權(quán)利要求書： 1.一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料，其特征在于：它包括摩擦膜、承載過渡層和基體承載層三層結(jié)構(gòu)，它是以FeNiAlNb合金、減摩劑、抗磨劑與增強劑為原料，通過逐層設(shè)計、分層配比、逐層制備與疊加成型工藝，制備出一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料；

摩擦膜、承載過渡層與基體承載層的各層結(jié)構(gòu)厚度比為(5?8):(20?43):(52?72)；

FeNiAlNb合金、減摩劑、抗磨劑、增強劑在多層復合結(jié)構(gòu)材料中各層成分配比不同，摩擦膜主要包括7?12wt.%FeNiAlNb合金、25?40wt.%減摩劑、30?45wt.%抗磨劑、12?23wt.%增強劑；其中減摩劑包括35?55wt.%軟金屬SnPtPbAg、20?36wt.%氟碳鈰稀土和15?30wt.%多層板狀晶體MoBNbO，軟金屬SnPtPbAg中Sn、Pt、Pb與Ag元素質(zhì)量比為(25?43):(20?34):(15?

24):(10?18)；抗磨劑包括40?55wt.%WC納米顆粒、23?42wt.%石墨烯和10?23wt.%二硫化鎢；

增強劑包括33?52wt.%硫酸鎂晶須、28?46wt.%鈦酸鉀晶須和9?22wt.%陶瓷纖維；承載過渡層包括25?39wt.%FeNiAlNb合金、5?15wt.%減摩劑、10?18wt.%抗磨劑和30?47wt.%增強劑，其中減摩劑包括15?35wt.%軟金屬SnPtPbAg、22?34wt.%氟碳鈰稀土和35?52wt.%多層板狀晶體MoBNbO；其中軟金屬SnPtPbAg各元素質(zhì)量比為（18?30）:（17?27）:（12?23）:（25?35）；抗磨劑主要包括38?53wt.%WC納米顆粒、22?42wt.%石墨烯與12?25wt.%二硫化鎢；增強劑包括

34?53wt.%硫酸鎂晶須、27?45wt.%鈦酸鉀晶須與10?21wt.%陶瓷纖維；基體承載層為純的FeNiAlNb基合金，它是由Fe、Ni、Al、Nb、B、Yb、Zr與Y元素組成，各元素質(zhì)量比為61.5:14.5:

10.5:7:4:0.9:0.9:0.7。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料，其特征在于：它的摩?6 3 ?1 ?1

擦系數(shù)值為0.27?0.34，磨損率值為2.53?3.42×10 cm·N ·m 。

3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于：經(jīng)過包括多層板狀晶體制備方法，各層材料設(shè)計、計算配比、振動混合、熱壓成型、多層結(jié)構(gòu)復合和后續(xù)機加工工序，最終得到一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于：所述振動混合工序：將各層材料粉末置于氣動式真空混料機進行混料處理，混料機外3

罐為石英罐，內(nèi)罐為聚四氟乙烯罐；以氬氣流為混合動力源，氬氣體流量為120?125m/h，罐體振動力為9230?11200N，振動頻率為43?49Hz，振動時間為125?145min。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于：所述的熱壓成型工序：將混合均勻各層粉末分別裝入60T熱壓機進行金屬復合粉末熱壓成型，施加壓力為15?21MPa，壓制溫度為145?165℃，保溫保壓時間130?145min，每隔20?

25s放氣5?7s，反復進行4?6次操作，以去除壓制模具腔中的空氣，分別獲得摩擦膜、承載過渡層和基體承載層各層薄片結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于：所述多層復合結(jié)構(gòu)材料制備方法：首先對摩擦膜、承載過渡層與基體承載層壓制薄片按順序裝入直徑34?40mm石墨模具，在氬氣保護下對各層材料熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為967?o o

1090C、燒結(jié)壓力為22?25MPa、保溫時間為132?155min、升溫速率為93?107C/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于：所述后續(xù)機加工工序：車削轉(zhuǎn)速為785?953r/min，車削量為0.9?1.5%，從而獲得厚度適中且截面直徑為33?39mm復合金屬薄片，磨削工序轉(zhuǎn)速為340?465r/min；利用拋光機清理周邊毛刺與飛邊，利用靜電噴涂工藝進行表面處理，設(shè)備轉(zhuǎn)速為880?950r/min，溫度為45?

62℃，最終得到一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料摩擦實驗樣品。

說明書： 一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料與制備方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于銷軸、軸套與套筒等減摩耐磨材料技術(shù)研究領(lǐng)域，具體涉及一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料及其制備方法，屬于極端服役環(huán)境下自潤滑復合材料多

層結(jié)構(gòu)設(shè)計與制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)[0002] 因現(xiàn)代高端機械裝配技術(shù)的快速發(fā)展，大型懸掛物要求連接銷軸具有大的承載能力、高的比強度與良好的熱力學性能等，然而在高溫、重載與高速等復合工況作用下易形成

大的摩擦與高的磨損。大的摩擦促使高的摩擦阻力，產(chǎn)生大的摩擦熱量，在加劇摩擦磨損的

情況下還會導致大量能源消耗。高的磨損導致摩擦接觸表面產(chǎn)生大的缺口與裂紋等，給安

全生產(chǎn)帶來了巨大的安全隱患。目前鉸鏈連接主要用于靜態(tài)開口銷鎖定以及在掛鉤孔轉(zhuǎn)

動，相關(guān)報道已被寫在專利申請人柳工常州機械有限公司，一種銷軸裝置，

CN201811356426.5、專利申請人玉環(huán)市中亞石油機械有限公司，一種銷軸裝置，

CN201821224277.2專利中。然而目前所用銷軸滑動摩擦磨損性能差，而且軸孔配合面之間

要求涂有潤滑脂時，才能起到良好的潤滑效果。在實際工作過程中工況突變以及振動沖擊

極易造成潤滑脂膜產(chǎn)生破壞，加劇了摩擦表面點蝕、粘結(jié)等，尤其體現(xiàn)在摩擦磨損性能的急

劇下降【張蔚峰邱明宋杰懸掛發(fā)射裝置振動仿真與掛鉤銷軸磨損實驗研究2019年3

期】，這直接影響著銷軸的使用安全性、可靠性、使用精度與服役壽命，從而無法滿足我國高

端機械裝配發(fā)展要求，也限制了我國高端裝配機械的國際競爭力。因此設(shè)計制備出一種高

的機械力學性能、良好的熱力學性能與優(yōu)異的摩擦磨損性能的FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)

構(gòu)材料，這對于推動與提高我國高端裝備技術(shù)開發(fā)與研制具有重要的方法參考價值與潛在

的工程應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)不能解決的銷軸工程問題而提供的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料及其制備方法，在滿足銷軸強度與連接剛度下，還

具備優(yōu)異的減摩抗磨性能，是目前解決連接銷軸過度摩擦與嚴重磨損，推動我國高端裝備

技術(shù)開發(fā)與研制的良好方法與有效途徑。

[0004] 本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案，具體可以描述為以下幾個步驟:

[0005] 一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料及其制備方法在于它是以FeNiAlNb基體、減摩劑、抗磨劑與增強劑為組分，通過設(shè)計制備出各層厚度不同、增強性材料含量各異及組

分不同的銷軸多層復合結(jié)構(gòu)自潤滑材料，其制備過程可以描述為以下幾個步驟:

[0006] 一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料，它包括摩擦膜、承載過渡層和基體承載層三層結(jié)構(gòu)，它是以FeNiAlNb合金、減摩劑(軟金屬、氟碳鈰稀土、多層板狀晶體)、抗磨劑

(納米WC、石墨烯、二硫化鎢)與增強劑(硫酸鎂晶須、鈦酸鉀晶須、陶瓷纖維)為原料，通過

逐層設(shè)計、分層配比、逐層制備與疊加成型工藝，制備出一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)

材料。

[0007] 步驟1)所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料，其多層結(jié)構(gòu)為三層復合結(jié)構(gòu)，分別為摩擦膜、承載過渡層與基體承載層，各層結(jié)構(gòu)厚度比為(5?8):(20?43):(52?72)。

[0008] 步驟2)所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料，其FeNiAlNb合金、減摩劑、抗磨劑、增強劑在多層復合結(jié)構(gòu)材料中各層成分配比不同，摩擦膜主要包括7?12wt.%

FeNiAlNb合金、25?40wt.%減摩劑、30?45wt.%抗磨劑、12?23wt.%增強劑；其中減摩劑包括

35?55wt.%軟金屬SnPtPbAg、20?36wt.%氟碳鈰稀土和15?30wt.%多層板狀晶體MoBNbO，軟金

屬SnPtPbAg中Sn、Pt、Pb與Ag元素質(zhì)量比為(25?43):(20?34):(15?24):(10?18)；抗磨劑包

括40?55wt.%WC納米顆粒、23?42wt.%石墨烯和10?23wt.%二硫化鎢；增強劑包括33?52wt.%

硫酸鎂晶須、28?46wt.%鈦酸鉀晶須和9?22wt.%陶瓷纖維；承載過渡層包括25?39wt.%

FeNiAlNb合金、5?15wt.%減摩劑、10?18wt.%抗磨劑和30?47wt.%增強劑，其中減摩劑包括

15?35wt.%軟金屬SnPtPbAg、22?34wt.%氟碳鈰稀土和35?52wt.%多層板狀晶體MoBNbO；其中

軟金屬SnPtPbAg各元素質(zhì)量比為（18?30）:（17?27）:（12?23）:（25?35）；抗磨劑主要包括38?

53wt.%WC納米顆粒、22?42wt.%石墨烯與12?25wt.%二硫化鎢；增強劑包括34?53wt.%硫酸鎂

晶須、27?45wt.%鈦酸鉀晶須與10?21wt.%陶瓷纖維；基體承載層為純的FeNiAlNb基合金，它

是由Fe、Ni、Al、Nb、B、Yb、Zr與Y元素組成，各元素質(zhì)量比為61.5:14.5:10.5:7:4:0.9:0.9:

0.7。

[0009] 步驟1)所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料及制備方法，其多層板狀晶體MoBNbO的制備工藝：稱取平均粒徑為35?45μm的鉬酸銨、硼粉與鈮粉，按摩爾比為5:(2?

3):(1?2)將鉬酸銨、硼粉與鈮粉精細研磨與均勻混合后，將所得配料在真空氣氛爐燒結(jié)內(nèi)

進行燒結(jié)，在燒結(jié)過程中緩慢通入90?115ml/min的氧氣，促進其氧化合成反應(yīng)，其中燒結(jié)

溫度為450?530℃、保溫時間10.5?12.5h，升溫速率為2?5℃/min，獲得一種多層板狀晶體

MoBNbO。

[0010] 步驟1)所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料及制備方法，經(jīng)過包括多層板狀晶體制備方法，各層材料設(shè)計、計算配比、振動混合、熱壓成型、多層結(jié)構(gòu)復合和后續(xù)機

加工工序，最終得到一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料。

[0011] 步驟5)所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料及制備方法，所述振動混合工序：將各層材料粉末置于氣動式真空混料機進行混料處理，混料機外罐為石英罐，內(nèi)罐為

3

聚四氟乙烯罐；以氬氣流為混合動力源，氬氣體流量為120?125m /h，罐體振動力為9230?

11200N，振動頻率為43?49Hz，振動時間為125?145min。

[0012] 步驟5)所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料及制備方法，所述的熱壓成型工序：將混合均勻各層粉末分別裝入60T熱壓機進行金屬復合粉末熱壓成型，施加壓力為

15?21MPa，壓制溫度為145?165℃，保溫保壓時間130?145min，每隔20?25s放氣5?7s，反復

進行4?6次操作，以去除壓制模具腔中的空氣，分別獲得摩擦膜、承載過渡層和基體承載層

各層薄片結(jié)構(gòu)。

[0013] 步驟5)所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料及制備方法，所述多層復合結(jié)構(gòu)材料制備方法：首先對摩擦膜、承載過渡層與基體承載層壓制薄片按順序裝入直徑34?

o

40mm石墨模具，在氬氣保護下對各層材料熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為967?1090C、燒結(jié)壓力為

o

22?25MPa、保溫時間為132?155min、升溫速率為93?107C/min。

[0014] 步驟5)所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料及制備方法，所述后續(xù)機加工工序：車削轉(zhuǎn)速為785?953r/min，車削量為0.9?1.5%，從而獲得厚度適中且截面直徑為

33?39mm復合金屬薄片，磨削工序轉(zhuǎn)速為340?465r/min；利用拋光機清理周邊毛刺與飛邊，

利用靜電噴涂工藝進行表面處理，設(shè)備轉(zhuǎn)速為880?950r/min，溫度為45?62℃，最終得到一

種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料摩擦實驗樣品。

[0015] 步驟1)所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料，它的摩擦系數(shù)值為0.27??6 3 ?1 ?1

0.34，磨損率值為2.53?3.42×10 cm·N ·m 。

[0016] 上述方案中，步驟6）中所述振動混料過程是先將非金屬復合纖維、增強纖維進行預混合，保證復合纖維的均勻分散后再加入其它配料，進行振蕩均勻。其中熱壓成型壓制復

合金屬薄片直徑為33?39mm，厚度為1.1?1.5mm。

[0017] 本發(fā)明所提供的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料具有優(yōu)異的摩擦學性能，?6 3

摩擦系數(shù)適中，值為0.27?0.34且上下波動幅度小，磨損率低，值為2.53?3.42×10 cm·

?1 ?1

N ·m 。

[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:[0019] 本發(fā)明是以FeNiAlNb合金、抗磨劑、熱傳導劑、增強劑為組元，通過振動混料、熱壓成型、疊加成型等工藝制備出一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料，制備方法簡單，制備

工藝易于控制，效率高，工藝參數(shù)穩(wěn)定、操作易于控制，制備過程結(jié)果穩(wěn)定，原材料成本適

中，不產(chǎn)生腐蝕與其他有害材料；

[0020] 本發(fā)明所述的軟金屬SnPtPbAg與多層板狀晶體等材料協(xié)同潤滑大幅提高了FeNiAlNb基銷軸的摩擦學性能，軟金屬SnPtPbAg與減摩劑等抗咬合性能突出，耐高溫能力

強，易與鋼、鐵等金屬材料粘結(jié)形成承載能力大的摩擦接觸界面，擁有較好的耐腐蝕、耐磨

損等優(yōu)異特性；多層板狀晶體具有緩沖吸能功能，可有效改善摩擦過程中的沖擊、振動等，

減少了摩擦阻力等對摩擦表面損傷的影響；

[0021] 在關(guān)于銷軸制備研究中，本發(fā)明所述銷軸多層梯度分布實現(xiàn)銷軸層厚適中，原材料的良好利用。相比與材料均勻分布銷軸，既能節(jié)省增強性材料相對用量，又能夠保證其具

有更加優(yōu)異的摩擦學性能；同時多層復合結(jié)構(gòu)材料不僅滿足了銷軸對結(jié)構(gòu)強度的要求，而

且也顯著提高了其潤滑效果。

[0022] 本發(fā)明所述的一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料，它是以FeNiAlNb基體作為層間連接材料，使各層結(jié)構(gòu)之間結(jié)合緊密、性能穩(wěn)定，能有效克服各層結(jié)構(gòu)在高強度壓力與

超高低溫作用下產(chǎn)生開裂或破壞，也能顯著降低疲勞松動、高溫剝落等，在提高銷軸使用精

度也能有效延長銷軸的服役壽命。

附圖說明[0023] 圖1為實施本發(fā)明制備工藝流程圖。[0024] 圖2是實施例1所制備的多層板狀晶體MoBNbO粉末電鏡圖。[0025] 圖3為本發(fā)明實施例1、2、3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的摩擦系數(shù)曲線圖。

[0026] 圖4為本發(fā)明實施例1、2、3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的磨損率柱狀圖。

[0027] 圖5是在實施例2條件下制備的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的承載過渡層與基體承載層結(jié)合狀態(tài)電鏡形貌圖。

[0028] 圖6是在實施例2條件下制備的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的摩擦磨損表面的電子探針圖。

[0029] 圖7為本發(fā)明實施例3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的摩擦磨損表面的場發(fā)射掃描電鏡圖。

[0030] 圖8為實施例3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的摩擦磨損3D微觀形貌彩圖。

[0031] 圖9為實施例3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的摩擦磨損3D微觀形貌黑白圖。

具體實施方式[0032] 為更好地對本發(fā)明開展研究與驗證，需結(jié)合以下幾個實施例闡明本發(fā)明的幾個主要研究內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的幾個實施例。

[0033] 下述實施例中的摩擦測試條件為:載荷為4?8N、速度為0.10?0.15m/s、時間為70min和摩擦半徑為4.0?4.5mm。

[0034] 實施例1[0035] 一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料是以FeNiAlNb材料為基體，減摩劑、抗磨劑、增強劑為組元，復合形成一種FeNiAlNb基銷軸多層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)分為摩擦膜、承載過渡層

和基體承載層三層復合結(jié)構(gòu)，各層厚度比為8:20:72。

[0036] 如圖1所示，一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料及其制備方法具體包括如下步驟:

[0037] 1）多層板狀晶體MoBNbO的制備：按摩爾比5:2:1稱取平均粒徑為35μm的鉬酸銨、硼粉與鈮粉，將鉬酸銨、硼粉與鈮粉精細研磨與均勻混合后；然后在將粉料置于真空氣氛爐，

oC

在氬氣作保護氣體下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為450 、保溫時間10.5h，升溫速率為2℃/min，為快速

得到多層板狀晶體MoBNbO，在燒結(jié)過程中通入90ml/min的氧氣以增強反應(yīng)、加快反應(yīng)速

率。圖2是實施例1所制備的多層板狀晶體MoBNbO粉末電鏡圖。

[0038] 2）各層結(jié)構(gòu)原料計算與配置:摩擦膜主要包括7wt.%FeNiAlNb合金、25wt.%減摩劑、45wt.%抗磨劑、23wt.%增強劑。其中減摩劑是由35wt.%軟金屬SnPtPbAg、35wt.%氟碳鈰

稀土、30wt.%多層板狀晶體MoBNbO組成，軟金屬SnPtPbAg各元素質(zhì)量比為25:20:15:10；抗

磨劑是由40wt.%WC納米顆粒、37wt.%石墨烯、23wt.%二硫化鎢組成；增強劑主要含有35wt.%

硫酸鎂晶須、46wt.%鈦酸鉀晶須、19wt.%陶瓷纖維組成。承載過渡層組分與含量主要包括

25wt.%FeNiAlNb合金、10wt.%減摩劑、18wt.%抗磨劑與47wt.%增強劑。其中減摩劑主要是由

15wt.%軟金屬SnPtPbAg、33wt.%氟碳鈰稀土、52wt.%多層板狀晶體MoBNbO組成，軟金屬

SnPtPbAg元素質(zhì)量比為18:17:12:25。抗磨劑主要包括38wt.%WC納米顆粒、37wt.%石墨烯、

25wt.%二硫化鎢。增強劑主要是由34wt.%硫酸鎂晶須、45wt.%鈦酸鉀晶須、21wt.%陶瓷纖維

組成?；w承載層為純的FeNiAlNb基合金，它是由Fe、Ni、Al、Nb、B、Yb、Zr與Y元素組成，質(zhì)量

比為61.5:14.5:10.5:7:4:0.9:0.9:0.7；

[0039] 3）將合金FeNiAlNb、氟碳鈰稀土與多層板狀晶體MoBNbO等減摩劑、WC納米顆粒與石墨烯等抗磨劑、硫酸鎂晶須與陶瓷纖維等增強劑進行成分匹配、計算配料，并對各層配料

進行分類保存；

[0040] 4）將步驟3）所得各層材料粉末置于氣動式真空混料機進行混料處理，混料機外罐3

為石英罐，內(nèi)罐為聚四氟乙烯罐，通入氣體流量為120m /h氬氣作為動力，振動頻率為43Hz，

振動力為9320N，振蕩時間為125min。將原料充分混合后，得到三種均勻分布粉料，并對其進

行分類裝樣保存；

[0041] 5）將步驟4）所得到的混合均勻各層粉末依次置于熱壓罐進行熱壓成型處理，各層oC

施加壓制壓力為15MPa，壓制溫度為145 ，保溫保壓時間130min，每隔20s放氣5s，反復進行

4次操作，分別得到各層壓制復合金屬薄片；

[0042] 6）將步驟5）所得各層壓制薄片依次裝入34mm石墨模具中，利用熱壓燒結(jié)燒制各層o

復合金屬薄片，燒結(jié)溫度為967C，燒結(jié)壓力為22MPa，保溫時間為132min，保護氣體為氬氣，

o

升溫速率為93C/min；

[0043] 7）步驟6）熱壓燒結(jié)所得到銷軸復合金屬薄片進行機加工，先是置于車床上進行車削，車削轉(zhuǎn)速為785r/min，車削量為0.9%，從而獲得厚度適中且截面直徑為33mm的金屬薄

片，再進行圓盤磨削，磨削工序轉(zhuǎn)速340r/min；最后利用拋光機清理周邊毛刺與飛邊，利用

靜電噴涂工藝進行表面處理，設(shè)備轉(zhuǎn)速為880r/min，溫度為45℃，最終得到一種FeNiAlNb基

銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料。

[0044] 圖3為本發(fā)明實施例1、2、3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的摩擦系數(shù)曲線圖。圖4為本發(fā)明實施例1、2、3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的磨損率

柱狀圖。如圖3和4所示，實施例1制備的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料摩擦系數(shù)適中，

?6 3

值為0.34，磨損率低，值為2.53×10 mm /Nm。這表明實施例1所制備的一種多層結(jié)構(gòu)

FeNiAlNb基銷軸材料具有優(yōu)異的減摩抗磨性能。

[0045] 實施例2[0046] 一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料是以FeNiAlNb材料為基體，減摩劑、抗磨劑、增強劑為組元，逐層復合形成一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料，分為摩擦膜、承

載過渡層和基體承載層三層結(jié)構(gòu)，各層厚度比為7:33:60。

[0047] 如圖1所示，一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料及其制備方法具體包括如下幾個步驟:

[0048] 1）多層板狀晶體MoBNbO制備：按摩爾比5:2:2稱取平均粒徑為40μm的鉬酸銨、硼粉與鈮粉，將鉬酸銨、硼粉與鈮粉精細研磨與均勻混合后；然后將粉料置于真空氣氛爐，在氬

oC

氣作為保護氣體下進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為490 、保溫時間為11.5h，升溫速率為3℃/min，然

后得到多層板狀晶體MoBNbO，在燒結(jié)過程中通入95ml/min氧氣以增強反應(yīng)、加快反應(yīng)速率；

[0049] 2）各層結(jié)構(gòu)原料計算與配置：摩擦膜包括9wt.%FeNiAlNb合金、33wt.%減摩劑、38wt.%抗磨劑、20wt.%增強劑。其中減摩劑是由45wt.%軟金屬SnPtPbAg、27wt.%氟碳鈰稀

土、28wt.%多層板狀晶體MoBNbO組成，軟金屬中Sn、Pt、Pb與Ag元素質(zhì)量比為34:27:20:14；

抗磨劑是由47wt.%WC納米顆粒、37wt.%石墨烯、16wt.%二硫化鎢組成；增強劑是主要含有

42wt.%硫酸鎂晶須、39wt.%鈦酸鉀晶須、19wt.%陶瓷纖維組成。承載過渡層主要包括

FeNiAlNb合金、減摩劑、抗磨劑與增強劑，質(zhì)量分數(shù)為32wt.%、10wt.%、14wt.%與44wt.%。其

中減摩劑是由23wt.%軟金屬SnPtPbAg、28wt.%氟碳鈰稀土、49wt.%多層板狀晶體MoBNbO組

成，軟金屬SnPtPbAg各元素質(zhì)量比為24:22:18:30。抗磨劑主要包括45wt.%WC納米顆粒、

32wt.%石墨烯、23wt.%二硫化鎢。增強劑主要是由44wt.%硫酸鎂晶須、35wt.%鈦酸鉀晶須、

21wt.%陶瓷纖維組成；基體承載層為純的FeNiAlNb基合金，它由Fe、Ni、Al、Nb、B、Yb、Zr與Y

組成，質(zhì)量比為61.5:14.5:10.5:7:4:0.9:0.9:0.7；

[0050] 3）將合金FeNiAlNb、氟碳鈰稀土與多層板狀晶體MoBNbO等減摩劑、WC納米顆粒與石墨烯等抗磨劑、硫酸鎂晶須與陶瓷纖維等增強劑進行成分匹配、計算配料，并對各層配料

進行分類保存；

[0051] 4）將步驟3）所得各層材料粉末置于氣動式真空混料機進行混料處理，混料機外罐3

為石英罐，內(nèi)罐為聚四氟乙烯罐，通入125m/h氬氣體作為動力源，振動頻率為46Hz，振動力

為1050N，振蕩時間為123min。將原料充分混合后，得到三種均勻分布粉料，并對其進行分類

裝樣保存；

[0052] 5）將步驟4）所得到的混合均勻的各層的材料粉末依次置于熱壓罐進行熱壓成型o

處理，各層施加壓制壓力為18MPa，壓制溫度為155 C，保溫、保壓時間138min，每隔23s放氣

6s，反復進行5次操作，分別得到各層壓制復合金屬薄片；

[0053] 6）將步驟5）所得各層復合金屬壓制薄片依次裝入38mm石墨模具中，利用熱壓燒結(jié)o

處理，燒結(jié)溫度為1030 C，燒結(jié)壓力為24MPa，保溫時間為141min，保護氣體為氬氣，升溫速

o

率為100C/min；

[0054] 7）步驟6）熱壓燒結(jié)所得到銷軸復合金屬薄片進行機加工，車削轉(zhuǎn)速為860r/min，車削量為1.2%，從而獲得厚度適中且截面直徑為37mm的金屬薄片，再進行圓盤磨削，磨削工

序轉(zhuǎn)速400r/min；利用拋光機清理周邊毛刺與飛邊，利用靜電噴涂工藝進行表面處理，設(shè)備

轉(zhuǎn)速為910r/min，溫度為54℃，最終得到一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料。圖5是在

實施例2條件下制備的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的承載過渡層與基體承載層結(jié)合

狀態(tài)電鏡形貌圖。

[0055] 圖6是在實施例2條件下制備的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的摩擦磨損表面的電子探針圖。圖3為本發(fā)明實施例1、2、3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的

摩擦系數(shù)曲線圖。圖4為本發(fā)明實施例1、2、3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的

磨損率柱狀圖。如圖3和4所示，實施例1制備的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料摩擦系數(shù)

?6 3

適中，值為0.31，磨損率較低，值為3.12×10 mm/Nm。這表明實施例2所制備的一種多層結(jié)

構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料具有優(yōu)異的減摩抗磨性能。

[0056] 實施例3[0057] 一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料，以FeNiAlNb材料為基體，減摩劑、抗磨劑、增強劑為組元，復合形成一種FeNiAlNb基銷軸多層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)分為摩擦膜、承載過渡層

和基體承載層三層復合結(jié)構(gòu)，各層厚度比為8:25:67。

[0058] 如圖1所示，上述一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料及其制備方法具體包括如下幾個步驟:

[0059] 1）多層板狀晶體MoBNbO制備：按摩爾比5:3:2稱取平均粒徑為45μm的鉬酸銨、硼粉與鈮粉，將鉬酸銨、硼粉與鈮粉精細研磨與均勻混合后；然后將粉料置于真空氣氛爐，在氬

oC

氣保護下燒結(jié)溫度為530 、保溫時間12.5h，升溫速率為5℃/min，為得到多層板狀晶體

MoBNbO，在燒結(jié)過程中通入115ml/min的氧氣增強反應(yīng)速率；

[0060] 2）各層結(jié)構(gòu)原料計算與配置：摩擦膜主要包括12wt.%FeNiAlNb基合金、40wt.%減摩劑、30wt.%抗磨劑、18wt.%增強劑。其中減摩劑是由55wt.%軟金屬SnPtPbAg、30wt.%氟碳

鈰稀土、15wt.%多層板狀晶體MoBNbO組成，軟金屬SnPtPbAg各元素質(zhì)量比為43:34:24:18；

抗磨劑是由55wt.%WC納米顆粒、30wt.%石墨烯、15wt.%二硫化鎢組成；增強劑主要含有

52wt.%硫酸鎂晶須、29wt.%鈦酸鉀晶須、19wt.%陶瓷纖維組成。承載過渡層主要包括39wt.%

FeNiAlNb合金、15wt.%減摩劑、16wt.%抗磨劑與30wt.%增強劑。其中減摩劑主要是由35wt.%

軟金屬SnPtPbAg、30wt.%氟碳鈰稀土、35wt.%多層板狀晶體MoBNbO組成；軟金屬SnPtPbAg各

元素質(zhì)量比為30:27:23:35；抗磨劑包括53wt.%WC納米顆粒、27wt.%石墨烯、20wt.%二硫化

鎢；增強劑是由53wt.%硫酸鎂晶須、29wt.%鈦酸鉀晶須、18wt.%陶瓷纖維組成?；w承載層

為純的FeNiAlNb基合金，由Fe、Ni、Al、Nb、B、Yb、Zr與Y元素按質(zhì)量比為61.5:14.5:10.5:7:

4:0.9:0.9:0.7構(gòu)成；

[0061] 3）將合金FeNiAlNb、氟碳鈰稀土與多層板狀晶體MoBNbO等減摩劑、WC納米顆粒與石墨烯等抗磨劑、硫酸鎂晶須與陶瓷纖維等增強劑進行成分匹配、計算配料，并對各層配料

進行分類保存；

[0062] 4）將步驟3）所得各層粉末置于氣動式真空混料機進行氣動混合，混料機外罐為石3

英罐，內(nèi)罐為聚四氟乙烯罐，通入氣體流量為125m/h氬氣作為動力，振動頻率為49Hz，振動

力為11200N，振蕩時間為145min。將原料充分混合后，得到三種均勻分布粉料，并對其進行

分類裝樣保存；

[0063] 5）將步驟4）所得的混合均勻各層粉末依次置于熱壓罐進行熱壓成型處理，各層施o

加壓力為21MPa，壓制溫度為165 C，保溫保壓時間145min，每隔25s放氣7s，反復進行6次操

作，分別得到各層壓制復合金屬薄片；

[0064] 6）將步驟5）所得各層復合金屬壓制薄片依次裝入40mm石墨模具中，進行熱壓燒結(jié)o

處理，燒結(jié)溫度為1090 C，燒結(jié)壓力為25MPa，保溫時間為155min，保護氣體為氬氣，升溫速

o

率為107C/min；

[0065] 7）步驟6）熱壓燒結(jié)所得到銷軸復合金屬薄片進行機加工，車削轉(zhuǎn)速為953r/min，車削量為1.5%，從而獲得厚度適中且截面直徑為39mm的金屬薄片，再進行圓盤磨削，磨削工

序轉(zhuǎn)速465r/min；利用拋光機清理周邊毛刺與飛邊，利用靜電噴涂工藝進行表面處理，設(shè)備

轉(zhuǎn)速950r/min，溫度62℃，最終得到一種FeNiAlNb基銷軸多層復合結(jié)構(gòu)材料。

[0066] 圖7為本發(fā)明實施例3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的摩擦磨損表面的場發(fā)射掃描電鏡圖。圖8為實施例3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料的摩擦

磨損3D微觀形貌圖。圖3為本發(fā)明實施例1、2、3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料

的摩擦系數(shù)曲線圖。圖4為本發(fā)明實施例1、2、3所制得的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料

的磨損率柱狀圖。如圖3和4所示，實施例3制備的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料摩擦系

?6 3 ?1 ?1

數(shù)適中，值為0.27?0.34且波動幅度小，磨損率小，值為2.53?3.42×10 cm·N ·m 。這表

明實施例3所制備的一種多層結(jié)構(gòu)FeNiAlNb基銷軸材料具有優(yōu)異的減摩抗磨性能。

[0067] 以上所述僅是本發(fā)明的設(shè)定的實施方式，應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，做出的簡單改進和簡易變換，導致銷軸摩擦磨損

性能性能的提高，這都屬于本發(fā)明的保護范圍。