CN101806324A - 无铅双金属滑动轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无铅双金属滑动轴承。旨在提供一种技术性能指标与含铅双金属滑动轴承相当，但不含铅也不含铋的另一种无铅铜合金轴承材料制得的双金属滑动轴承。用双金属滑动轴承板材经常规的卷制成型等加工制成，所述的双金属滑动轴承板材以钢为基材，在基材的一个表面上烧结一层合金铜粉，制成双金属滑动轴承板材，其特征是所述合金铜粉质量百分比的分配是锡(Sn)5～12％，镍(Ni)1～2％，铟(In)0.05～0.20％，铜(Cu)余量和不可避免的杂质。该发明为制造无铅的双金属滑动轴承提供了另一条广阔的途径，对环境保护和人体健康起到了积极的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种滑动轴承，尤其涉及又一种无铅双金属滑动轴承。
背景技术
以优质碳素钢为基体，表面烧结青铜粉，适用于重载低速下的摇摆运动、旋转运动，具有摩擦系数低、耐磨性能好、使用寿命长、抗咬合性能好等特点。铜合金属层表面可以根据工况需要加工出各型式的油槽、储油坑、油穴等，以适合于无法加油或难以加油的场合。广泛使用于矿山机械、汽车、建筑机械、农用机械、轧钢机械等。传统的双金属滑动轴承是在平面钢板上直接烧结青铜粉成双金属轴承材料后卷制而成双金属滑动轴承，因铅的特性质柔软、易粘附、抱合性能好与润滑油的亲和性好，所以长期用于润滑减摩材料中特别在滑动轴承零件中更为广泛使用。CuSn4Pb24、CuSn10Pb10是目前最常用的双金属轴承的青铜粉材料。
铅是一种重金属，有毒性，对人体健康有危害。科学的发展使人们认真到长期广泛使用含铅产品对环境和人类的健康带来不可忽视的危害，欧盟率先于2003年推出了RoHS指令，要求在电子电器设备中禁止使用或限量使用铅等六种有害物质。随之欧洲、日本、美国也制定相关法规和严格的日程，禁止含铅汽车零件的使用，并逐步禁止使用含铅的产品。与国际接轨和融合，国内汽车零件无铅化也势在必行。
目前世界上许多国家针对上述双金属滑动轴承的无铅化，已研究出多种制作方案：如日本大丰工业株式会社的中国专利号ZL 200510083797.7用于燃油喷射泵的无铅轴承，包含质量百分比为1％～30％的铋(Bi)和其平均颗粒直径在10μm～50μm之间，质量百分比0.1％～10％硬质颗粒物，其余成分为Cu和不可避免的杂质。如FEDERAL MOGUL公司申请的专US2008/0166578A1一种改进耐磨性的铜-锡-铋合金轴承材料(也可包括磷)具有优异的强度，也具有很好的润滑性。以上专利的特点都是以金属铋替代金属铅，并达到含铅双金属滑动轴承的基本性能。另外国外MNMLE轴承公司公开CuSn8Ni1无铅青铜材料，我们通过试验分析发现在摩擦磨损试验中，当试验条件：在浸油润滑的条件下，压力P＝7.0MPa，速度V＝2.0m/s，结果试验只坚持了18min时间，磨损加剧和温升迅速飞升，试验失败。
发明内容
本发明的目的是寻找一种用不含铅也不含铋的另一种无铅合金轴承材料制得的双金属轴承，其性能达到含铅双金属滑动轴承的技术指标。
为了达到上述要求，本发明的技术解决方案是：由双金属滑动轴承板材经常规的卷制成型等加工制成，所述的双金属滑动轴承板材以钢为基材，在基材的一个表面上烧结一层合金铜粉，制成双金属滑动轴承板材，其特征是所述合金铜粉质量百分比的分配是锡(Sn)5～12％，镍(Ni)1～2％，铟(In)0.05～0.20％，铜(Cu)余量和不可避免的杂质。
通过多方向、多途径的试验发现，当在Cu、Sn、Ni无铅青铜材料中加入微量的铟(In)，出现了意想不到的效果。顺利通过了MPV-20摩擦磨损试验(P＝7.0MPa，V＝2.0m/s，时间10h，浸油)。试验结束观察轴和轴承的摩擦表面，发现有一定量的锡迁移到轴承的表面，而在对磨轴的表面也出现了含锡的痕迹，而对于普通用含锡材料制成的双金属滑动轴承则无此现象，因此，可以这样认为铟在基体中起到了将锡带至轴承表面的有效作用，因而轴承在使用中能提高抗磨性能和抗咬合性能。该发明为制造无铅的双金属滑动轴承提供了另一条广阔的途径，对环境保护和人体健康起到了积极的作用。
具体实施方式
以下通过实施例与用现有含铅双金属轴承材料制成的滑动轴承作为比较例，对它们的性能进行比对。
所述的双金属滑动轴承由双金属滑动轴承板材经常规的卷制成型等加工制成，所述的双金属滑动轴承板材以钢为基材，在基材一个表面上烧结一层合金铜粉，制成双金属滑动轴承板材，其特征是所述合金铜粉质量百分比的分配是锡(Sn)5～12％，镍(Ni)1～2％，铟(In)0.05～0.20％，铜(Cu)余量和不可避免的杂质。
下面结合具体实施例，对使用合金铜粉作进一步阐述本发明。应这样理解下面的实施例，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。
| 序号 | 锡(％) | 镍(％) | 铟(％) | 铜(％) | 杂质(％) |
| 实施例1 | 8.44 | 1.30 | 0.08 | 89.69 | 0.49 |
| 实施例2 | 6 | 1 | 0.20 | 92.27 | 0.53 |
| 实施例3 | 7 | 1.5 | 0.10 | 91 | 0.4 |
| 实施例4 | 5 | 2 | 0.15 | 92.4 | 0.45 |
| 实施例5 | 10 | 1.6 | 0.05 | 87.8 | 0.55 |
| 实施例6 | 12 | 1.2 | 0.18 | 86.02 | 0.6 |
实施例1用1.5mm厚优质碳素钢板，在钢板的一个表面上按传统工艺烧结一层青铜粉，青铜粉的重量百分成份是：Cu 89.69％；Sn 8.44％；Ni 1.30％；In 0.08％；余量为不可避免的杂质，青铜粉的颗径小于100μm。制得本专利公开的无铅双金属轴承的材料。按以下要求制成各类试样件，测得试验数据。
1、铜层硬度：69.0HB(试件尺寸37mm×37mm×2mm)
2、压缩变形：(试件尺寸10mm×10mm×2mm)
| 正压力MPa | 压缩变形量mm |
| 100 | 0 |
| 200 | 0.002 |
| 250 | 0.006 |
| 300 | 0.007 |
3、铜层与钢板的结合牢度测试(试件尺寸150mm×20mm×2mm)
台钳夹住试件，先向铜层面弯曲90度，再反方向弯曲180度。观察铜层面有网状裂纹但无脱层，判定为合格。
4、MMD-10端面摩擦磨损性能试验(试件尺寸37mm×37mm×2mm)
试验条件：浸油润滑加压P＝5.0MPa，相对滑动速度V＝1.0m/s，试验时间3h。
试验结果：磨损量0.03mm，摩擦系数0.092，温升91℃。
5、MPV-20旋转摩擦磨损试验(试件尺寸Φ39mm×Φ35mm×20mm)
试验条件：浸油润滑加压P＝7.0MPa，相对滑动速度V＝2.0m/s，试验时间10h。
试验结果：磨损量0.031mm，摩擦系数0.037，温升81℃。
6、XZJ-PV200正反旋转摩擦磨损性能试验(试件尺寸Φ54mm×Φ50mm×47mm)
试验条件：浸油润滑加压P＝2.5MPa，相对滑动速度V＝1.53m/s，试验时间50h。
试验结果：磨损量0.010mm，摩擦系数0.025，温升39℃。
比较例
用1.5mm厚优质碳素钢在表面按传统工艺烧结青铜粉，青铜粉的重量百分成份是：Cu79.76％；Sn 10.13％；Pb 9.61％；余量为不可避免的杂质，青铜粉的颗径小于100μm。制得常规的含铅双金属轴承的材料。按以下要求制成各类试样件，测得以下试验数据。
1、铜层硬度：72.0HB(试件尺寸37mm×37mm×2mm)
2、压缩变形：(试件尺寸10mm×10mm×2mm)
| 压力MPa | 变形量mm |
| 100 | 0 |
| 200 | 0.002 |
| 250 | 0.005 |
| 300 | 0.006 |
3、结合牢度测试(试件尺寸150mm×20mm×2mm)
台钳夹住试件，先向铜层面弯曲90度，再反方向弯曲180度。观察铜层面有网状裂纹但无脱层，判定为合格。
4、MMD-10端面摩擦磨损性能试验(试件尺寸37mm×37mm×2mm)
试验条件：浸油润滑加压P＝5.0MPa，相对滑动速度V＝1.0m/s，试验时间3h。
试验结果：磨损量0.018mm，摩擦系数0.080，温升92℃。
5、MPV-20旋转摩擦磨损试验(试件尺寸Φ39mm×Φ35mm×20mm)
试验条件：浸油润滑加压P＝7.0MPa，相对滑动速度V＝2.0m/s，试验时间10h。
试验结果：磨损量0.022mm，摩擦系数0.026，温升70℃。
6、XZJ-PV200正反旋转摩擦磨损性能试验(试件尺寸Φ54mm×Φ50mm×47mm)
试验条件：浸油润滑加压P＝2.5MPa，相对滑动速度V＝1.53m/s，试验时间50h。
试验结果：磨损量0.008mm，摩擦系数0.025，温升35℃。
实施例1与比较例是在相同厚度、相同优质碳素钢按相同工艺路线用含铅与无铅的青铜粉分别烧结一铜层获得双金属轴承材料，又按试验要求制作相同试件尺寸的试样件。经6个项目的性能测试，其结果表明：其性能指标基本在同一数量级上，两者性能接近；因此在无铅的青铜粉中加入微量铟(In)替代含有大量铅的CuSn10Pb10青铜粉能获得同等效果，这可大大改善滑动轴承中含铅所带来的危害。
Claims (1)
1.一种无铅双金属滑动轴承，是由双金属滑动轴承板材经常规的卷制成型等加工制成，所述的双金属滑动轴承板材以钢为基材，在基材的一个表面上烧结一层合金铜粉，制成双金属滑动轴承板材，其特征是所述合金铜粉质量百分比的分配是锡(Sn)5～12％，镍(Ni)1～2％，铟(In)0.05～0.20％，铜(Cu)余量和不可避免的杂质。
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