CN102168202A

CN102168202A - 一种金属基自润滑复合轴承材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102168202A
Application number: CN 201110093623
Authority: CN
Inventors: 刘利利
Original assignee: DALIAN HONGRUN COMPOSITE BEARING Co Ltd
Current assignee: DALIAN HONGRUN COMPOSITE BEARING Co Ltd
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2011-08-31

Abstract

本发明公开了一种金属基自润滑复合轴承材料及其制备方法，原料的组成及质量分数为：镀铜石墨粉10～25%、锡粉5～15%，其余量是铜粉。所述材料中还含有铅粉，其质量分数≤10%。将上述原料按比例混合均匀后涂敷于基体材料表面，在N₂和H₂的混合气氛下进行二次烧结，然后进行热处理得到最终产品。本发明采用粉末冶金液相烧结与熔渗技术相结合的方法，产品致密度提高，机械性能优异，成本低廉。真正意义上实现了金属与石墨的冶金结合，整个复合材料形成有机整体，性能均一化程度高，性能稳定，工艺控制性良好，摩擦学性能明显提高，技术优势和成本优势大，具有良好的市场前景。

Description

一种金属基自润滑复合轴承材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种滑动轴承材料，具体说是一种金属基自润滑复合轴承材料及其制备方法。

背景技术

铜合金作为重要的的滑动摩擦应用材料，广泛应用于各种摩擦场合，其各类复合材料的开发也日新月异。铜及铜合金凭借优异的综合性能，在滑动轴承行业占有一席之地。

目前针对铜合金与石墨复合材料滑动轴承的制造技术主要有两种。一是运用粉末冶金技术制作铜/石墨复合材料，因其有良好的减磨耐磨性能，耐高温、抗氧化和耐腐蚀等优点的轴承材料；但其制造的滑动部件，在含石墨低的时候，干摩擦条件下，滑动阻力大，温升高的情况，会发生剧烈摩擦，出现抱轴现象；而石墨含量高的情况，减摩性能得以改善，而机械性能将明显下降，耐磨性能也由于材料的硬度下降而降低。另一种是双金属自润滑滑动复合材料，相对于粉末冶金方法来说，其具有低摩擦、高耐磨、高机械强度、节约有色金属使用量成本低，减少轴承占据空间的优势，在轴承行业得到迅速的发展应用。这种材料的工作机理是在轴承开始运转时，铜合金层开始发生磨损，此时，石墨从轴承表面释放出来，由于配合端面有一定的粗糙度，石墨机械的粘附在接触表面，从而形成由石墨组成的低摩擦表面，依赖这个表面，自润滑轴承得以继续工作，使其磨损率非常低。当发生磨损时，所形成的润滑膜，只要出现破坏，将被轴承中再次释放出来的石墨修补，双金属轴承就是通过这种干摩擦机理实现的自润滑性能的。目前，双金属的制造工艺特征是，在金属板上涂覆锡青铜粉与石墨的混合物，经过一定的保护还原气氛高温烧结，后进行机加工、热处理等工序制作成相应的产品。现今产品虽然有承载能力高，耐磨性能好，摩擦系数低，使用温度范围宽，尺寸稳定性能好，结构紧凑等优点，但国内大型和超大型的电站仍在选用进口产品，原因在于国内产品的综合性能，特别是在尺寸稳定性和摩擦性能方面与国外同类产品仍有较大的差距。其关键因素在于石墨的铜合金的晶体结构差异，导致相互润湿效果差，形成不了有效的键合连接，只能依靠机械互锁作用将石墨卡在空隙内，石墨与铜合金之间是相互分离的。没有结合力的作用，石墨在烧结过程中将严重阻隔金属粉之间的连通，烧结颈的形成受阻，不利于金属形成连续结构体，容易出现内裂纹，严重削减基体的承载能力。另一方面，由于石墨与铜合金的密度差异显著，使得石墨在合金粉中不容易得到均匀分散体系，影响材料性能的均一度和稳定性，甚至出现偏析，导致烧结失效，影响品质。众多因素的综合作用导致的结果是目前产品中石墨的添加量仅为4%以下，严重影响复合材料的性能，特别是摩擦系数的增加，许用滑动速度的降低，以及因石墨的阻隔作用而降低合金粉的结合牢度，使得承载能力和耐磨性变差。因此，如何提高石墨含量，改善基体结合强度成为提高品质的关键。中国专利101704104A所公开的一种滑动轴承制作方法采用瞬间烧结的方式，虽然一定程度上提高了石墨的含量，但是从根本上来说还是没有避免石墨与铜不润湿的核心问题，烧结过程仍然面对石墨的阻断作用，产品稳定性提高幅度有限。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种金属基自润滑复合轴承材料及其制备方法，本发明利用化学复合镀技术，对石墨表面进行修饰，很好的解决了石墨与铜粉之间的相容性差的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种金属基自润滑复合轴承材料，原料的组成及质量分数为：镀铜石墨粉10~25%、锡粉5~15%，其余量是铜粉。

所述材料中还含有铅粉，其质量分数≤10%。

所述镀铜石墨粉是用化学镀铜法在石墨表面沉积一层铜，其铜占镀铜石墨总重的30~50%。

所述原料的粒度为：镀铜石墨10~100μm，锡粉40~100μm，铜粉40~100μm，铅粉20~100μm。

所述金属基自润滑复合轴承材料的制备方法是将所述原料按比例混合均匀后涂敷于基体材料表面，在N₂和H₂的混合气氛下进行烧结，烧结温度控制在350~850℃，冷却后轧制，调平后进行二次烧结，烧结温度控制在400~700℃，然后进行热处理。

所述N₂和H₂的混合气氛是氨分解得到的。

在烧结过程中，具有镀层的石墨由于镀层的存在，明显改善石墨与金属之间的润湿性，降低石墨的阻隔作用，可以视为铜粉参与烧结。因此，整个烧结过程类似于Cu-Sn-Pb烧结合金的液相烧结过程，在较低的温度就会形成液相。在232℃时，出现锡的熔体，在327℃时，出现铅的熔体。液相对铜具有良好的润湿性，并沿着铜颗粒表面漫流。研究表明，锡向铜中扩散，形成锡在铜中的α固溶体。铅能很好的润湿铜，但不能与铜作用。随着烧结温度的升高，引起铅颗粒或多或少的凝聚。与这一过程相联系的是集体的再结晶。在650℃以下，基体晶粒相当细。在750℃可以观察到相当多的再结晶和铅的凝聚物。因此，烧结材料的组织是：锡进入铜中的α固溶体，以及填充在这些固溶体晶粒之间的空隙中的铅的夹杂物，形成锡青铜合金层，石墨均匀分布在铜合金减磨层中。在运行过程中，减磨层受载荷作用后，固体润滑剂将从表面释放出来，在摩擦表面形成固体润滑剂层，最终达到减磨效果。该金属基自润滑复合轴承材料的断面结构如图1所示。

本发明的有益效果是：采用粉末冶金液相烧结与熔渗技术相结合的方法，产品致密度提高，机械性能优异，成本低廉。真正意义上实现了金属与石墨的冶金结合，整个复合材料形成有机整体，性能均一化程度高，性能稳定，工艺控制性良好，摩擦学性能明显提高，技术优势和成本优势大，具有良好的市场前景。

附图说明

图1金属基自润滑复合轴承材料断面示意图。

图中：1、基体；2、铜合金减磨层；3、石墨；4、固体润滑剂膜。

具体实施方式

实施例1

金属基自润滑复合轴承材料的组成及质量分数为：铅粉5%，锡粉13%和镀铜石墨粉20%，余量为铜粉。将上述材料混合均匀后涂覆于基体材料表面，在氨分解气氛下烧结，烧结温度是450℃，待冷却后进行轧制以提高致密度，调平后进行二次烧结，烧结温度是500℃，然后进行热处理得到最终产品。

实施例2

金属基自润滑复合轴承材料的组成及质量分数为：铅粉5%，锡粉13%和镀铜石墨粉16%，余量为铜粉。将上述材料混合均匀后涂覆于基体材料表面，在氨分解气氛下烧结，烧结温度是550℃，待冷却后进行轧制以提高致密度，调平后进行二次烧结，烧结温度是600℃，然后进行热处理得到最终产品。

实施例3

金属基自润滑复合轴承材料的组成及质量分数为：铅粉5%，锡粉13%和镀铜石墨粉12%，余量为铜粉。将上述材料混合均匀后涂覆于基体材料表面，在氨分解气氛下烧结，烧结温度是750℃，待冷却后进行轧制以提高致密度，调平后进行二次烧结，烧结温度是650℃，然后进行热处理得到最终产品。

按照上述配方和工艺所得到的产品的性能参数见下表。

Figure 2011100936234100002DEST_PATH_IMAGE001

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种金属基自润滑复合轴承材料，其特征在于，原料的组成及质量分数为：镀铜石墨粉10~25%、锡粉5~15%，其余量是铜粉。

2.根据权利要求1所述的金属基自润滑复合轴承材料，其特征在于，所述材料中还含有铅粉，其质量分数≤10%。

3.根据权利要求1所述的金属基自润滑复合轴承材料，其特征在于，所述镀铜石墨粉是用化学镀铜法在石墨表面沉积一层铜，其铜占镀铜石墨总重的30~50%。

4.根据权利要求2所述的金属基自润滑复合轴承材料，其特征在于，所述原料的粒度为：镀铜石墨10~100μm，锡粉40~100μm，铜粉40~100μm，铅粉20~100μm。

5.如权利要求1-4任一项所述的金属基自润滑复合轴承材料的制备方法，其特征在于，将所述原料按比例混合均匀后涂敷于基体材料表面，在N₂和H₂的混合气氛下进行烧结，烧结温度控制在350~850℃，冷却后轧制，调平后进行二次烧结，烧结温度控制在400~700℃，然后进行热处理。

6.根据权利要求5所述的金属基自润滑复合轴承材料的制备方法，其特征在于，所述N₂和H₂的混合气氛是氨分解得到的。