CN101775521A - 粉末冶金超高转速含油轴承及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉末冶金超高转速含油轴承及其制造方法。该轴承以重量百分比计，其成份组成含有Cu27-54％、Sn3-6％、MoS2 2-6％、La或Ce 0.2-2％、其余Fe以及不可避免的杂质，并采用下述方法制备，它是将上述各粉末按一定的配比组成的组合物经混合、低温扩散、压制成形、烧结、整形、浸油处理制成轴承。该轴承用添加固体润滑剂和用稀土作为其基体材料的活性催化剂和强化剂，有利于细化晶粒，烧结体产生细小通孔，连通率达95％以上。该轴承高速旋转时，润滑油在轴承内壁形成油膜，适用于旋转速度在34000转/分钟以上的超高转速电机。
Description
技术领域
本发明涉及一种烧结含油轴承及其制造方法，特别是涉及一种粉末冶金超高转速含油轴承及其制造方法。
技术背景
各种机器设备所用的微型电机轴承要求具有良好的减摩性能，又要求旋转轴在轴承内高速旋转时，机械滑动摩擦噪声低。目前，超高转速(34000转/分以上)电机开始运转时要求含油轴承达到规定的PV值，在边界润滑状态下，常规轴承一开始运转就会产生大量磨损。通常采用强化基体来改进耐磨性，诸如，加入磷和用添加固体润滑剂来改善边界润滑。倘若添加大量的细石墨粉作为固体润滑剂，则将使烧结含油轴承的透气性大大降低，从而使润滑油在轴承内的循环恶化。另外，混合于润滑油中的石墨粉还可能增大油的表观粘度，进而使已转为流体润滑后的摩擦系数增大，轴承温度升高，在轴承超高速运转时发生严重磨损，轴承失效，甚至发生抱轴现象。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种粉末冶金超高转速含油轴承及其制造方法。该轴承不仅适用旋转速度在34000转/分以上超高转速电机，而且摩擦系数小，机械滑动噪声低，具有良好的机械性能。
为了达到上述的目的，本发明所采用的技术方案是：本发明的一种粉末冶金超高转速含油轴承，以重量百分比计，它的成份组成含有Cu27-54％Sn3-6％ MoS22-6％ La或Ce 0.2-2％ 其余Fe以及不可避免的杂质。
本发明的粉末冶金超高转速含油轴承的制造方法，其具体步骤如下：
1、混合 以重量百分比计，将按照含Cu元素的粉末、含Sn元素的粉末30-60％、MoS22-6％、La或Ce元素粉末0.2-2％、其余为Fe及不可避免的粉末那样的配比组成的组合物充分混合；
上述粉末那样的配比组成的组合物中上述含Cu元素的粉末和含Sn元素的粉末为青铜粉末，上述青铜粉末为30-60％，上述青铜粉末含Cu 88-92％、Sn 9-11％；
2、低温扩散 将上述充分混合的粉末在扩散炉内通过200-400℃，在N气的保护下进行25-35分钟低温扩散，使部分金属预先合金化；
3、压制成形 将上述混合及低温扩散后的粉末置于模具中压制成形，压成压坯，压力为200-500MPa，压制密度为5.8-6.1g/cm3；
4、烧结 烧结处理是在主要元素的熔点温度以下进行的热处理，将上述压制成形的压坯在N和H还原气氛中，逐渐烧结加热经0.5-2小时，升温到400-600℃，再主烧结加热到820-910℃，保温0.5-2小时，然后再经1-2小时逐渐降温冷却至常温，烧结成合金烧结体，在烧结过程中MoS2粉作为固体润滑剂和用稀土作为Cu-Sn及Fe基体的活性催化剂和强化剂，有利于合金细化晶粒，提高减磨性能，合金分布更为均匀，烧结体内形成海绵状细小通孔，孔隙连通率为95％以上；
5、整形 将上述烧结体用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的密度及规定尺寸精度的压件；
6、浸油处理 将上述压件置于真空浸油机内进行浸油处理，浸油过程中保持80-100℃，使工件内的孔隙充满高温润滑油。以体积百分比计，上述含油轴承的含油率为20-25％。最佳含油率为21-23％。
本发明的粉末冶金超高转速含油轴承及其制造方法与现有技术相比较具有的优点和效果是：它采用添加MoS2粉作为固体润滑剂和用稀土作为Cu-Sn及Fe基体的活性催化剂和强化剂，使得Fe-Cu合金在低温状态下更加容易结合.经过混合及低温扩散工艺处理，原料粉末分布更均匀，同时稀土有利于合金细化晶粒，使烧结体内外产生海绵状细小通孔，连通率达95％以上，通过浸油处理，由于毛细现象使轴承充满高温润滑油。该轴承高速旋转时，润滑油被离心泵作用自动吸出，在轴承内壁形成油膜，提高了润滑效果。该轴承适用旋转速度在34000转/分钟以上的超高转速电机，由于轴承在烧结后，稀土元素能在该轴承的轴孔外表面形成一层光滑的自润滑金属膜，在MoS2颗粒周围形成薄层反应产物，在合金基体与MoS2颗粒之间起着粘结剂作用，从而可防止固体润滑剂混入润滑油中，旋转轴在轴承内径表面运转时磨擦阻力减少，增大减磨作用，高速运转过程中，减少轴承磨损，同时降低机械滑动噪声，保持轴承运转正常。
附图说明
图1是本发明的粉末冶金超高转速含油轴承的制造方法流程图；
图2是烧结工序中烧结体温度变化的的曲线图，横轴表示时间，纵轴表示烧结体温度；
图3A、图3B是本发明的粉末冶金超高转速含油轴承表面的金相组织图；
图3C、图3D是本发明的粉末冶金超高转速含油轴承表面的电镜组织图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步的详细说明，本实施例以本发明的技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明的粉末冶金超高转速含油轴承，以重量百分比计，它的成份组成含有Cu27-54％ Sn3-6％ MoS22-6％ La或Ce 0.2-2％ 其余Fe以及不可避免的杂质。
如图1、2所示，本发明的粉末冶金超高转速含油轴承的制造方法，它采用添加MoS2粉作为固体润滑剂和用稀土作为Cu-Sn及Fe基体的活性催化剂和强化剂，使得Fe-Cu合金分布在低温状态下更加容易结合.经过混合或低温扩散工艺处理，合金分布更均匀，同时稀土有利于合金细化晶粒，烧结体表面呈海绵状细小通孔，使得烧结体内外部孔隙连通性达95％以上，并对内表面孔隙进行了微细化处理，其具体步骤如下：
1、混合 以重量百分比计，将按照含Cu元素的粉末、含Sn元素的粉末30-60％、MoS22-6％、La或Ce元素粉末0.2-2％、其余为Fe及不可避免的粉末那样的配比组成的组合物充分混合；
上述粉末那样的配比组成的组合物中上述含Cu元素的粉末和含Sn元素的粉末为青铜粉末，上述青铜粉末为30-60％，上述青铜粉末含Cu 88-92％、Sn 9-11％；
2、低温扩散 将上述充分混合的粉末在扩散炉内通过200-400℃，在N气的保护下进行25-35分钟低温扩散，使部分金属预先合金化，促进原料粉末均匀，最大限度避免发生偏析；
3、压制成形 将上述混合及低温扩散后的粉末置于模具中压制成形，压成压坯，压力为200-500MPa，压制密度为5.8-6.1g/cm3；
4、烧结 烧结是制造过程中的关键工序。烧结处理不是使材料粉末全体完全熔融成为合金的，烧结处理是在主要元素的熔点温度以下进行的热处理，将上述压制成形的压坯在N和H还原气氛中，逐渐烧结加热经0.5-2小时，升温到400-600℃，再主烧结加热到820-910℃，保温0.5-2小时，然后再经1-2小时逐渐降温冷却至常温，烧结成合金烧结体，在烧结过程中MoS2粉作为固体润滑剂和用稀土作为Cu-Sn及Fe基体的活性催化剂和强化剂，有利于合金细化晶粒，提高减磨性能，合金分布更为均匀，烧结体内形成海绵状细小通孔，孔隙连通率为95％以上；
5、整形 将上述烧结体用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的密度及规定尺寸精度的压件；
6、浸油处理 将上述压件置于真空浸油机内进行浸油处理，浸油过程中保持80-100℃，使工件内的孔隙充满高温润滑油。以体积百分比计，上述含油轴承的含油率为20-25％。最佳含油率为21-23％。
图3A-图3D为材料的金相照片。其中图3A为该材料放大50倍下的未腐蚀照片。其中土黄色区域为铜锡，灰色区域为铁，黑色区域为孔隙。图3B、3C分别为放大200倍和500倍的腐蚀之后的照片，土黄色区域为铜锡，青色区域为铁。图3D为该材料的扫描电镜组织图，其中a对应的是铜锡，b对应的是铁，可以看到少量分散的铜、锡元素存在，而在铜锡区域也可以看到一些铁元素的存在，表明稀土的加入起到了活化烧结的作用，促进了铁与铜锡之间的扩散，从晶粒界面上可以看出稀土元素形成了光滑的薄层，增强了材料减摩性，并使基体的强度得到了提高。
以下是对本发明超高转速含油轴承的含油率、径向压溃强度、表观硬度的测定，结果列于下表：
下面对本发明的粉末冶金超高转速含油轴承与其它两种含油轴承在材料耐磨试验机(YQ-001)作耐磨试验，试验轴承规格：Φ6×Φ12×8，含浸油为YQ-28高温油。试验参数：PV值设定为100Mpa.m.min-1，轴运转速度为34000r/min，运转周期总时间为8小时，运转频率：运转5分钟，停止2.5分钟。随机取相同的轴承样品在相同的运转环境下，分别在试验0.5小时、5小时后，检测轴承的温升，运转8小时后检测轴承磨损量，见下表：
从上述三种含油轴承(材料)试验可以看出：序号1所采用的轴承材料标准为：MPIF 35标准CTG-1001-K23，该轴承经试验测试所得数据表明不能满足高速电机需求；序号2所采用的轴承材料标准为现行电动吸尘器高速电机轴承材料标准，该轴承经试验测试所得数据表明，不能满足超高速电机需求；序号3所采用材料为本发明粉末冶金超高转速含油轴承材料，该轴承经试验测试所得结果符合34000转/分钟超高速电机要求。
Claims (2)
1.一种粉末冶金超高转速含油轴承，其特征在于，以重量百分比计，它的成份组成含有Cu27-54％ Sn3-6％ MoS22-6％ La或Ce 0.2-2％其余Fe以及不可避免的杂质。
2.一种制造权利要求1所述的粉末冶金超高转速含油轴承的制造方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
①、混合 以重量百分比计，将按照含Cu元素的粉末、含Sn元素的粉末30-60％、MoS2 2-6％、La或Ce元素粉末0.2-2％、其余为Fe及不可避免的粉末那样的配比组成的组合物充分混合；
②、低温扩散 将上述充分混合的粉末在扩散炉内通过200-400℃，在N气的保护下进行25-35分钟低温扩散，使部分金属预先合金化；
③、压制成形 将上述混合及低温扩散后的粉末置于模具中压制成形，压成压坯，压力为200-500MPa，压制密度为5.8-6.1g/cm3；
④、烧结 烧结处理是在主要元素的熔点温度以下进行的热处理，将上述压制成形的压坯在N和H还原气氛中，逐渐烧结加热经0.5-2小时，升温到400-600℃，再主烧结加热到820-910℃，保温0.5-2小时，然后再经1-2小时逐渐降温冷却至常温，烧结成合金烧结体，在烧结过程中MoS2粉作为固体润滑剂和用稀土作为Cu-Sn及Fe基体的活性催化剂和强化剂，有利于合金细化晶粒，提高减磨性能，合金分布更为均匀，烧结体内形成海绵状细小通孔，孔隙连通率为95％以上；
⑤、整形 将上述烧结体用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的密度及规定尺寸精度的压件；
⑥、浸油处理 将上述压件置于真空浸油机内进行浸油处理，浸油过程中保持80-100℃，使工件内的孔隙充满高温润滑油。以体积百分比计，上述含油轴承的含油率为20-25％。最佳含油率为21-23％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Open date: 20100714 |