鎳基合金是各種新型發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤件材料。在實(shí)際使用過(guò)程中，特別是在無(wú)水冷工況時(shí)，工件工作溫度明顯上升，會(huì)出現(xiàn)磨損加劇的情況，導(dǎo)致失效。為此，改善鎳基合金在熱態(tài)下的磨損性能十分重要。研究表明，向Ni基合金中添加微量的Cu可細(xì)化鎳基合金的晶粒，能生成NiCu相和CrCu相并牢靠鑲嵌在基體中，起潤(rùn)滑作用，改善鎳基合金的磨損性能。科研工作者利用粉末冶金技術(shù)將微量銅與鎳基合金結(jié)合，明顯改善了材料的減磨、耐磨和自潤(rùn)滑等摩擦性能。他們將純銅粉和鎳基合金粉末通過(guò)行星式球磨機(jī)充分混合后，采用粉末燒結(jié)技術(shù)制備了銅鎳基合金。
對(duì)加了銅的鎳基合金與未加銅的鎳基合金作的對(duì)比試驗(yàn)表明，添加銅后鎳基合金隨磨損溫度升高摩擦因數(shù)持續(xù)降低至較低水平，而未加銅的鎳基合金在160℃后摩擦因數(shù)較之前增大，且磨損曲線波動(dòng)較大。當(dāng)溫度從40℃升至160℃時(shí)鎳基合金的摩擦因數(shù)逐漸降低，但當(dāng)溫度為200℃~240℃時(shí)其摩擦因數(shù)又會(huì)變大；對(duì)比之下，添加銅后合金的摩擦因數(shù)降至0.2245，磨損曲線波動(dòng)較小，且隨溫度升高摩擦因數(shù)仍降低，在240℃時(shí)摩擦因數(shù)約為0.0748。上述情況是由于添加銅后可以提高鎳基合金的韌性，同時(shí)生成含銅的耐磨相，在磨損過(guò)程中起到潤(rùn)滑的作用，使得摩擦因數(shù)降低；而且在200℃~240℃時(shí)，磨損所生成的氧化膜仍未被破壞，即使磨損溫度上升摩擦因數(shù)仍會(huì)下降。
鎳基合金在不同溫度下的磨損犁溝明顯，120℃后其磨損表面就有少量白色磨屑掉落，160℃后磨損表面磨屑明顯增加并開(kāi)始發(fā)生開(kāi)裂。在200℃~240℃時(shí)磨損表面有大量白色磨屑，且磨損表面發(fā)生開(kāi)裂；而銅鎳基合金在40℃和80℃時(shí)磨損表面有輕微的犁溝，隨磨損溫度升高，磨損表面的犁溝越來(lái)越輕微，在240℃時(shí)磨損表面仍能保持穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。這是因?yàn)殒嚮辖鹪?00℃~240℃時(shí)，由于缺乏潤(rùn)滑，在摩擦熱的作用下合金與對(duì)磨件相互接觸在磨損過(guò)程中發(fā)生黏著及咬合現(xiàn)象，隨著磨損的進(jìn)行，合金與對(duì)磨件咬合得越來(lái)越緊，氧化膜受到破壞，硬質(zhì)相發(fā)生剝落，造成二次磨損現(xiàn)象；而銅鎳基合金中的鎳銅相、鉻銅相對(duì)表面起到潤(rùn)滑和減磨作用，基體中均勻分布的硬質(zhì)相牢靠的鑲嵌在基體中，在磨損過(guò)程中不容易斷裂和剝落，熱態(tài)磨損時(shí)生成的致密氧化膜保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，減緩了磨損。
顯微組織檢測(cè)與相分析證實(shí)，加入銅后組織變得細(xì)小而均勻，細(xì)密的組織使得合金的性能得以改善。同時(shí)，添加的Cu元素在鎳基合金中與Ni、Cr生成NiCu相、CrCu相以及含銅的CuNiSi相，在磨損過(guò)程中起滑動(dòng)和減磨作用，提高了合金的磨損性能。試驗(yàn)也表明，當(dāng)Cu含量超過(guò)1%后合金的磨損性能又會(huì)降低，這是因?yàn)檫^(guò)多的Cu含量使基體變軟而不能起到很好的支撐耐磨相的作用。可見(jiàn)，純銅粉末的加入量為1%時(shí)效果較為理想。