CN100516570C

CN100516570C - 复合滑动轴承材料及其制备方法

Info

Publication number: CN100516570C
Application number: CNB2005101207293A
Authority: CN
Inventors: 揭晓华
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: CN1800668A

Abstract

本发明是一种复合滑动轴承材料及其制备方法。本发明复合滑动轴承材料，包括有普通巴氏合金及碳纳米管，其中普通巴氏合金为基体，碳纳米管为增强体，以滑动轴承的钢背为负极，将普通巴氏合金与碳纳米管增强体通过电沉积直接复合在滑动轴承的钢背上。上述电沉积方法包括有如下步骤：1)将普通滑动轴承钢背进行镀前处理；2)在电镀槽的镀液中施镀。上述普通滑动轴承钢背进行镀前处理为采用10g/L金属清洗剂在超声波中清洗数分钟，再经自来水漂洗。镀液包括有如下组份：Sn(BF₄)₂：8～12g/L，Pb(BF₄)₂：3～6g/L，HBF₄：350～420g/L，明胶：4g/L，碳纳米管：0.5～1g/L。本发明的复合滑动轴承材料承载能力高，使用寿命长，本发明的制备方法简单实用。

Description

复合滑动轴承材料及其制备方法

技术领域：

本发明是一种复合滑动轴承材料及其制备方法，属于滑动轴承材料及其制备方法的改造技术。

背景技术：

目前滑动轴承合金分为两大类，即“软基体加硬质点型”和“硬基体加软质点型”，前者摩擦学性能优良，承载能力较差，高温强度低，如巴氏合金，它是一种具有减摩特性的锡基或铅基软合金，硬度只有HB13-35，由于其优良的摩擦学特性而被广泛应用于内燃机、汽车发动机的轴承材料，其组织特点是，在软相基体上均匀分布着硬相质点，软相基体使合金具有非常好的镶嵌性、顺应性和抗咬合性，并在磨合后，软基体内凹，硬质点外凸，使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道，利于减摩；上凸的硬质点起支承作用，有利于承载。(这里所说的镶嵌性是指将外部杂质和硬颗粒嵌入摩擦表面而不外露以防擦伤对偶件；顺应性则是指表层对制造误差、受载变形和表面粗糙度的适应性。)另一类轴承合金由硬基体加软质点组成，其承载能力高于巴氏合金，但往往是以牺牲表面摩擦学特性为代价的，其表面顺应性、镶嵌性、磨合性不如巴氏合金，容易伤轴。

随着现代机组向高速化、大型化发展，对流体润滑滑动轴承的承载能力及可靠性提出了更高的要求，使得巴氏合金承载能力的不足，“硬基体加软质点型”轴承材料的摩擦学性能不佳的问题日益突出，这就要求轴承材料在具备良好减摩性的同时，必须具备优良的承载能力与耐磨性。因此，人们迫切希望制造出水平与技术性能指标更高的轴承材料。可见，研究开发高性能的轴承合金具有重要的现实意义。

自从碳纳米管发现以来，由于其新颖的结构和优异的力学、物理、化学性能而迅速成为材料科学领域的研究热点，纳米碳管的平均扬氏模量为1.8Tpa，平均弯曲强度高达14.2Gpa；纳米碳管的拉伸强度是钢的100倍，而密度仅为钢的1/6，因此被认为是制备超强复合材料的理想增强材料，同时，多壁纳米碳管的结构为同心石墨面围成的中空圆柱体，具有特优的自润滑性能，作为复合材料的增强体还可显著地降低材料的摩擦系数，有效地提高抗磨损性能，因此，利用碳纳米管与软基体合金的复合来制备承载能力高，使用寿命长的轴承材料应该是一条全新的途径。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种承载能力高，使用寿命长的复合滑动轴承材料。

本发明的另一目的在于提供一种简单方便的复合滑动轴承材料的制备方法。

本发明复合滑动轴承材料，包括有普通巴氏合金及碳纳米管，其中普通巴氏合金为基体，碳纳米管为增强体，以滑动轴承的钢背为负极，将普通巴氏合金与碳纳米管增强体通过电沉积直接复合在滑动轴承的钢背上。

本发明复合滑动轴承材料的制备方法，上述电沉积方法包括有如下步骤：

1)将普通滑动轴承钢背采用10g/L金属清洗剂在超声波中清洗数分钟，再经自来水漂洗；

2)在电镀槽的镀液中施镀。

上述电沉积方法所用的镀液包括有如下组份：Sn(BF₄)₂：8～12g/L，Pb(BF₄)₂：3～6g/L，HBF₄：350～420g/L，明胶：4g/L，碳纳米管：0.5～1g/L。

上述镀液中添加有微量表面活性剂。

上述碳纳米管采用酸处理后放在镀液内。

上述电沉积方法在施镀过程中通过机械或超声搅拌镀液。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)本发明的“软基体+碳纳米管”型复合轴承材料，利用碳纳米管的独特性质来改善轴承合金的摩擦学特性，提高其耐磨性与疲劳抗力，利用镀层中碳纳米管的应力传递与均布作用来提高复合镀层的承载能力；

2)本发明通过合理设计复合镀层的组成，控制复合镀层中碳纳米管的体积分数、调整镀液中各类金属离子的配比，达到控制镀层硬度的升高，不损害其顺应性、嵌藏性的目的，避免了合金化强化导致基体硬度过高或硬质相过多而损失其摩擦学特性的问题；

3)本发明用电沉积方法制备碳纳米管增强复合材料，可有效地防止高温复合过程中，碳纳米管难以分散的问题，并可有效地防止高温复合过程中由于过度界面反应而形成脆性界面、导致材料整体性能下降的问题；

本发明的复合滑动轴承材料承载能力高，使用寿命长，本发明复合滑动轴承材料的制备方法简单实用。

4、具体实施方式：

实施例1：

上述普通巴氏合金为铅或锡基合金。

上述电沉积方法包括有如下步骤：

1)将普通滑动轴承钢背进行镀前处理；

2)在电镀槽的镀液中施镀。

上述普通滑动轴承钢背进行镀前处理为采用10g/L金属清洗剂在超声波中清洗数分钟，再经自来水漂洗。

本实施例中，被镀材料为普通滑动轴承钢背，阳极材料为铅板。

上述镀液包括有如下组份：Sn(BF₄)₂：8～12g/L，Pb(BF₄)₂：3～6g/L，HBF₄(即氟硼酸)：350～420g/L，明胶：4g/L，碳纳米管：0.5～1g/L。本实施例中，镀液包括有如下组份：Sn(BF₄)₂：10g/L，Pb(BF₄)₂：6g/L，HBF₄(即氟硼酸)：400g/L，明胶：4g/L，碳纳米管：0.5g/L。此外，上述镀液中添加有微量表面活性剂，使碳纳米管表面形成荷电层。

上述碳纳米管采用酸处理后放在镀液内。酸处理不但可以使碳纳米管变纯，还可以在碳纳米管表面形成羧基、醛基和一些含氧功能团，改善碳纳米管与溶液的浸润性。上述施镀过程中通过机械或超声搅拌镀液。

本实施例中，施镀工艺的电流密度为3A/dm²，施镀时间为30分钟，可获得轴承材料镀层厚度为：200μm，硬度32.1HB。

本发明利用碳纳米管作为增强相，采用复合电沉积方法制备“软基体合金(锡基或铅基)加碳纳米管”的复合轴承材料可以通俗的比喻成过去农村的“泥砖”，它由粘土和稻草混合制成，其中的稻草大大的提高了“泥砖”的强度与韧性，而“泥砖”的硬度却基本不变，新轴承材料模型中的“粘土”就是锡基或铅基合金，“稻草”就是碳纳米管，碳纳米管的作用是增加轴承材料的强度和韧性，这种新型轴承材料在保持软基体加硬质点型轴承合金的顺应性与镶嵌性，又大大提高其承载能力。

实施例2：

本实施例与实施例1相同，不同之处在于施镀工艺的电流密度为2A/dm²，施镀时间为35分钟，可获得轴承材料镀层厚度为：180μm，硬度28.6HB。

Claims

1、一种复合滑动轴承材料，包括有普通巴氏合金及碳纳米管，其中普通巴氏合金为基体，碳纳米管为增强体，其特征在于以滑动轴承的钢背为负极，将普通巴氏合金与碳纳米管增强体通过电沉积直接复合在滑动轴承的钢背上。

2、一种根据权利要求1所述复合滑动轴承材料的制备方法，其特征在于上述电沉积方法包括有如下步骤：

2)在电镀槽的镀液中施镀。

3、根据权利要求2所述复合滑动轴承材料的制备方法，其特征在于上述电沉积方法所用的镀液包括有如下组份：Sn(BF₄)₂：8～12g/L，Pb(BF₄)₂：3～6g/L，HBF₄：350～420g/L，明胶：4g/L，碳纳米管：0.5～1g/L。

4、根据权利要求3所述的复合滑动轴承材料的制备方法，其特征在于上述镀液中添加有微量表面活性剂。

5、根据权利要求3所述的复合滑动轴承材料的制备方法，其特征在于上述碳纳米管采用酸处理后放在镀液内。

6、根据权利要求3至5任一项所述的复合滑动轴承材料的制备方法，其特征在于上述电沉积方法在施镀过程中通过机械或超声搅拌镀液。