阅读说明：本技术 一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其制备方法 (Multilayer nanocrystalline composite structure NiCrAlBNb-based bearing retainer material and preparation method thereof ) 是由 马洪儒 曹增志 曹帅涛 卞会涛 王连富 李爱虎 李淦鑫 张文帆 王秋菊 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其制备方法。轴承保持架主要成分包括NiCrAlBNb基体,软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂。NiCrAlBNb基轴承保持架加工流程为多元板状晶体制备,各层材料设计计算、振动混合、热压成型和样品加工,多层结构复合,材料辊压处理。相比于均匀分布轴承保持架材料,NiCrAlBNb基多层纳米晶复合结构材料在满足轴承保持架材料性能要求的前提下,大大节省了材料使用量,同时多层纳米晶复合结构可以使轴承保持架在高温、高压等工况条件下能替代油、脂实现良好的润滑效果,并具有绿色环保,使用精度高、服役寿命长等优点。(The invention relates to a multilayer nanocrystalline composite structure NiCrAlBNb-based bearing retainer material and a preparation method thereof. The main components of the bearing retainer comprise a NiCrAlBNb matrix, soft alloy PbSnAgBiSb and a multi-component composite regulating agent. The NiCrAlBNb-based bearing retainer processing flow is preparation of a multi-element plate crystal, design calculation of materials of all layers, vibration mixing, hot press molding and sample processing, compounding of a multi-layer structure, and rolling treatment of the materials. Compared with the evenly distributed bearing retainer material, the NiCrAlBNb-based multilayer nanocrystalline composite structure material greatly saves the material usage amount on the premise of meeting the performance requirement of the bearing retainer material, and meanwhile, the multilayer nanocrystalline composite structure can enable the bearing retainer to replace oil and grease to realize a good lubricating effect under the working conditions of high temperature, high pressure and the like, and has the advantages of environmental protection, high use precision, long service life and the like.)

一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其 制备方法

技术领域

本发明涉及一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其制备方法，属于轴承、保持架等技术领域一项创新性研究，能够代替传统轴承保持架实现高温、高压与高速及其高真空等极端工况下的良好润滑性能。

技术背景

目前用作轴承保持架合金材料要求具有良好的导热性、优异的耐磨性、较低的摩擦系数，低密度，高强度和大韧性、优良的弹性和刚度以及与滚动体相近的线膨胀系数等。此外保持架还要受到化学介质，如润滑剂、润滑剂添加剂、有机溶剂和冷却剂等的摩擦作用【王黎钦, 滚动轴承的极限设计, 哈尔滨工业大学出版社, 2013.12】。目前轴承保持架材料主要有钢保持架材料、有色金属保持架材料、非金属保持架材料【才家刚，李兴林，王勇等, 滚动轴承使用常识第2版, 机械工业出版社, 2015.03】，在其工作过程中要求轴承滚动体与保持架间要有一层很薄的润滑油膜才能起到良好的润滑效果。然而在实际工作中，温度、载荷等工况与冲击、振动等是导致轴承保持架润滑油膜破坏的主要原因，轻者影响着滚动体与保持架之间直接摩擦学性能，严重时会造成保持架烧伤和断裂，甚至会导致润滑轴承失效。

发明内容

针对上述技术不足，本发明提供一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其制备方法，在满足良好的导热性、优异耐磨性、低摩擦，小密度等前提下，一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料在高温、高压等工况下能实现油、脂无法达到的润滑效果，这对于提高保持架使用精度与服役寿命具有潜在的科学价值，也为航空航天、高端制造装备等轴承保持架设计与制备提供了研究方法与技术指导。

本发明涉及一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其制备方法，目的是为解决油、脂无法实现润滑的条件下轴承保持架烧伤和断裂问题，所采用技术方案可以描述为如下:

一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料，其特征在于它是以基体NiCrAlBNb，软合金PbSnAgBiSb和多元复合调控剂为原料，通过逐层设计、分层配比、逐层制备与叠加成型等工艺流程，制备出一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料。

具体的方法包括如下步骤:

一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其制备方法，是以基体NiCrAlBNb，软合金PbSnAgBiSb和多元复合调控剂为原料，通过逐层设计、分层配比、逐层制备与叠加成型等工艺流程，制备出一种以NiCrAlBNb为轴承保持架基体的多层纳米晶结构复合材料。

步骤1)中所述的一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料，基体是由Ni、Cr、Al、B、Nb、Si、Co与Y元素组成，各元素质量比为(70-80):(5-16):(4-7):(3-6):(2-4):(0.32-0.46):(0.2-0.4):(0.2-0.5)；软合金PbSnAgBiSb各元素质量比为(30-38):(23-27):(23-28):(15-18):(7-10)。

步骤1)中所述的一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料，是由金属基体、摩擦膜过渡层、摩擦膜支撑层与摩擦膜接触层组成，对应各层厚度比为(45-65):(15-23):(10-20):(5-12)。

步骤3)所述的一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料其制备方法，金属基体、摩擦膜过渡层、摩擦膜支撑层与摩擦膜接触层组分不同，金属基体为NiCrAlBNb基高温合金；摩擦膜过渡层包括NiCrAlBNb合金，软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂，质量比为(40-55):(15-20):(25-45)；摩擦膜支撑层包括NiCrAlBNb基体，软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂，其质量比为(10-15):(10-13):(72-80)；摩擦膜接触层包括NiCrAlBNb合金，软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂，质量比为(3-5):(40-45):(50-57)。

步骤4)中所述的一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其制备方法，多元复合调控剂在金属基体、摩擦膜过渡层、摩擦膜支撑层与摩擦膜接触层组分中配比不同，在摩擦膜过渡层中包括5-10%陶瓷纤维、11-15%碳纤维、2.5-5.5%玻璃纤维、16-25%纳米白刚玉、11-15%碳化钛、13-16%碳化钽、2-3.1%富勒烯、2-2.5%石墨烯、3-5%二硫化钨与16-25%多层板状晶体；在摩擦膜支撑层中包括6-12%陶瓷纤维、10-17%碳纤维、4.5-8%玻璃纤维、11-15%纳米白刚玉、8.5-12%碳化钛、14.5-17%碳化钽、1-1.6%富勒烯、1-1.3%石墨烯、1.7-2.5%二硫化钨与22-33%多层板状晶体；在摩擦膜接触层包括2.5-9%陶瓷纤维、5-8.2%碳纤维、2.5-5%玻璃纤维、10.5-17%纳米白刚玉、12-20%碳化钛、17-24%碳化钽、3-3.6%富勒烯、3.6-6%石墨烯、4.5-7.5%二硫化钨与21.1-26%多层板状晶体。

步骤5)中所述的一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其制备方法，多层板状晶体材料MoSiCrO制备工艺为按摩尔比(3-4):(2-3):(1-2)分别称取钼酸铵、硅粉与镉粉，将钼酸铵等粉料研磨混合，得到混合均匀、混合料平均粒径为40-45μm板状晶体原始配料；然后采用真空气氛炉烧结，烧结温度为400-470℃、保温时间为5.5-6.5h，保护气体为氩气，在烧结过程中通入氧气量为75-125ml/min，得到一种多层板状晶体MoSiCrO。

步骤1)所述的一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其制备方法，是经过多元板状晶体制备，各层材料设计计算、振动混合、热压成型和样品加工，多层结构叠加烧制和辊压等工艺，得到一种多层复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料。

步骤7)中所述的一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其制备方法，各层材料热压成型过程为按照金属基体、摩擦膜过渡层、摩擦膜支撑层与摩擦膜接触层的成分配比，将混合均匀的各层粉末分别装入热压成型模具，获得金属基体、摩擦膜过渡层、磨擦膜支撑层、摩擦膜接触层片体材料，经样品加工后获得直径为18-28mm复合金属薄片。

步骤7)中所述的一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其制备方法，多层复合结构工艺流程，将步骤8中制得的各层薄片按顺序装入直径为20-30mm石墨模具，设置放电等离子烧结工艺，制备出一种多层结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料。

步骤8)中所述的一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料及其制备方法，辊压处理工艺为利用陶瓷基滚动体反复作用于摩擦膜接触层，形成纳米晶结构摩擦膜，施加压力为5-10MPa，线速度为2-3m/s，温度为100^oC，作用时间为30-50min。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是:

1、本发明所述的一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料可在高温、高压、高速及高真空等工况下实现良好的摩擦磨损性能，能达到油、脂无法实现的润滑效果，具有绿色环保，使用寿命长，运作精度高等的优点；

2、本发明所述的软合金PbSnAgBiSb与多元复合材料协同润滑大幅提高了NiCrAlBNb基轴承保持架的摩擦学性能，满足了轴承保持架对结构力学性能的要求，较传统轴承保持架材料综合力学性能更加优越；

3、本发明所述的一种多层纳米晶复合结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料，各层间是以NiCrAlBNb基体作为连接材料，大大提高了各层相容性与结合性等，是解决普通多层结构材料高温剥落、各层易分离等技术问题的有效途径。

附图说明

图1为实施本发明制备工艺流程图。

图2是实施例1所制备的多层板状晶体MoSiCrO粉末电镜图。

图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料的摩擦系数曲线。

图4为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料磨损率柱状图。

图5是在实施例2条件下制备的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料摩擦膜过渡层与摩擦膜支撑层结合状态电镜形貌。

图6是在实施例2条件下制备的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料摩擦磨损表面的电子探针形貌。

图7为本发明实施例3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料摩擦磨损表面的场发射扫描电镜形貌。

图8为实施例3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料摩擦磨损3D微观形貌的灰度图。

图9为实施例3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料摩擦磨损3D微观形貌的黑白图。

具体实施方式

为更好地对本发明开展研究与验证，结合以下几个实施例阐明本发明的几个主要研究内容，但本发明不仅仅局限于下面的几个实施例。

下述实施例中的摩擦测试条件为：载荷为10-20N、转速为0.15-0.25m/s、时间为70min。

实施例1

如图1所示，一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料设计及其制备方法主要流程有以下几个步骤：

1)按摩尔比为3:2:1称取钼酸铵、硅粉与镉粉，将钼酸铵粉、硅粉与镉粉等研磨混合，得到混合均匀、混合料平均粒径为40μm板状晶体原始配料；然后采用真空气氛炉烧结，烧结温度为400℃、保温时间为5.5h，保护气体为氩气，在烧结过程通入氧气量为75ml/min，得到一种多层板状晶体MoSiCrO。图2是实施例1所制备的多层板状晶体MoSiCrO粉末电镜图；

2)将步骤1)所得多层板状晶体MoSiCrO与陶瓷纤维、碳纤维、玻璃纤维、纳米白刚玉、碳化钛、碳化钽、富勒烯、石墨烯、二硫化钨进行计算配料，多元复合调控剂在各层组分配比不同。在摩擦膜过渡层多元复合调控剂主要是由5%陶瓷纤维、11.5%碳纤维、2.5%玻璃纤维、25%纳米白刚玉、11%碳化钛、13%碳化钽、2%富勒烯、2%石墨烯、3%二硫化钨、25%多层板状晶体组成；在摩擦膜支撑层多元复合调控剂主要是由6%陶瓷纤维、17%碳纤维、4.5%玻璃纤维、11%纳米白刚玉、8.5%碳化钛、16.2%碳化钽、1.1%富勒烯、1%石墨烯、1.7%二硫化钨、33%多层板状晶体组成；在摩擦膜接触层多元复合调控剂主要是由2.5%陶瓷纤维、5%碳纤维、2.5%玻璃纤维、10.5%纳米白刚玉、20%碳化钛、22.4%碳化钽、3%富勒烯、3.6%石墨烯、4.5%二硫化钨与26%多层板状晶体组成；

3)将步骤1)制得的多层多元复合调控配料分别置于气动式真空振动混料机内混合，振动混料外罐为石英罐，内置聚四氟乙烯罐；以氩气流为混合动力源，氩动力气体流量为125m³/h，对罐体产生振动力为13000N，振动频率为50Hz，振动时间为50min，罐体真空度为2.85×10^-2Pa，得到混合均匀的各层多元复合调控剂并分类保存；

4)按质量比70:5:4:3:2:0.32:0.2:0.2称取Ni、Cr、Al、B、Nb、Si、Co与Y粉末；按质量比30:23:23:15:7称取Pb、Sn、Ag、Bi、Sb粉末；利用真空混合干燥设备，将NiCrAlBNb粉末以及PbSnAgBiSb粉末分别装入盛有酒精溶液的坩埚中，在真空环境下加温，利用酒精沸腾与真空蒸发，用以实现均匀混合与真空干燥，分别得到NiCrAlBNb以及PbSnAgBiSb混合均匀的粉料。真空混合干燥真空度为2.1×10^-2Pa，加热温度为37^oC，沸腾时间为25min；

5)将步骤2)所得多元复合调控材料与NiCrAlBNb合金，软合金PbSnAgBiSb在各层结构中成分不同。金属基体为纯的NiCrAlBNb基合金，摩擦膜过渡层是由NiCrAlBNb，软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂组成，其质量比为40:15:25；摩擦膜支撑层是由NiCrAlBNb合金，软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂组成，其质量比10:10:72；摩擦膜接触层是由NiCrAlBNb合金，软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂组成，其质量比为3:40:50；

6)将步骤5)各层NiCrAlBNb基等粉末分别采用气动式真空混料机混料，气动式真空振动混料机外罐为石英罐，内置聚四氟乙烯罐；各层气动式混料参数不同。摩擦膜过渡层氩气体流量为115m³/h，振动力为4500N，振动频率为35Hz，振动时间为110min，罐体真空度为3.0×10^-2Pa。摩擦膜支撑层氩气体流量为120m³/h，对罐体产生振动力为7500N，振动频率为50Hz，振动时间为100min，罐体真空度为3.2×10^-2Pa；摩擦膜接触层氩气体流量为130m³/h，对罐体产生振动力为5000N，振动频率为30Hz，振动时间为25min，罐体真空度为3.3×10^{- 2}Pa；

7)将步骤6)混合均匀的各层粉末分别装入热压成型模具中，分别获得金属基体与摩擦膜过渡层等各层薄片结构材料。摩擦膜过渡层热压成型施加压力为17MPa，压制温度为320℃，每次保温保压时间220min，每隔15min放气2s，反复进行7次操作；摩擦膜支撑层施加压力为15MPa，压制温度为220℃，每次保温保压时间120min，每隔35min放气2s，反复进行4次操作；摩擦膜接触层施加压力为20MPa，压制温度为150℃，每次保温保压时间40min，每隔10min放气2s，反复进行3次操作；

8)将步骤7)获得的压片进行样品加工处理，车削转速为500r/min，车削至各层层厚且截面直径为18mm金属薄片；磨削工序转速120r/min，抛光机清理周边的毛刺、飞边和静电喷涂工艺设备转速550r/min，温度65℃，最终得到表面粗糙度为Ra1.6与直径为18mm薄片；

9)将步骤8)所述的直径为18mm各层薄片按顺序装入直径为20mm石墨模具，利用放电等离子烧结工艺制备出一种多层结构NiCrAlBNb基轴承保持架。放电等离子烧结温度为1000^oC、烧结压力为29MPa、保温时间为20min、保护气体为氩气、升温速率为100^oC/min；

10)将步骤9获得的多层结构NiCrAlBNb基轴承保持架进行辊压处理，辊压处理工艺为利用陶瓷基滚动体反复作用于摩擦膜接触层，形成纳米晶结构摩擦膜，施加压力为5MPa，线速度为2m/s，温度为100^oC，作用时间为30min，最终得到多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料；

图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料的摩擦系数曲线；图4为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料磨损率柱状图。如图3和4所示，实施例1所制备的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料摩擦系数较小，约为0.33，磨损率较低，其值约为2.64×10^-6mm³/Nm。这表明实施例1所制备的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料具有优异的减摩抗磨性能。

实施例2

如图1所示，一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料设计及其制备方法主要流程有以下几个步骤：

1)按摩尔比为4:3:2称取钼酸铵、硅粉与镉粉，将钼酸铵粉、硅粉与镉粉等研磨混合，得到混合均匀、混合料平均粒径为45μm板状晶体原始配料；然后采用真空气氛炉烧结，烧结温度为470℃、保温时间为6.5h，保护气体为氩气，在烧结过程通入氧气量为125ml/min，得到一种多层板状晶体MoSiCrO；

2)将步骤1)所得多层板状晶体MoSiCrO与陶瓷纤维、碳纤维、玻璃纤维、纳米白刚玉、碳化钛、碳化钽、富勒烯、石墨烯、二硫化钨进行计算配料，多元复合调控剂在各层组分配比不同。在摩擦膜过渡层多元复合调控剂主要是由10%陶瓷纤维、12.3%碳纤维、5.5%玻璃纤维、16%纳米白刚玉、15%碳化钛、16%碳化钽、3.1%富勒烯、2.5%石墨烯、3.6%二硫化钨、16%多层板状晶体组成；在摩擦膜支撑层多元复合调控剂主要是由12%陶瓷纤维、10%碳纤维、8%玻璃纤维、13.6%纳米白刚玉、12%碳化钛、17%碳化钽、1.6%富勒烯、1.3%石墨烯、2.5%二硫化钨、22%多层板状晶体组成；在摩擦膜接触层多元复合调控剂主要是由9%陶瓷纤维、7.2%碳纤维、3.4%玻璃纤维、10.4%纳米白刚玉、16%碳化钛、20%碳化钽、3%富勒烯、4.5%石墨烯、6.4%二硫化钨与23.1%板状晶体组成；

3)将步骤1)制得的多层多元复合调控配料分别置于气动式真空振动混料机内混合，振动混料外罐为石英罐，内置聚四氟乙烯罐，以氩气流为混合动力源，氩动力气体流量为125m³/h，对罐体产生的振动力为13000N，振动频率为50Hz，振动时间为50min，罐体真空度为2.85×10^-2Pa，得到混合均匀的各层多元复合调控剂并分类保存；

4)按质量比80:16:7:6:4:0.46:0.4:0.5称取Ni、Cr、Al、B、Nb、Si、Co与Y粉末；按质量比38:27:28:18:10称取Pb、Sn、Ag、Bi、Sb粉末；利用真空混合干燥设备，将NiCrAlBNb粉末以及PbSnAgBiSb粉末分别装入盛有酒精溶液的坩埚中，在真空环境加温，利用酒精沸腾与真空蒸发，用以实现均匀混合与真空干燥，分别得到NiCrAlBNb以及PbSnAgBiSb混合均匀粉料。真空混合干燥真空度为5.3×10^-2Pa，加热温度为55^oC，沸腾时间为40min；

5)将步骤2)所得的多元复合调控材料与NiCrAlBNb基合金，PbSnAgBiSb软合金在各层结构中成分不同。金属基体为NiCrAlBNb合金，摩擦膜过渡层是由NiCrAlBNb合金，软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂组成，其质量比为55:20:45；摩擦膜支撑层是由NiCrAlBNb合金，软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂组成，其质量比15:13:80；摩擦膜接触层是由NiCrAlBNb合金，软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂组成，其质量比为5:45:57；

6)将步骤5)各层NiCrAlBNb基等粉末分别采用气动式真空混料机混料，气动式真空振动混料机外罐为石英罐，内置聚四氟乙烯罐；各层结构气动式混料参数不同。摩擦膜过渡层氩气体流量为125m³/h，振动力为6200N，振动频率为40Hz，振动时间为150min，罐体真空度为3.4×10^-2Pa。摩擦膜支撑层氩气体流量为125m³/h，对罐体产生的振动力为8100N，振动频率为55Hz，振动时间为120min，罐体真空度为3.6×10^-2Pa，摩擦膜接触层氩气体流量为135m³/h，对罐体产生振动力为6000N，振动频率为43Hz，振动时间为35min，真空度为3.5×10^-2Pa；

7)将步骤6)混合均匀的各层粉末分别装入热压成型模具中，分别获得金属基体与摩擦膜过渡层等各层薄片结构。摩擦膜过渡层热压成型施加压力为19MPa，压制温度为420℃，每次保温保压时间250min，每隔20min放气3s，反复进行9次操作；摩擦膜支撑层热压成型施加压力为17MPa，压制温度为320℃，每次保温保压时间150min，每隔55min放气3s，反复进行6次操作；摩擦膜接触层热压成型施加压力为25MPa，压制温度为200℃，每次保温保压时间50min，每隔20min放气3s，反复进行5次操作；

8)将步骤7)获得的金属薄片进行样品加工处理，车削转速为500r/min，车削至各层层厚且截面直径为28mm金属薄片；磨削工序转速155r/min，抛光机清理周边的毛刺、飞边和静电喷涂工艺设备转速650r/min，温度85℃进行后续处理，最终得到表面粗糙度为Ra1.6与直径为28mm金属复合薄片；

9)将步骤8)直径为28mm各层薄片按顺序装入直径为30mm石墨模具中，利用放电等离子烧结工艺制备出一种多层结构NiCrAlBNb基轴承保持架。放电等离子烧结温度为1250^oC、烧结压力为35MPa、保温时间为35min、保护气体为氩气、升温速率为115^oC/min；

10)将步骤9)获得的多层结构NiCrAlBNb基轴承保持架进行辊压处理，辊压处理工艺为利用陶瓷基滚动体反复作用于摩擦膜接触层，形成纳米晶结构摩擦膜，施加压力为10MPa，线速度为3m/s，温度为100^oC，作用时间为50min，最终得到多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料；

图5是在实施例2条件下制备的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料摩擦膜过渡层与摩擦膜支撑层结合状态电镜形貌。图6是在实施例2条件下制备的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料摩擦磨损表面电子探针形貌。图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料的摩擦系数曲线。图4为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料磨损率柱状图。如图3和4所示，实施例2所制备的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料摩擦系数小，值约为0.26，磨损率低，约为3.24×10^-6mm³/Nm。

实施例3

如图1所示，一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料设计及其制备方法主要流程有以下几个步骤：

1)按摩尔比为4:3:1称取钼酸铵、硅粉与镉粉，将钼酸铵粉、硅粉与镉粉等研磨混合，得到混合均匀、混合料平均粒径为42.5μm板状晶体原始配料；然后采用真空气氛炉烧结，烧结温度为450℃、保温时间为6.1h，保护气体为氩气，在烧结过程通入氧气量为100ml/min，得到一种多层板状晶体MoSiCrO；

2)将步骤1)所得多层板状晶体MoSiCrO与陶瓷纤维、碳纤维、玻璃纤维、纳米白刚玉、碳化钛、碳化钽、富勒烯、石墨烯、二硫化钨进行计算配料，多元复合调控剂在各层组分配比不同。在摩擦膜过渡层多元复合调控剂主要是由8%陶瓷纤维、14%碳纤维、4%玻璃纤维、17.6%纳米白刚玉、13%碳化钛、15%碳化钽、2.8%富勒烯、2.4%石墨烯、3.2%二硫化钨、20%多层板状晶体组成；在摩擦膜支撑层多元复合调控剂主要是由8%陶瓷纤维、15%碳纤维、7%玻璃纤维、14%纳米白刚玉、10%碳化钛、17%碳化钽、1.4%富勒烯、1.2%石墨烯、2.2%二硫化钨、24.2%多层板状晶体组成；在摩擦膜接触层多元复合调控剂主要是由6%陶瓷纤维、7.2%碳纤维、3.4%玻璃纤维、10.5%纳米白刚玉、15.9%碳化钛、20%碳化钽、3%富勒烯、4.5%石墨烯、6.4%二硫化钨与23.1%板状晶体组成；

3)将步骤1)制得的多层多元复合调控配料分别置于气动式真空振动混料机内混合，振动混料外罐为石英罐，内置聚四氟乙烯罐，以氩气流为混合动力源，氩动力气体流量为125m³/h，对罐体产生的振动力为13000N，振动频率为50Hz，振动时间为50min，罐体真空度为2.85×10^-2Pa，得到混合均匀的各层多元复合调控剂并分类保存；

4)按质量比80:16:4:6:2:0.32:0.2:0.5称取Ni、Cr、Al、B、Nb、Si、Co与Y粉末；按质量比38:27:23:18:7称取Pb、Sn、Ag、Bi、Sb粉末；利用真空混合干燥设备，将NiCrAlBNb粉末以及PbSnAgBiSb粉末分别装入盛有酒精溶液的坩埚中，在真空环境下加温，利用酒精沸腾与真空蒸发，用以实现均匀混合与真空干燥，分别得到NiCrAlBNb以及PbSnAgBiSb混合均匀粉料。真空混合干燥真空度为3.4×10^-2Pa，加热温度为42^oC，沸腾时间为36min；

5)将步骤2)所得的多元复合调控材料与NiCrAlBNb基合金，PbSnAgBiSb软合金在各层结构中成分不同。金属基体为NiCrAlBNb合金，摩擦膜过渡层是由NiCrAlBNb合金，软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂组成，其质量比为46:18:30；摩擦膜支撑层是由NiCrAlBNb合金，软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂组成，其质量比12:11:76；摩擦膜接触层是由NiCrAlBNb合金，软合金PbSnAgBiSb与多元复合调控剂组成，其质量比为4:42:52；

6)将步骤5)各层NiCrAlBNb基等粉末分别采用气动式真空混料机混料，气动式真空振动混料机外罐为石英罐，内置聚四氟乙烯罐；各层气动式混料的参数不同。摩擦膜过渡层氩气体流量为120m³/h，振动力为5600N，振动频率为38Hz，振动时间为135min，罐体真空度为3.2×10^-2Pa。摩擦膜支撑层氩气体流量为123m³/h，对罐体产生振动力为7800N，振动频率为52Hz，振动时间为110min，罐体真空度为3.5×10^-2Pa；摩擦膜接触层氩气体流量为132m³/h，对罐体产生振动力为5500N，振动频率为35Hz，振动时间为29min，罐体真空度为3.4×10^{- 2}Pa；

7)将步骤6)混合均匀的各层粉末分别装入热压成型模具中，分别获得金属基体与摩擦膜过渡层等各层薄片结构。摩擦膜过渡层热压成型施加压力为18MPa，压制温度为380℃，每次保温保压时间240min，每隔18min放气3s，反复进行8次操作；摩擦膜支撑层热压成型施加压力为16MPa，压制温度为280℃，每次保温保压时间140min，每隔40min放气2s，反复进行5次操作；摩擦膜接触层热压成型施加压力为24MPa，压制温度为175℃，每次保温保压时间45min，每隔15min放气2s，反复进行4次操作；

8)将步骤7)获得的金属薄片结构进行样品加工处理，车削转速为500r/min，车削至各层层厚且截面直径为23mm金属薄片；磨削工序转速135r/min，抛光机清理周边的毛刺、飞边和静电喷涂工艺设备转速600r/min，温度75℃进行后续处理，最终得到表面粗糙度为Ra1.6与直径为23mm薄片；

9)将步骤8)直径为23mm各层薄片按顺序装入直径为25mm石墨模具中，利用放电等离子烧结工艺制备出一种多层结构NiCrAlBNb基轴承保持架。放电等离子烧结温度为1150^oC、烧结压力为32MPa、保温时间为30min、保护气体为氩气、升温速率为110^oC/min；

10)将步骤9获得的多层结构NiCrAlBNb基轴承保持架进行辊压处理，辊压处理工艺为利用陶瓷基滚动体反复作用于摩擦膜接触层，形成纳米晶结构摩擦膜，施加压力为8MPa，线速度为2.5m/s，温度为100^oC，作用时间为40min，最终得到多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架材料；

图7为本发明实施例3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料摩擦磨损表面的场发射扫描电镜形貌。图8为实施例3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料摩擦磨损3D微观形貌。图3为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料的摩擦系数曲线。图4为本发明实施例1、2、3所制得的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料磨损率柱状图；如图3和4所示，实施例3制备的多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料摩擦系数小，值为0.20，磨损率低，值为3.95×10^-6mm³/Nm。这表明利用实施例3所制备的一种多层纳米晶结构NiCrAlBNb基轴承保持架自润滑复合材料具有优异的减摩抗磨性能。

本发明所列举的原料都能实现本发明，以及原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数，如频率、温度、时间、真空度等的上下限取值以及区间值都能实现本发明等等，在此不一一列举实施例。