CN103667914B

CN103667914B - 粉末冶金材料、十字滑环及该十字滑环的制作方法

Info

Publication number: CN103667914B
Application number: CN201210328667.5A
Authority: CN
Inventors: 史正良; 陈定川; 薛鹏飞
Original assignee: Zhuhai Gree Energy Saving Environmental Protection Refrigeration Technology Research Center Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Gree Energy Saving Environmental Protection Refrigeration Technology Research Center Co Ltd
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: CN103667914A

Abstract

本发明提供了一种粉末冶金材料、十字滑环及该十字滑环的制作方法。粉末冶金材料按重量百分含量计包括1.5～3.0%的铜、0～0.6%的磷、0.5～1.0%的石墨、0.5～2.0%的镍、0.5～1.0%的钼、0.3～0.6%的锰、0～0.2%的硫和92~96%的铁。本发明的粉末冶金材料的各组分来源广泛、成本低廉，大大降低了产品的制作成本，上述粉末冶金材料经过末冶金处理形成各种形状的产品后，产品的硬度和强度都较目前的铝合金产品有明显的改善，具有良好的耐磨性能，进而避免了由于磨损带来的一系列问题。

Description

粉末冶金材料、十字滑环及该十字滑环的制作方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体而言，涉及一种粉末冶金材料、十字滑环及该十字滑环的制作方法。

背景技术

相互接触的两个零件有相对运动或相对运动趋势时，就会在接触面产生摩擦力，从而产生相应的磨损。摩擦力大小直接反映功耗的高低，磨损性能的好坏决定了零件或整机寿命的长短。因此，降低零件接触面间的摩擦力，提高材料的耐磨性，对提高整机的可靠性有重要意义。

以十字滑环在压缩机中的工作为例，十字滑环是涡旋压缩机关键零部件之一，其作用是将曲轴的旋转运动转化为动盘的平动。如图1至2所示的十字滑环凸键1在键槽内往复运动，凸键1的两侧面分别与动涡盘、支架上的滑槽构成摩擦面。当作用在凸键1上的载荷很大时，作用在键滑动面上的表面压力将增大，容易导致接触面上的油膜受载荷过大而破裂。因此，在每一凸键1的滑动表面上很难形成连续的润滑油膜，这将加剧凸键1的磨损。

另外，当压缩机启动或低频运行时，曲轴驱动动盘尾部，十字滑环的凸键1在支架或动盘的滑槽内低速滑动，油气不充分也会导致不能形成连续的油膜，从而加剧凸键1或键槽的磨损。

现有的十字滑环材料一般采用铝合金ADC12，这种材料摩擦系数较大，材质较软，当摩擦面上不能形成连续覆盖的油膜而导致金属表面直接接触时，将使十字滑环产生剧烈的磨损。十字滑环磨损后产生的杂质会进入泵体，导致泵体零件的磨损量增加、功耗上升，严重时会导致动静盘破损、制冷气体泄漏，使得整机性能降低或报废；同时这些杂质还有可能划伤电机的铜线，使定转子出现磨损情况，导致电机破损、击穿电压等；另外，有些杂质还会随排气进入压缩机系统，堵塞系统，降低换热效率等。

发明内容

本发明旨在提供一种粉末冶金材料、十字滑环及该十字滑环的制作方法，以解决现有技术中十字滑环磨损严重的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种粉末冶金材料，该粉末冶金材料按重量百分含量计包括：1.5～3.0%的铜、0～0.6%的磷、0.5～1.0%的石墨、0.5～2.0%的镍、0.5～1.0%的钼、0.3～0.6%的锰、0～0.2%的硫和92~96%的铁。

进一步地，上述磷占粉末冶金材料总重量的0.3～0.6%。

进一步地，粉末冶金材料由重量百分含量为2.2%的铜、0.7%的石墨、0.5%的镍、0.8%的钼、0.3%的锰和余量的铁组成。

进一步地，粉末冶金材料由重量百分含量为2.2%的铜、0.4%的磷、0.7%的石墨、0.5%的镍、0.8%的钼、0.3%的锰和余量的铁组成。

进一步地，粉末冶金材料由重量百分含量为1.8%的铜、0.45%的磷、0.8%的石墨、1.5%的镍、0.5%的钼、0.5%的锰、0.15%的硫和余量的铁组成。

根据本发明的另一方面，还提供了一种十字滑环，该粉末冶金十字滑环由上述的粉末冶金材料经粉末冶金处理形成。

根据本发明的另一方面，还提供了一种十字滑环的制作方法，该制作方法包括：S1、将上述的粉末冶金材料与重量为粉末冶金材料总重量0.3~0.9%的润滑剂混合，形成混合粉末；S2、将混合粉末在十字滑环模具内压制至密度为3.5~4.0g/cm³；S3、将经压制得到的混合粉末在1200℃下烧结60min，形成十字滑环毛坯；以及S4、将十字滑环毛坯进行蒸汽发蓝处理，得到十字滑环。

进一步地，上述步骤S2的压制压力为550~650MPa。

进一步地，上述步骤S4包括：S41、在350℃的温度下向十字滑环毛坯通入蒸汽；S42、将蒸汽与十字滑环毛坯升温至570℃，并保温30min；以及S43、将570℃的蒸汽与十字滑环毛坯降温至540℃，并保温90min。

本发明的粉末冶金材料的各组分来源广泛、成本低廉，大大降低了产品的制作成本；而且，其中的钼能改善产品的硬度和强度；磷在粉末冶金的活化烧结过程中产生的液相有利于产品的致密化；并且磷对铁有一定的固溶强化作用，能提高产品的耐磨性能；硫在烧结过程中能与Mn、Fe反应分别生成MnS、FeS，MnS一方面可以降低材料的脆性，另一方面可以提高材料的切削加工性能；FeS具有自润滑性能的，进一步降低产品的表面摩擦系数，减少工作中的磨损。因此，上述粉末冶金材料经过粉末冶金处理形成各种形状的产品后，产品的硬度和强度都较目前的铝合金产品有明显的改善，具有良好的耐磨性能，进而避免了由于磨损带来的一系列问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了十字滑环的前视图；

图2示出了十字滑环的后视图；以及

图3示出了本发明十字滑环的制作流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种粉末冶金材料，粉末冶金材料按重量百分含量计包括1.5～3.0%的铜、0～0.6%的磷、0.5～1.0%的石墨、0.5～2.0%的镍、0.5～1.0%的钼、0.3～0.6%的锰、0～0.2%的硫和92~96%的铁。

上述各组分来源广泛、成本低廉，大大降低了产品的制作成本；而且，其中的钼能改善产品的硬度和强度；磷在粉末冶金的活化烧结过程中产生的液相有利于产品的致密化；并且磷对铁有一定的固溶强化作用，能提高产品的耐磨性能；硫在烧结过程中能与Mn、Fe反应分别生成MnS、FeS，MnS一方面可以降低材料的脆性，另一方面可以提高材料的切削加工性能；FeS具有自润滑性能的，进一步降低产品的表面摩擦系数，减少工作中的磨损。因此，上述粉末冶金材料经过粉末冶金处理形成各种形状的产品后，产品的硬度和强度都较目前的铝合金产品有明显的改善，具有良好的耐磨性能，进而避免了由于磨损带来的一系列问题。

由于适量的磷还能使产品内部的孔隙变得圆整并集中，使产品尺寸收缩，抵消了铜引起的膨胀，稳定了产品的尺寸；而且，在烧结过程中磷合金化，适量的磷可显著提高产品表面摩擦时的塑性变形抵抗力，使产品表面上的油膜的完整性提高，因此，本发明优选磷占粉末冶金材料总重量的0.3～0.6%。

可用于本发明的铁包括还原铁粉和雾化铁粉，为了进一步得到密度较高的十字滑环，优选原料中的铁粉为雾化铁粉。

在本发明另一种优选的实施例中，粉末冶金材料由重量百分含量为2.2%的铜、0.7%的石墨、0.5%的镍、0.8%的钼、0.3%的锰和余量的铁组成。由上述几种原料得到的产品的硬度和强度均较高。

在本发明另一种优选的实施例中，上述粉末冶金材料由重量百分含量为2.2%的铜、0.4%的磷、0.7%的石墨、0.5%的镍、0.8%的钼、0.3%的锰和余量的铁组成。由于磷的添加进一步改善了产品的耐磨性。

在本发明又一种优选的实施例中，粉末冶金材料由重量百分含量为1.8%的铜、0.45%的磷、0.8%的石墨、1.5%的镍、0.5%的钼、0.5%的锰、0.15%的硫和余量的铁组成。本实施例在上述实施例的基础上又添加了硫，在烧结时，S与Mn反应生成的MnS一方面可以降低材料的脆性，另一方面可以提高材料的切削加工性能；此外，S与Fe反应生成具有自润滑性能的FeS，进一步降低产品的表面摩擦系数，减少工作中的磨损。

如图1至2所示，在本发明另一种典型的实施方式中，还提供了一种粉末冶金十字滑环，该粉末冶金十字滑环由上述的粉末冶金材料经粉末冶金处理形成。

由于本发明的粉末冶金材料中各种组分具有如上所述的优点，以该粉末冶金材料经过粉末冶金处理得到的十字滑环，较目前的铝合金十字滑环成本低，耐磨性能好；而且，经过粉末冶金处理所得到的十字滑环有一定程度的孔隙，可以浸渍和储存润滑油，在重载荷、高温度下工作时可以溢出在凸键1上形成油膜，降低表面摩擦系数，减少十字滑环的磨损。

在本发明另一种典型的实施方式中，还提供了一种粉末冶金十字滑环的制作方法，制作方法包括：S1、将本发明的粉末冶金材料与重量为粉末冶金材料总重量0.3~0.9%的润滑剂混合，形成混合粉末；S2、将混合粉末在十字滑环模具内压制至密度为3.5~4.0g/cm³；S3、将经压制得到的混合粉末在1200℃下烧结60min，形成十字滑环毛坯；以及S4、将十字滑环毛坯进行蒸汽发蓝处理，得到十字滑环。

上述制备方法的工艺过程如图3所示，采用粉末冶金技术制作十字滑环，即将润滑剂与粉末冶金材料混合形成的混合粉末加入模具中后压制，然后再经过烧结、蒸汽发蓝处理，整个工艺过程操作简单；而且，由于粉末冶金工艺所采用的原料均为粉末状态，不需要对原材料进行切削等处理，材料的利用率高，生产效率高；将润滑剂与混合粉末共同混合，有利于混合粉末中各种成分的均匀混合，从而烧结后形成质地较为均匀的十字滑环，在烧结过程中容易在高温下自动挥发，不会对十字滑环的密度产生任何影响。

采用挤压机将混合粉末在模具中压制至密度为3.5~4.0g/cm³时，优选压制压力为550~650MPa。因为采用550~650MPa的压制压力，能够在较短的时间内将混合粉末压制至密度为3.5~4.0g/cm³，而且此压力不会对其中的各种成分产生任何不利影响。

为了优化所形成的十字滑环毛坯，本发明对十字滑环毛坯进行蒸汽发蓝处理，使十字滑环毛坯的表面形成连续且致密的Fe₃O₄氧化膜，改善了十字滑环的防锈性能以及其表面的硬度和耐磨性，上述蒸汽发蓝的过程优选步骤S4包括：S41、在350℃的温度下向十字滑环毛坯通入蒸汽；S42、将蒸汽与十字滑环毛坯升温至570℃，并保温30min；以及S43、将570℃的蒸汽与十字滑环毛坯降温至540℃，并保温90min。通过上述蒸汽发蓝处理，在十字滑环毛坯的表面形成的Fe₃O₄氧化膜的厚度在3~6μm之间。

以下将结合实施例和对比例，进一步说明本发明的有益效果。

实施例1

将重量百分比为2.2%的铜粉、0.7%的石墨粉、0.5%的镍粉、0.8%的钼粉、0.3%的锰粉和余量的铁粉与重量为上述粉末冶金材料重量0.8%的硬脂酸锌混合，形成混合粉末；常温下采用600MPa的压制压力将混合粉末在十字滑环模具内挤压至密度为3.7g/cm³；将挤压后的混合粉末在1200℃下烧结60min，形成十字滑环毛坯；然后在340℃下向十字滑环毛坯通入蒸汽，并将蒸汽与十字滑环毛坯升温至570℃，并保温30min；随后将570℃的蒸汽与十字滑环毛坯降温至540℃，并在540℃保温90min，得到实施例1的粉末冶金十字滑环。

实施例2

将重量百分比为2.2%的铜粉、0.2%的磷粉、0.7%的石墨粉、0.5%的镍粉、0.8%的钼粉、0.3%的锰粉和余量的铁粉混合，形成混合粉末；65℃下采用600MPa的挤压压力将混合粉末在十字滑环模具内挤压至密度为3.7g/cm³；将挤压后的混合粉末在1200℃下烧结60min，形成十字滑环毛坯；然后在340℃下向十字滑环毛坯通入蒸汽，并将蒸汽与十字滑环毛坯升温至570℃，并保温30min；随后将570℃的蒸汽与十字滑环毛坯降温至540℃，并在540℃保温90min，得到实施例2的粉末冶金十字滑环。

实施例3

将重量百分比为2.2%的铜粉、0.4%的磷粉、0.7%的石墨粉、0.5%的镍粉、0.8%的钼粉、0.3%的锰粉和余量的铁粉与重量为上述粉末冶金材料重量0.8%的硬脂酸锌混合，形成混合粉末；常温下采用600MPa的压制压力将混合粉末在十字滑环模具内挤压至密度为3.7g/cm³；将挤压后的混合粉末在1200℃下烧结60min，形成十字滑环毛坯；然后在340℃下向十字滑环毛坯通入蒸汽，并将蒸汽与十字滑环毛坯升温至570℃，并保温30min；随后将570℃的蒸汽与十字滑环毛坯降温至540℃，并在540℃保温90min，得到实施例3的粉末冶金十字滑环。

实施例4

将重量百分比为3.0%的铜粉、0.5%的磷粉、1.0%的石墨粉、0.7%的镍粉、0.5%的钼粉、0.4%的锰粉、0.2%的硫粉和余量的铁粉组成的粉末冶金材料与重量为上述粉末冶金材料重量0.6%的硬脂酸锌混合，形成混合粉末；常温下采用580MPa的压制压力将混合粉末在十字滑环模具内挤压至密度为3.5g/cm³；将密度为3.5g/cm³的混合粉末在1200℃下烧结60min，形成十字滑环毛坯；在350℃下向十字滑环毛坯通入蒸汽，并将蒸汽与十字滑环毛坯升温至570℃，并保温30min；然后将570℃的蒸汽与十字滑环毛坯降温至540℃，并在540℃保温90min，得到实施例4的粉末冶金十字滑环。

实施例5

将重量百分比为1.5%的铜粉、0.6%的石墨粉、2.0%的镍粉、1.0%的钼粉、3.0%的锰粉、0.15%的硫粉和余量的铁粉组成的粉末冶金材料与重量为上述粉末冶金材料重量0.8%的硬脂酸锌混合，形成混合粉末；常温下采用580MPa的压制压力将混合粉末在十字滑环模具内挤压至密度为3.5g/cm³；将密度为3.5g/cm³的混合粉末在1200℃下烧结60min，形成十字滑环毛坯；在350℃下向十字滑环毛坯通入蒸汽，并将蒸汽与十字滑环毛坯升温至570℃，并保温30min；然后将570℃的蒸汽与十字滑环毛坯降温至540℃，并在540℃保温90min，得到实施例5的粉末冶金十字滑环。

实施例6

将重量百分比为2.0%的铜粉、0.6%的磷粉、0.8%的石墨粉、0.5%的镍粉、0.7%的钼粉、1.0%的锰粉、0.2%的硫粉和余量的铁粉与重量为上述粉末冶金材料重量0.8%的硬脂酸锌混合，形成混合粉末；常温下采用580MPa的压制压力将混合粉末在十字滑环模具内挤压至密度为3.5g/cm³；将密度为3.5g/cm³的混合粉末在1200℃下烧结60min，形成十字滑环毛坯；在350℃下向十字滑环毛坯通入蒸汽，并将蒸汽与十字滑环毛坯升温至570℃，并保温30min；然后将570℃的蒸汽与十字滑环毛坯降温至540℃，并在540℃保温90min，得到实施例6的粉末冶金十字滑环。

实施例7

将重量百分比为1.8%的铜粉、0.45%的磷粉、0.8%的石墨粉、1.5%的镍粉、0.5%的钼粉、0.5%的锰粉、0.15%的硫粉和余量的铁粉组成的粉末冶金材料与重量为上述粉末冶金材料重量0.9%的硬脂酸锌混合，形成混合粉末；常温下采用600MPa的压制压力将混合粉末在十字滑环模具内挤压至密度为3.8g/cm³；将密度为3.8g/cm³的混合粉末在1200℃下烧结60min，形成十字滑环毛坯；在350℃下向十字滑环毛坯通入蒸汽，并将蒸汽与十字滑环毛坯升温至570℃，并保温30min；然后将570℃的蒸汽与十字滑环毛坯降温至540℃，并在540℃保温90min，得到实施例7的粉末冶金十字滑环。

实施例8

将重量百分比为2.2%的铜粉、0.4%的磷粉、0.7%的石墨粉、0.5%的镍粉、0.8%的钼粉、0.3%的锰粉、0.15%的硫粉和余量的铁粉组成的粉末冶金材料与重量为上述粉末冶金材料重量0.9%的硬脂酸锌混合，形成混合粉末；常温下采用600MPa的压制压力将混合粉末在十字滑环模具内挤压至密度为3.8g/cm³；将密度为3.8g/cm³的混合粉末在1200℃下烧结60min，形成十字滑环毛坯；在350℃下向十字滑环毛坯通入蒸汽，并将蒸汽与十字滑环毛坯升温至570℃，并保温30min；然后将570℃的蒸汽与十字滑环毛坯降温至540℃，并在540℃保温90min，得到实施例8的粉末冶金十字滑环。

实施例9

将重量百分比为1.8%的铜粉、0.6%的磷粉、0.8%的石墨粉、1.5%的镍粉、0.5%的钼粉、0.5%的锰粉和余量的铁粉组成的粉末冶金材料与重量为上述粉末冶金材料重量0.5%的硬脂酸锌混合，形成混合粉末；常温下采用600MPa的压制压力将混合粉末在十字滑环模具内挤压至密度为3.8g/cm³；将密度为3.8g/cm³的混合粉末在1200℃下烧结60min，形成十字滑环毛坯；在350℃下向十字滑环毛坯通入蒸汽，并将蒸汽与十字滑环毛坯升温至570℃，并保温30min；然后将570℃的蒸汽与十字滑环毛坯降温至540℃，并在540℃保温90min，得到实施例9的粉末冶金十字滑环。

对实施例1至9的粉末冶金十字滑环以及铝合金十字滑环进行力学性能测试、球—盘磨损实验，球—盘磨损实验中，球为GCr15材料，参照国标GB308—2002，采用68EP润滑油为润滑剂，并设定转速为1000r/min，载荷为100N，测试结果见表1。

表1

	拉伸强度（MPa）	硬度（HRB）	摩擦系数
				实施例1	580	92	0.057
实施例2	575	91	0.056
				实施例3	577	88	0.054
实施例4	595	97	0.052
				实施例5	568	86	0.054
实施例6	575	87	0.053
				实施例7	572	88	0.053
实施例8	583	93	0.053
				实施例9	578	88	0.054

铝合金十字滑环

228

37

0.075

由表1中的数据可以看出，实施例1至9的粉末冶金十字滑环的拉伸强度、硬度以及摩擦系数均较铝合金十字滑环有明显的改善；尤其是从实施例1、实施例2和实施例3的比较可以看出，添加磷之后粉末冶金十字滑环的摩擦系数的改善较为明显；而且从实施例3和实施例8可以看出，添加硫之后粉末冶金十字滑环的摩擦系数也可以得到改善。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种十字滑环的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

S1、将粉末冶金材料与重量为所述粉末冶金材料总重量0.3～0.9％的润滑剂混合，形成混合粉末；

S2、将所述混合粉末在十字滑环模具内压制至密度为3.5～4.0g/cm³；

S3、将经压制得到的混合粉末在1200℃下烧结60min，形成十字滑环毛坯；以及

S4、将所述十字滑环毛坯进行蒸汽发蓝处理，得到所述十字滑环；

其中，所述粉末冶金材料按重量百分含量计包括：1.5～3.0％的铜、0～0.6％的磷、0.5～1.0％的石墨、0.5～2.0％的镍、0.5～1.0％的钼、0.3～0.6％的锰、0～0.2％的硫和92～96％的铁。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述磷占所述粉末冶金材料总重量的0.3～0.6％。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述粉末冶金材料由重量百分含量为2.2％的铜、0.7％的石墨、0.5％的镍、0.8％的钼、0.3％的锰和余量的铁组成。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述粉末冶金材料由重量百分含量为2.2％的铜、0.4％的磷、0.7％的石墨、0.5％的镍、0.8％的钼、0.3％的锰和余量的铁组成。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述粉末冶金材料由重量百分含量为1.8％的铜、0.45％的磷、0.8％的石墨、1.5％的镍、0.5％的钼、0.5％的锰、0.15％的硫和余量的铁组成。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S2的压制压力为550～650MPa。

7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S41、在350℃的温度下向所述十字滑环毛坯通入蒸汽；

S42、将所述蒸汽与所述十字滑环毛坯升温至570℃，并保温30min；以及

S43、将570℃的所述蒸汽与所述十字滑环毛坯降温至540℃，并保温90min。