擇并設計合適的材料是個復雜的問題。發(fā)展高溫、重載、低速、含襯及腐蝕性等復雜工況下的自潤滑軸承材料是當務之急。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明目的是提供一種寬適應雙機制自潤滑軸承材料及其制備方法，該方法結合添加固體潤滑劑和原位氧化反應的雙重機制，粉末狀的ZrBdt為基體材料并提供原位反應自潤滑機制，ZrO2為增韌相，CaF 2為添加劑式自潤滑配料，制備出適合自潤滑軸承，且溫度適應范圍比較寬的自潤滑軸承材料。
[0005]一種寬適應雙機制自潤滑軸承材料，該材料的各原料的體積百分比為:ZrB257.0-70.0%、ZrO2 12.0-37.0%、CaF26.0%。ZrB2采用納米粉，粒度為 40~50nm ； ZrO 2采用納米粉，粒度為10~20nm ;CaF2采用納米粉，粒度為150~155nm。所述各原料的體積百分比優(yōu)選為:ZrB2 60.0%、ZrO2 34.0%、CaF26.0%。
[0006]一種寬適應雙機制自潤滑軸承材料，包括以下步驟:
步驟一、原材料的預處理
所述2池2納米粉、Zr02m米粉和CaF 2納米粉在制備和包裝過程中可能混有雜質，為了提高其純度，采用的氫氟酸水溶液進行清洗。由于納米粉料的粒度較小，活性較大，為避免粉料受氫氟酸的腐蝕，氫氟酸的濃度應適當。清洗方法為:分別將2池2納米粉、ZrO2納米粉和CaF2納米粉置于濃度為1.8wt%的氫氟酸水溶液中，然后80~100Hz超聲波、100~120r/min攪拌處理90~100min，靜置60~90min，倒出上層溶液及漂浮的雜質等，所得沉淀物加入去離子水進行洗滌，靜置60~90min再次倒出上層溶液，再次加入去離子水進行洗滌，直至上層溶液PH值大于6.5為止，分別得到酸洗后2池2納米粉、ZrO 2納米粉和CaF 2納米粉；將所得酸洗后2池2納米粉、ZrO 2納米粉和CaF 2納米粉分別加入無水乙醇洗滌一次，然后真空干燥至水的含量質量百分比為50%，再次加入無水乙醇洗滌一次，然后抽真空分別進行保存，得到預處理后2池2納米粉、ZrO 2納米粉和CaF 2納米粉，備用；
步驟二、配料、攪拌、分散及第一次球磨按照2池2的體積百分比為57.0-70.0%、ZrO 2的體積百分比為12.0-37.0%分別取預處理后的2池2納米粉和ZrO 2納米粉，倒入裝有ZrB 2納米粉和ZrO 2納米粉混合物體積2~4倍的去離子水的容器中，得到混合物A ;該容器配合有溫度傳感器，可以隨時測量容器內液體的溫度；將容器置于超聲波發(fā)生器中，110~120Hz超聲波處理，同時對其進行100~150r/min攪拌；在超聲攪拌過程中，將混合物A的溫度快速升高至110°C，并保持不變。超聲攪拌30~40min后，按照聚乙二醇和混合物A的質量比為1:90取聚乙二醇，加入到混合物A中，繼續(xù)超聲攪拌10~20min，得到混合物B ;將所得混合物B放入球磨罐中，以無水乙醇為介質，球磨180~220h，在140~160°C條件下真空干燥22~26h，過篩，得到細化粉末，備用；
步驟三、第二次球磨
按照上述步驟二所得細化粉末的體積百分比為94%、步驟一預處理得到的CaF2納米粉的體積百分比為6%，取步驟二所得細化粉末和步驟一預處理得到的CaF2m米粉，倒入步驟二所得細化粉末和步驟一預處理得到的CaF2納米粉總體積6~8倍的去離子水的容器中，得到混合物C ;所述容器配合有溫度傳感器，可以隨時測量容器內液體的溫度；將裝有混合物C的容器置于超聲波發(fā)生器中，80~100Hz超聲分散，同時對其進行100~150r/min攪拌；在超聲攪拌過程中，將混合物溫度快速升高至100°C，維持該溫度，繼續(xù)超聲攪拌30~40min，按照聚乙二醇和混合物的質量比為1:95加入聚乙二醇，然后繼續(xù)超聲攪拌分散10~20min，超聲攪拌分散結束后，得到混合物D ;將所得混合物D放入球磨罐中，以無水乙醇為介質，球磨180~220h，在140~160°C條件下真空干燥22~26h，過篩，得到二次球磨細化粉末，備用；步驟四:放電等離子燒結
將步驟三所得二次球磨細化粉末裝入石墨模具，置于真空環(huán)境中，然后均勻加壓進行放電等離子燒結，燒結時，從室溫上升至1700°C的過程中，環(huán)境壓力平穩(wěn)均勻的加至45MPa，之后在溫度為1750°0、壓力4510^條件下保溫10~25 min，然后斷電自然冷卻至室溫，即得到寬適應雙機制自潤滑軸承材料。
[0007]步驟二和步驟三中所述的球磨罐均為瑪瑙球磨罐；
步驟二和步驟三中所述球磨的方法為濕式行星球磨。
[0008]有益效果是:
1、本發(fā)明寬適應雙機制自潤滑軸承材料的制備方法，采用粉末狀的ZrB2作為基體材料并提供原位反應自潤滑機制，ZrO2S增韌相，CaF 2為添加劑式自潤滑配料，并控制各組分的體積百分比為-.ZrB2 60.0-80.0%、Zr02 15.0-35.0%、CaF2 5.0%，引入 15.0-35.0% 的 ZrO2^要可以提高復合材料的強度和韌性，ZrB2氧化后也可以生成的ZrO2，使基體相ZrB2與新生成的ZrO2、增強相ZrOjg互穿插、包裹，形成較好的骨架結構，能夠形成較好的相變增韌效果；引入5.0%的CaF2，主要是利用此高溫潤滑材料在摩擦時提供良好的自潤滑，同時利用2池2/21<)2陶瓷基體起到的支撐骨架作用，并依靠三次球磨技術，將CaF 2固體潤滑劑嵌入到連續(xù)的陶瓷骨架中，在低速切削或摩擦時可以析出，起到自潤滑與減摩的作用。
[0009]2、本發(fā)明提供寬適應雙機制自潤滑軸承材料的制備方法，通過在ZrB2基體中添加ZrO2粉末和CaF 2粉末，并控制各自的體積分數，采用真空環(huán)境，均勻加壓的放電等離子燒結(SPS)工藝，此燒結工藝可以有效降低較難燒結硼化物復合材料的燒結溫度，從而獲得致密度更高的材料；在此工藝條件下制備的寬適應雙機制自潤滑軸承材料，適合于高低溫，具有粒度細小且分布均勻、高硬度、高抗彎強度、高斷裂韌性、良好的高低溫穩(wěn)定性等特點，適合于制成對高溫及耐磨性要求較高軸承。
【附圖說明】
[0010]圖1為原料中各組分的體積百分比為:ZrB2 55.0%、ZrO2 40.0%、CaF2 5.0%，其他條件按照本發(fā)明寬適應雙機制自潤滑軸承材料的制備方法中的不變，所制備的材料在700° C下摩擦磨損后圖片；
圖2為實施例二制備的寬適應雙機制自潤滑軸承材料在700° C下摩擦磨損后圖片；圖3為原料中各組分的體積百分比為:ZrB2 85.0%、Zr02 10.0%、CaF2 5.0%，其他條件按照本發(fā)明寬適應雙機制自潤滑軸承材料在700° C下摩擦磨損后圖片；
圖4為高溫摩擦磨損實驗中摩擦溫度與摩擦系數關系圖；
圖5為寬適應雙機制自潤滑軸承材料在摩擦過程中的自潤滑機理-摩擦開始階段示意圖；
圖6為寬適應雙機制自潤滑軸承材料在摩擦過程中的自潤滑機理-ZrB2、CaF2顆粒逐漸析出示意圖；
圖7為寬適應雙機制自潤滑軸承材料在摩擦過程中的自潤滑機理-B2O3, ZrO2, CaF2潤滑膜在摩擦表面拖覆示意圖；
圖8為寬適應雙機制自潤滑軸承材料在摩擦過程中的自潤滑機理-自潤滑膜的形成示意圖；
圖9為寬適應雙機制自潤滑軸承材料在700°C下空氣中氧化2小時后的殘余抗彎強度圖；
圖10為寬適應雙機制自潤滑軸承材料在700°C下空氣中氧化2小時后殘余斷裂韌性圖。
【具體實施方式】
[0011]一種寬適應雙機制自潤滑軸承材料，該材料的各原料的體積百分比為:ZrB257.0-70.0%、ZrO2 12.0-37.0%、CaF26.0%。ZrB2采用納米粉，粒度為 40~50nm ； ZrO 2采用