CN101880790A - 含油轴承用铜锡局部合金粉末及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及特殊合金及粉末冶金新材料领域，具体涉及一种含油轴承用铜锡局部合金粉末及其制备方法。本发明所述的含油轴承用铜锡局部合金粉末中各原料组分的比例是：Cu为89.5wt％～91.5wt％；Sn为8.5wt％～10.5wt％。本发明制备的含油轴承用铜锡局部合金粉末通过对原料铜粉按照其粒度级别进行组合，能够根据实际应用要求制备各种规格的合金粉末；同时通过对粒度的调整和组合、原材料松比和烧结温度的控制，实现了一定范围内的收缩率可控、松装密度可调以及良好的流动性，在后续处理过程中可以得到较理想的烧结体收缩率和良好的压制强度。

Description

含油轴承用铜锡局部合金粉末及其制备方法

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种含油轴承用铜锡局部合金粉末及其制备方法。

背景技术

微型电机含油轴承(简称：含油轴承)为滑动轴承的一种，是一类孔隙中含浸有润滑油的多孔性合金制品。当轴旋转时，因轴与含油轴承之间的摩擦使含油轴承的温度升高和泵吸作用，润滑油含渗出于含渗出于含油轴承之内径或外径的摩擦表面，当轴停止转动时。润滑油又回流于含油轴承内部。因此，润滑油的消耗量是非常的小，可在不从外部供给润滑油的情况下，长期运转使用。非常适合于供油困难与避免润滑油污染的场合。含油轴承具有自润滑性能好，负载较大，价格较低(与同规格轴承相比)的优点。目前，含油轴承应用于电机行业、家电行业、数码产品、办公设备、电动工具、纺织机械、包装机械等各类机械设备上。不同的工作条件需要含油轴承具有不同的材料和性能要求，如：一般的电动工具用含油轴承对耐磨性有特别的要求，音响机械用含油轴承则需要较低的摩擦系数等等。

粉末冶金技术作为具有制造性能材料的技术，又是一种降低制造成本的工业，目前广泛应用于家电、电动工具、汽车和工程机械等领域。随着科学技术的发展，对粉末冶金的需求和要求也越来越高。作为粉末冶金产品之一的含油轴承也朝着超精、超小、超长的方向发展，以符合微型电机和超微型电机的需求。

由于含油轴承是以金属粉末为主要原料经过粉末冶金法制作的多孔质烧结体，因此含油轴承中孔隙的数量、大小、形状及分布等性质均会很大程度上影响含油轴承的性质。而含油轴承的这些性质是由合成该含油轴承的金属粉末的性质以及在轴承的合成过程中的条件参数所决定的，尤其是原料粉末的特性会在很大程度上决定含油轴承的最终性能。

目前国内的含油轴承一般分为铜基、铁基、铜铁基等，主要使用还原铁粉、6-6-3青铜粉末、Cu-Sn青铜粉末等原料粉末，经成形、烧结制得。但是现有的原料粉末往往具有颗粒形状不佳、松装比重偏高等不足，而且制备的含油轴承往往具有含油率偏低、强度与收缩率无法平衡以及机械强度较低的技术缺陷。因此，如何通过改良原料粉末的性质以及含油轴承的制备工艺来改良含油轴承的性质是本领域目前亟待解决的问题。

现有技术中，一般通过喷雾法来制备铜锡合金粉末，即按铜锡的比例熔化后用介质压缩空气或高压水喷射铜锡溶液形成粉末。其生产流程图如下所示：

1、介质为压缩空气：按铜锡比例熔化-压缩空气喷射铜锡溶液-自然冷却-筛粉-包装；

2、介质为高压水：按铜锡比例熔化-高压水喷射铜锡溶液-水冷却-甩干-干燥-还原-粉碎-筛粉-包装。

虽然上述使用喷雾法制备粉末具有工艺简单，不偏析等优点，但该粉末的形状一般为球形，易造成成形不佳的缺陷；同时由于其工艺单一，对制造含油轴承的重要指标，如：松装密度、收缩率等重要指标参数无法进行调整，因此无法适应含油轴承的生产需要。由于喷雾法在熔化过程中，铜锡已经形成全部合金，因此会造成含油轴承制品在烧结过程中，锡不易分离流动从而形成死孔隙。而气喷雾化生产的粉末其主成分纯度不高，水雾化粉末除纯度不高外，含氧量还偏高。

除喷雾法生产铜锡合金粉外，对要求不高、且现有原料不能满足需要的，通常采用混合法生产铜锡合金，这种方法的主要缺点是：有重大偏析，收缩率偏大，所以这种方法生产的铜锡混合粉使用较少。

发明内容

本发明的目的是针对含油轴承制品在生产过程中出现的一系列问题和技术缺陷，综合成型、烧结、精整以及含油率等整套工艺，提供了一种微型电机含油轴承铜锡烧局部合金粉及其制备方法。为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现。

本发明提供了一种将原料铜粉和原料锡粉使用局部合金法和氢气还原烧结工艺制备的含油轴承用铜锡局部合金粉末，其特征在于，以铜锡粉末的总重量为基础计，各原料组分及其重量百分含量为：

Cu    89.5wt％～91.5wt％；

Sn    8.5wt％～10.5wt％。

优选的，上述含油轴承用铜锡局部合金粉末中各原料组分及其重量百分含量为(以铜锡粉末的总重量为基础计)：

Cu    90.5wt％～91.5wt％；

Sn    8.5wt％～9.5wt％。

所述原料铜粉由粒径级别不同的电解铜粉组成。

所述原料铜粉的各组分及其重量百分含量如下表所示：

电解铜粉种类	1	2	3
				筛孔尺寸(目)	-100～200目	-200～300目	-300目
级配比例(％)	20％～50％	30％-50％	10％-30％

优选的，所述原料铜粉的各组分及其重量百分含量为：

电解铜粉种类	1	2	3
				筛孔尺寸(目)	-100～200目	-200～300目	-300目
级配比例(％)	35％～40％	35％-40％	20％-30％

所述电解铜粉为树枝状、纯度为99.85％的电解铜粉，且该电解铜粉的粒径为-100目及以下，松比为2.2-2.5g/cm³。

所述原料锡粉为片状或不规则状的锡粉，且该锡粉的粒径为-350目及以下。

上述100目是指过100目筛网时，筛上物粉末的粒径为100目；-100目是指过100目筛网时，筛下物粉末的粒径为-100目；-200目、200目、-300目和300目的含义与此相同。

本发明含油轴承用铜锡局部合金粉末的制备方法包括如下步骤：

1)电解铜粉分级，将不同级别的电解铜粉按比例混合后获得原料铜粉；

2)将原料铜粉与原料锡粉按比例混合获得混合粉末；

3)将该混合粉末在450℃-650℃的温度下保温10-20分钟制得局部合金粉末；

4)将局部合金粉末进行粉碎，然后将粉碎后的粉末进行100目筛分；

5)将筛分后-100目的粉末与辅料混合。

所述步骤3)制得的局部合金粉末中，铜锡合金所占的重量百分比为20％-40％。

优选的，所述步骤3)制得的局部合金粉末中，铜锡合金所占的重量百分比为20％±5％。

所述合金比例可以使用显微镜进行检测。

所述步骤5)中的辅料选自硬脂酸和磷铜中的一种或多种。

本发明的含油轴承用铜锡局部合金粉末的性质测试结果为：

1)收缩率：x±0.1％，x为0.5～1.5任意数；

2)松装密度：y±0.1g/cm³ y为2.5～3.2任意数；

3)流动度≤30s/50g；

4)径向压溃强度≥18KG/mm²；

5)含油率：14～20％。

本发明的铜锡局部合金粉末作为粉末冶金制品的基础材料，主要应用于高精度、低噪音、高强度含有轴承制造的需求，配套于高精度要求的微型电机及超微型电机。本发明的铜锡局部合金粉末及其制备方法主要解决了如下技术问题：1、粒度分布、收缩率与强度之间的关系；2、粒度分布、松装密度与收缩率直接按的关系；3、温度控制与松装密度、压溃强度之间的关系；4、温度控制合金程度与孔隙度之间的关系；5、粉末形状与成形型、强度之间的关系。同时，满足了含油轴承的制造所需要的条件：含油轴承的成型：需要原料有一定的流动性和成型形；含油轴承的烧结：需要控制一定范围的收缩率和强度；含油轴承的精整：保证产品的回弹率和油孔孔隙率；含油轴承的含油：保证油孔连通和含油率的提高。

本发明能够根据不同客户的含油轴承制造工艺和模具要求，通过对原料铜粉进行分级，配制生产出符合其要求的含油轴承用铜锡局部合金粉。本发明的制备方法能够获取理想的烧结收缩率和松装密度，并得到良好的孔隙度，而烧结温度的调整一方面可制成目标局部合金效果半熔状态，另一方面可以在一定程度内调整收缩率和松装密度，温度越高，则收缩率越小，松比越大。可以配制生产出符合其要求的含油轴承用铜锡局部合金粉末，克服了现有技术中无法根据客户的不同需求来订制铜锡粉的技术缺陷。

具体实施方式

实施例1

1.1电解铜粉分级：对电解铜粉进行分级处理，将电解铜粉分为3种级别，按照下表中的百分比混合：

电解铜粉种类	1	2	3
				筛孔尺寸(目)	-100～200	-200～300	-300
级配比例(％)	40	40	20

使用上述粒径级别的铜粉按照比例混合制得原料铜粉。

1.2原料粉末的混合：

将上述原料铜粉按照比例与原料锡粉分别混合，其中原料铜粉与原料锡粉的重量百分比为：原料铜粉90.5wt％；原料锡粉9.5wt％。

1.3将该铜锡混合粉末在480℃的温度下保温20分钟进行烧结，然后通过显微镜测得本实施例的含油轴承用铜锡局部合金粉末中，铜锡合金的重量百分比为20％。

1.4将烧结后的粉末进行粉碎，将粉碎后的粉末进行100目筛分，然后将筛分后-100目的粉末与硬脂酸和磷铜混合即制得含油轴承用铜锡局部合金粉末，该铜锡局部合金粉末可用于制备通用铜基含油轴承。

1.5本实施例中含油轴承用铜锡局部合金粉末的性质测试：

1)收缩率：(-)0.85％；

2)松装密度：2.88g/cm³；

3)流动度≤30.5s/50g；

4)径向压溃强度≥21kgs/mm²；

5)含油率：14～22％。

实施例2

2.1电解铜粉分级：对电解铜粉进行分级处理，将电解铜粉分为3种级别，按照下表中的百分比混合：

电解铜粉种类	1	2	3
				筛孔尺寸(目)	-100～200	-200～300	-300
级配比例(％)	35	35	30

使用上述粒径级别的铜粉按照比例混合能够在后续处理中增大收缩率；可以再利用模具；可以大幅提高强度；同时相对烧结体变形大，对精准要求高。

2.2原料粉末的混合：

将上述混合原料铜粉按照比例与原料锡粉分别混合，其中混合原料铜粉与原料锡粉的重量百分比为：混合原料铜粉91.5wt％；原料锡粉8.5wt％。

2.3将该混合粉末在460℃的温度下保温20分钟进行烧结，然后通过显微镜检测得本实施例的含油轴承用铜锡局部合金粉末中，铜锡合金的重量百分比为20％。

2.4将烧结后的粉末进行粉碎，将粉碎后的粉末进行100目筛分，然后将筛分后-100目的粉末与硬脂酸和磷铜混合即制得含油轴承用铜锡局部合金粉末。

2.5本实施例的含油轴承用铜锡局部合金粉末的性质测试：

1)收缩率：(-)1.4％；

2)松装密度：2.80g/cm³；

3)流动度≤30.5s/50g；

4)径向压溃强度≥25kgs/mm²；

5)含油率：16～21％。

本实施例制备的含油轴承用铜锡局部合金粉末，通过对原料铜粉进行分级，能够获取理想的烧结收缩率和松装密度，并得到良好的孔隙度，而烧结温度的调整一方面可制成目标局部合金效果半熔状态，另一方面可以在一定程度内调整收缩率和松装密度，温度越高，则收缩率越小，松比越大。可以配制生产出符合实际应用要求的含油轴承用铜锡局部合金粉末，克服了现有技术中无法根据客户不同需求来订制铜锡粉的技术缺陷。

Claims (8)

1.一种含油轴承用铜锡局部合金粉末，由原料铜粉和原料锡粉通过部分合金法制得，以铜锡粉末的总重量为基础计，各原料组分及其重量百分含量为：

Cu    89.5wt％～91.5wt％；

Sn    8.5wt％～10.5wt％。

2.如权利要求1所述的含油轴承用铜锡局部合金粉末，其特征在于，所述含油轴承用铜锡局部合金粉末中，铜锡合金所占的重量百分比为20％-40％。

3.如权利要求1所述的含油轴承用铜锡局部合金粉末，其特征在于，所述原料铜粉由粒径级别不同的电解铜粉组成。

4.如权利要求3所述的含油轴承用铜锡局部合金粉末，其特征在于，所述电解铜粉为树枝状、纯度为99.85％的电解铜粉，且该电解铜粉的粒径为-100目及以下，松比为2.2-2.5g/cm³。

5.如权利要求3所述的含油轴承用铜锡局部合金粉末，其特征在于，所述原料铜粉的各组分及其重量百分含量为：-100目～200目的电解铜粉为20％-50％；-200目～300目的电解铜粉为30％-50％；-300目的电解铜粉为10％-30％。

6.如权利要求1所述的含油轴承用铜锡局部合金粉末，其特征在于，所述原料锡粉为片状或不规则状的锡粉，且所述锡粉的粒径为-350目及以下。

7.如权利要求1-6任一权利要求所述的含油轴承用铜锡局部合金粉末的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：

1)电解铜粉分级，将不同级别的电解铜粉按比例混合后获得原料铜粉；

2)将原料铜粉与原料锡粉按比例混合获得混合粉末；

3)将该混合粉末在450℃-650℃的温度下保温10-20分钟制得局部合金粉末；

4)将局部合金粉末进行粉碎，然后将粉碎后的粉末进行100目筛分；

5)将筛分后-100目的粉末与辅料混合。

8.如权利要求7所述含油轴承用铜锡局部合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中的辅料选自硬脂酸和磷铜中的一种或多种。