CN102562808B - 一种轴瓦基底层 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴瓦基底层，其特征在于所述轴瓦基底层为一铜合金，由锡镍铋锰铜合金构成的粉末烧结体，锡镍铋锰铜合金中各元素的重量百分配比是：锡8~12%，镍0.7~1.3%，铋2~5%，锰0.6~3%，余量为铜。本发明轴瓦基底层具有不含铅，环保无污染，承载能力高，耐腐蚀，耐高温及稳定不变形的优点。

Description

一种轴瓦基底层

技术领域

本发明涉及轴瓦技术领域，具体来说涉及一种轴瓦的基底层。

背景技术

内燃机滑动轴承主要包括轴瓦、衬套、翻边瓦及止推片。滑动轴承的主要作用有：1、支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度；2、减少转轴与支承之间的摩擦与磨损。对于汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机等这些需要高速、重载、高精度、结构上需要剖分的场合均需采用滑动轴承，因此滑动轴承是内燃机滑动轴承中的重要零件。而轴瓦是轴承的重要构件之一，是滑动轴承和轴接触的部分，主要作用是承载轴颈所施加的作用力、保持油膜稳定、使轴承平稳地工作并减少轴承的摩擦损失。因此它是发动机最关键的零件之一，轴瓦性能的好坏直接影响着发动机的性能。随着内燃机向高载、环保方向发展，对轴瓦性能的要求不断提高，要求轴瓦材料不仅有高的承载能力和抗疲劳强度，同时具有良好的环保性能，目前还没有一种能满足上述要求的滑动轴承材料。

传统的铜基合金轴瓦基底层是一种铜铅双金属钢带（如CuPb20Sn4、CuPb24Sn等），其在高承载内燃机上得到了广泛的应用。但是该材料中铅的含量比较高，对环境破坏较大，不符合社会发展需要，所以迫切需要一种能替代传统铜基合金材料的环保型轴瓦基底层合金材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种使轴瓦具有高承载能力、抗疲劳强度高、环保无污染的新型轴瓦基底层，不含铅，而且消除轴瓦基底层表面明显分布的微小孔洞，并且提高轴瓦基底层的硬度与抗咬合性能。

本发明的技术方案是：

    一种轴瓦基底层，其特征在于所述轴瓦基底层为一铜合金，由锡镍铋锰铜合金构成的粉末烧结体，其中锡和铋用以替代传统轴瓦基底层铅锡铜合金层中的铅，且锡和铋作为软相出现，锰元用于消除制造出的合金层表面明显分布的微小孔洞，镍用于强化金属颗粒分布，提高抗咬合性能，而且锡镍铋锰铜合金中各元素的重量百分配比是：锡8～12%，镍0.7～1.3%，铋2～5%，锰0.6～3%，余量为铜。

锡镍铋锰铜合金的重量百分配比具体可以是：

所述锡镍铋锰铜合金中：锡8%，镍1.3%，铋2.5%，锰1.5%，余量为铜。

所述锡镍铋锰铜合金中：锡12%，镍1%，铋5%，锰3%，余量为铜。

所述锡镍铋锰铜合金中：锡8%，镍0.7%，铋2%，锰0.6%，余量为铜。

所述锡镍铋锰铜合金中：锡10%，镍1.2%，铋3%，锰1%，余量为铜。

所述锡镍铋锰铜合金中：锡9%，镍0.9%，铋4%，锰2.5%，余量为铜。

本发明还提供一种上述任意一种轴瓦基底层制造工艺，由以下主要工艺构成：

1）按所述锡镍铋锰铜合金中各元素的重量百分配比，采用水雾法制取锡镍银铜合金粉末；    

2）将上述合金粉均匀地铺在低碳钢底层上；

3）经过初烧、初轧、复烧、复轧制成所述锡镍铋锰铜合金表层。

    锡具有良好的耐腐蚀性，可溶于铜基体中而对其强化，且可细化晶粒，锡还能提高合金的耐磨性和耐蚀性,一般加入量在12%以内。

    镍能提高合金的弹性模数，能强化合金,一般加入量是1%~2%。

    锰能提高合金的耐温性和韧性，同时，加入锰还可以去除生产工艺中的部分氧化物。如果锰的含量高于3%，将会使合金的脆性增强，含量高于10%以上会使合金的强度显著增强，不利于滑动轴承的使用。

    铋具有一定的延展性，少量的铋可以提高合金的耐磨性，但由于铋具有一定的脆性，合金中含量不能超过10%。

本发明中，首先，锡和铋用以替代传统材料中的铅，作为软相出现，增强合金的耐磨性和耐腐蚀性；由于合金中不含铅，如果锡和铋的含量少，则合金的耐磨性会显著下降；经试验证明，如果锡的含量为4%、不添加铋，其它元素含量不变，合金的耐磨性下降30%以上；如果没有锡和铋，只有其它元素，则合金的抗咬合性下降50%以上。其次，本发明合金中如果不添加锰元素，则制造出的合金表面明显分布微小孔洞，经过机械加工后，孔洞仍然无法消除，如果锰的含量达到10%以上，则合金的硬度达到HB160以上，又不适合滑动轴承的使用。另外，本发明中镍元素，用于强化金属颗粒分布，如果镍含量太高，会引起合金的硬度显著增加，抗咬合性能下降。

综上所述，本发明有如下优点：

与现有技术相比，现有的轴瓦铜基合金材料一般为铅锡铜（PbSnCu）合金，铅的含量高达20%以上，对环境严重污染。通过实验验证，可见而本发明轴瓦基底层是一种锡镍铋锰铜合金，在锡镍铋锰铜合金中的锡具有良好的耐腐蚀性能，由于不含铅，用本发明材料制造的滑动轴承轴瓦，消除了铅对环境的污染，符合环保要求。

（1）本发明轴瓦基底层组成成分完全不含铅，符合环保要求。

（2）本发明轴瓦基底层采用“英国格雷西尔蓝宝石疲劳试验台” 进行抗疲劳强度测试，得出本发明的抗疲劳强度达到150MPa，符合内燃机要求。

（3）通过“盐雾试验箱”测试本发明轴瓦基底层的耐腐蚀性，试验结果表明本发明材料的耐腐蚀性较传统的CuPb24Sn材料的耐腐蚀性好。

（4）本发明材料在250℃高温下不变形，稳定性能较好。

（5）本发明材料加工采用粉末烧结而成，无需对原有设备进行大规模的改造节约制造成本，易于推广，可广泛运用于滑动轴承相关部件的生产。

附图说明

图1为本发明轴瓦基底层的剖切结构示意图。

具体实施方式

     滑动轴承之轴瓦由依次设置的钢背层、基底层（即铜基合金层）、镍栅层和减摩层构成，特别是对于高强度内燃机滑动轴承之轴瓦一般由钢背层、铜基合金层（0.2~0.5mm）、表面覆盖层（10~25μm）组成，在表面覆盖层和铜基合金层之间一般增加一层镍栅层（1~2μm），主要是为了防止铜基合金层中铜的扩散。

而本发明所述的轴瓦基底层由铜合金层构成，该铜合金层是由锡镍铋锰铜合金构成的粉末烧结体，锡镍铋锰铜合金中各元素的重量百分配比是：锡8～12%，镍0.7～1.3%，铋2～5%，锰0.6～3%，余量为铜。

    实施例1

所述锡镍铋锰铜合金的重量百分配比：锡8%，镍1.3%，铋2.5%，锰1.5%，余量为铜。

    实施例2

所述锡镍铋锰铜合金的重量百分配比：锡12%，镍1%，铋5%，锰3%，余量为铜。

    实施例3

所述锡镍铋锰铜合金的重量百分配比：锡8%，镍0.7%，铋2%，锰0.6%，余量为铜。

    实施例4

所述锡镍铋锰铜合金的重量百分配比：锡10%，镍1.2%，铋3%，锰1%，余量为铜。

    实施例5

所述锡镍铋锰铜合金的重量百分配比：锡9%，镍0.9%，铋4%，锰2.5%，余量为铜。

如图1所示，轴瓦基底层2设置在轴瓦底层低碳钢层1即钢背层上，由锡镍银铜合金构成的基底层2采用粉末烧结的方式烧结到低碳钢层1上。其中低碳钢层1是由实心板材加工而成，低碳钢层1厚不超过20mm，长度不超过2500mm,宽度不超过1000mm。

性能比较见表1：

表1

    表1中铜合金材料的抗疲劳强度采用“英国格雷西尔蓝宝石疲劳试验台”测试，材料的抗疲劳强度达到150MPa时，未发生疲劳，符合内燃机要求。

表1中的耐腐蚀性采用“盐雾试验箱”测试，本发明铜合金材料的耐腐蚀性较比较例CuPb24Sn材料的耐腐蚀性好。

表1中耐高温性测试是对被测试材料在规定的高温条件下发生变形的性能进行测试，实验表明本发明材料耐高温性能优良。

综上所述，本发明各种性能表现优异。

Claims (7)

1.一种轴瓦基底层，其特征在于：所述轴瓦基底层为一铜合金，由锡镍铋锰铜合金构成的粉末烧结体，其中锡和铋用以替代传统轴瓦基底层铅锡铜合金层中的铅，且锡和铋作为软相出现，

锡具有良好的耐腐蚀性而溶于铜基体中而对其强化且细化晶粒，锡用于提高合金的耐磨性和耐蚀性，

铋具有一定的延展性加入少量的铋，即含量不能超过10%，用于提高合金的耐磨性且防止其带来的合金的脆性，

锰元用于提高合金的耐温性和韧性，去除生产工艺中的部分氧化物，消除制造出的合金层表面明显分布的微小孔洞，但锰的含量高于3%，将会使合金的脆性增强，含量高于10%以上会使合金的强度显著增强，不利于滑动轴承的使用，

镍用于强化金属颗粒分布，提高合金的弹性模数，能强化合金，提高抗咬合性能，

而且锡镍铋锰铜合金中各元素的重量百分配比是：锡8～12%，镍0.7～1.3%，铋2～5%，锰0.6～3%，余量为铜。

2.根据权利要求1所述轴瓦基底层，其特征在于：所述锡镍铋锰铜合金中各元素的重量百分配比是锡8%，镍1.3%，铋2.5%，锰1.5%，余量为铜。

3.根据权利要求1所述轴瓦基底层，其特征在于：所述锡镍铋锰铜合金中各元素的重量百分配比是锡12%，镍1%，铋5%，锰3%，余量为铜。

4.根据权利要求1所述轴瓦基底层，其特征在于：所述锡镍铋锰铜合金中各元素的重量百分配比是锡8%，镍0.7%，铋2%，锰0.6%，余量为铜。

5.根据权利要求1所述轴瓦基底层，其特征在于：所述锡镍铋锰铜合金中各元素的重量百分配比是锡10%，镍1.2%，铋3%，锰1%，余量为铜。

6.根据权利要求1所述轴瓦基底层，其特征在于：所述锡镍铋锰铜合金中各元素的重量百分配比是锡9%，镍0.9%，铋4%，锰2.5%，余量为铜。

7.一种生产权利要求1～6任一权利要求所述的轴瓦基底层的方法，包括以下步骤：

   1）按所述锡镍铋锰铜合金中各元素的重量百分配比，采用水雾法制取锡镍银铜合金粉末；

   2）将上述合金粉均匀地铺在低碳钢底层上；

   3）经过初烧、初轧、复烧、复轧制成所述锡镍铋锰铜合金表层。