CN102251144B - 一种高强度高耐磨配流盘及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高强度高耐磨配流盘及其制备方法。所述的高强度高耐磨配流盘，包括铁基板，其特征在于，所述的铁基板上依次形成有电镀铜层和铜合金烧结层，所述的铜合金烧结层由：Zn0.125～0.145%、Pb13～15%、Sn5～7%、Fe0.4～0.6%、Si0.25～0.28%、Se0.07～0.1%、P0.007～0.009%、Ag0.0035～0.0038%、Cr0.004～0.006%、S0.05～0.07%、As0.1～0.2%、Bi0.03～0.04%等原料制成。本发明具有好的强度和耐磨性。

Description

一种高强度高耐磨配流盘及其制备方法

技术领域

本发明涉及配流盘与缸体摩擦副中配流盘的新材料及其制备方法，属于挖掘机配件技术领域。

背景技术

各种类型的挖掘机机械广泛应用于民用，交通运输、水利工程、矿山采掘以及现代军事工程的机械化施工。单斗液压挖掘机主要是由工作装置（包括动臂、斗杆和铲斗）、回转和行走机构组成。对于履带式液压挖掘机，其行走机构是通过两个液压马达来驱动的，无支腿装置。在轴向柱塞行走马达中，旋转的缸体和配流盘所构成的配流机构是一对摩擦副。为了使其在所要求的工况下稳定工作，它不仅应该能承受巨大的压紧力，而且应具有密封作用和润滑作用。为了改善摩擦副，特别是配流盘过早磨损和烧伤，延长摩擦副使用寿命，丞待研究开发抗咬合性好且高耐磨性的新材料来制造配流盘。

目前市场上的配流盘使用材料大多为纯铜或双合金烧结材料，其中双合金烧结材料又由金属铜（铜含量＞85%)、少数微量元素（Mn、C、Si和Fe等）和铁基材料烧结而成。但是使用纯铜的材料，相应抗塑性变形的能力就比较差，同时抵制外来磨粒嵌入的能力也相对要低。因此使用纯铜材料的配流盘，在运动时发生变形，非常容易造成过早的“粘铜”而磨损。双合金烧结材料相比来说，变形会相对好些，因为其含有铁基材料，但是上面的铜合金层由于还有大量的铜，硬度和强度还是不够，还是比较容易“粘铜”的。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高强度、高耐磨性和较好的抗咬合性的配流盘及其制备方法，避免轴向柱塞行走马达中配流盘与缸体两个配合摩擦副过早磨损和烧伤。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高强度高耐磨配流盘，包括铁基板，其特征在于，所述的铁基板上依次形成有电镀铜层和铜合金烧结层，所述的铜合金烧结层由以下以重量百分比计的原料制成：Zn 0.125～0.145%、Pb 13～15%、Sn 5～7%、Fe 0.4～0.6%、Si 0.25～0.28%、Se 0.07～0.1%、P 0.007～0.009%、Ag 0.0035～0.0038%、Cr 0.004～0.006%、S 0.05～0.07%、As 0.1～0.2%、Bi 0.03～0.04%、Al 0.002～0.004%、Au 0.004～0.005%、Zr 0.009～0.011%、B 0.0001～0.0003%、C 0.07～0.10%、 Nb 0.0007～0.0009%、Ti 0.006～0.008%、Mn<2ppm、Be<2ppm、Sb<3ppm、Co<2ppm、Pt<2ppm以及Cu余量。

优选地，所述的铁基板的材料为S45C。

本发明还提供了上述高强度高耐磨配流盘的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将铁基板加工成所需形状，采用常规的镀铜方法在铁基板的待烧结面上形成的电镀铜层，将铜合金烧结层的各种原料混合，搅拌均匀，压成与铁基板具有相同横截面形状的压块，将其置于电镀铜层上，送入烧结炉中进行烧结，冷却即可得到高强度高耐磨配流盘。

优选地，所述的电镀铜层的厚度为0.03～0.05mm。

优选地，所述的压块的厚度为1.2～1.5mm。

优选地，所述的烧结的条件为：温度为800℃±10℃，压力为2吨，烧结时间为4个小时。

优选地，所述的冷却过程为：先随炉温冷却到200℃，取出来室温空冷。

本发明的优点是，添加了铜元素以外的合金元素能形成硬质相，使材料具有好的强度和耐磨性。这样铁基和合金烧结的结合力能达到理想的设计要求，且这样成分的配流盘和缸体配合，在其他工艺条件保证的情况下，能从根本上解决摩擦副过早磨损和烧伤的问题。

具体实施方式

下面结合实施例来具体说明本发明。

实施例1

    一种高强度高耐磨配流盘，包括铁基板，所述的铁基板上依次形成有电镀铜层和铜合金烧结层，所述的铜合金烧结层由以下以重量百分比计的原料制成：Zn 0.135%、Pb 14%、Sn 6%、Fe 0.5%、Si 0.26%、Se 0.085%、P 0.008%、Ag 0.00365%、Cr 0.005%、S 0.06%、As 0.15%、Bi 0.035%、Al 0.003%、Au 0.0045%、Zr 0.010%、B 0.0002%、C 0.085%、 Nb 0.0008%、Ti 0.007%、Mn 1ppm、Be 1ppm、Sb 2ppm、Co 1ppm、Pt 1ppm以及Cu余量。

    其制备方法为：1、制备铁基板，采购材料为S45C的铁基体钢板或圆钢进行机加工，一般加工成到圆饼状，厚度根据零件最终厚度而定。加工后要求需进行烧结的那面平面度≤0.05mm，粗糙度（光洁度）在1.6～3.2之间。2、制备电镀铜层，这是由于固态铁和液态铜之间的热力学亲和力较大，故需要此电镀工序。具体操作是：将机加工好的铁基体清洗干净，在烧结面表面电镀一层铜（要求铜粉末粒度为200目），电镀铜的厚度在0.04mm，电镀层不得有起皮起皱现象；3、制备铜合金层，此合金层需要烧结工艺来实现。由上表中以重量份计的各元素组成，要求各粉末粒度均为200目。该组合物的制备首先需要经混料搅拌机搅拌均匀后，用20吨左右的压力机压成厚度为1.35mm，直径与铁基板相同的圆饼。将压好合金铜层履盖在铁基板的烧结面，合金面朝上地装入烧结炉。烧结炉顶部以重力形式加压2吨。烧结炉加温到800℃±10℃，保温4个小时，然后随炉温冷却，冷却到200℃时取出来室温空冷，烧结工作即算完成。

新配方配流盘性能与其它配方配流盘性能对比：

将如上制备方法烧结出来的配流盘与传统工艺（包括纯铜和传统双合金烧结材料）制作的配流盘毛坯进行机加工后，分别测量厚度（两者厚度相差值在0.1mm内）和平面度（设计要求3～5um，选择平面度均为3um的进行试验）。

然后先后装到同一台行走马达（试验顺序是纯铜制作的配流盘组、本发明制备方法烧结出来的配流盘组和传统的双合金烧结制作的配流盘组，每组包括5个样品），在试验台位上进行50小时运转后再装到同一台挖掘机整机上进行200小时强化试验，试验前后得出如下试验数据：

    经过试验证明，本发明的配流盘加入铜以外的合金元素能形成硬质相，使材料具有更好的强度和耐磨性，且不影响马达的性能。

Claims (7)

1.一种高强度高耐磨配流盘，包括铁基板，其特征在于，所述的铁基板上依次形成有电镀铜层和铜合金烧结层，所述的铜合金烧结层由以下以重量百分比计的原料制成：Zn 0.125～0.145%、Pb 13～15%、Sn 5～7%、Fe 0.4～0.6%、Si 0.25～0.28%、Se 0.07～0.1%、P 0.007～0.009%、Ag 0.0035～0.0038%、Cr 0.004～0.006%、S 0.05～0.07%、As 0.1～0.2%、Bi 0.03～0.04%、Al 0.002～0.004%、Au 0.004～0.005%、Zr 0.009～0.011%、B 0.0001～0.0003%、C 0.07～0.10%、 Nb 0.0007～0.0009%、Ti 0.006～0.008%、Mn<2ppm、Be<2ppm、Sb<3ppm、Co<2ppm、Pt<2ppm以及Cu余量。

2.如权利要求1所述的高强度高耐磨配流盘，其特征在于，所述的铁基板的材料为S45C。

3.权利要求1所述的高强度高耐磨配流盘的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将铁基板加工成所需形状，采用常规的镀铜方法在铁基板的待烧结面上形成的电镀铜层，烧结时顶部施加2吨重压，温度800℃±10℃，保温4小时；将铜合金烧结层的各种原料混合，搅拌均匀，压成与铁基板具有相同横截面形状的压块，将其置于电镀铜层上，送入烧结炉中进行烧结，冷却即可得到高强度高耐磨配流盘。

4.如权利要求3所述的高强度高耐磨配流盘的制备方法，其特征在于，所述的电镀铜层的厚度为0.03～0.05mm。

5.如权利要求3所述的高强度高耐磨配流盘的制备方法，其特征在于，所述的压块的厚度为1.2～1.5mm。

6.如权利要求3所述的高强度高耐磨配流盘的制备方法，其特征在于，所述的烧结的条件为：温度为800℃±10℃，压力为2吨，烧结时间为4个小时。

7.如权利要求3所述的高强度高耐磨配流盘的制备方法，其特征在于，所述的冷却过程为：先随炉温冷却到200℃，取出来室温空冷。