CN103817413A - 一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法 - Google Patents

一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，它涉及一种堆焊方法。本发明要解决现有轴瓦涂层结合强度低、涂层性能差、使用寿命短的问题。本发明方法：一、打磨；二、清洗；三、搪锡；四、使用CMT焊机在轴瓦表面堆焊巴氏合金；五、车削或刮削。本发明方法提高了耐磨涂层与铜基轴瓦基体的结合强度，优化了涂层组织，延长了使用寿命，提高了轴瓦加工精度。本发明用于铜基合金轴瓦耐磨层的制备。

Description

一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种堆焊方法，尤其是轴瓦堆焊巴氏合金的方法。
背景技术
轴瓦是滑动轴承中重要的零部件，它可以支撑轴和轴上零件，保证轴的旋转精度，并减少轴与支撑零件之间的摩擦。现代大型高速电机多采用铜基合金轴瓦，铜基合金具有比钢更高的导热率，可以较快的散去由于滑动摩擦引起的热量。此外，铜基合金的硬度低于钢材质，即使轴瓦被研损严重，铜基合金基体也不会损坏轴承，起到一定的保护作用。
轴瓦的滑动面多采用顺应性、抗咬合性、耐蚀性、嵌藏性较好的巴氏合金。传统的做法是采用离心浇铸的方式使巴氏合金附着于轴瓦表面。这种方法获得的耐磨层结合强度低，而且会不可避免的产生成分偏析、气泡、龟裂等缺陷，降低了耐磨层的性能。有文献报道浇铸法轴瓦的最短寿命仅为45分钟，最长不超过2年。电弧喷涂方式制备的耐磨涂层薄，机械结合不牢固，电弧堆焊或火焰堆焊方式的热输入大且有飞溅。为提高机电设备运行的整体可靠性，亟需一种新的轴瓦制备工艺。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有轴瓦涂层结合强度低、涂层性能差、使用寿命短的问题，提供一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法。
本发明的一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，通过以下步骤实现的：
一、将铜合金轴瓦用细砂纸打磨至出现金属光泽；
二、然后用丙酮超声清洗5～10min；
三、在步骤二清洗后的轴瓦表面进行搪锡处理，将锡水挂于轴瓦表面；
四、在氩气保护条件下使用CMT焊机在轴瓦表面堆焊巴氏合金，控制巴氏合金焊丝直径为1.0～2.0mm，焊接电流为40～70A，焊接电压为10～15V，送丝速度为2.0～5.0m/min，焊接速度为10～15mm/s，氩气流量为10～20L/min，巴氏合金焊层厚度为2～20mm；
五、采用车削或刮削的工艺调整轴瓦的尺寸和平整度，即完成铜基合金轴瓦耐磨层的制备。
本发明的有益效果：
本发明提出一种冷金属过渡法（Cold Metal Transfer，简称CMT）来制备轴瓦表面巴氏合金耐磨涂层，该方法获得的涂层可以实现与铜基轴瓦基体牢固的冶金结合，涂层致密，组织均匀，能够适应大型设备频繁起停带来的过临界振动，而且CMT技术较低的热输入使得铜基材质不易变形，保证了尺寸稳定性，适用于现代电机精密轴瓦的制备。
本发明方法包括轴瓦表面前处理、搪锡、冷金属过渡法堆焊巴氏合金、车削处理等过程，提高了耐磨涂层与铜基轴瓦基体的结合强度，优化了涂层组织，延长了使用寿命，提高了轴瓦加工精度。
本发明针对现有技术方法存在的不足，提出CMT法堆焊制备巴氏合金轴瓦耐磨层，该方法与普通浇铸方式相比获得的涂层组织更加均匀致密，避免了成分偏析，连接平均强度达70MPa；该方法与电弧喷涂方式相比可以获得更厚的耐磨涂层，而且熔滴与轴瓦基体为冶金结合，比电弧喷涂层的机械结合更加牢固；该方法与普通电弧堆焊或火焰堆焊相比热输入更小且无飞溅，有利于减小涂层应力和保证轴瓦尺寸稳定性。该方法同样可以应用于损坏轴瓦的维修补救，焊接质量易于控制。
附图说明
图1是轴瓦截面的示意图，其中1为铜基合金轴瓦，2为搪锡层，3为巴氏合金CMT堆焊层；
图2是实施例二中的铜表面堆焊巴氏合金接头的横切面图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，按以下步骤进行：
一、将铜合金轴瓦用细砂纸打磨至出现金属光泽；
二、然后用丙酮超声清洗5～10min；
三、在步骤二清洗后的轴瓦表面进行搪锡处理，将锡水挂于轴瓦表面；
四、在氩气保护条件下使用CMT焊机在轴瓦表面堆焊巴氏合金，控制巴氏合金焊丝直径为1.0～2.0mm，焊接电流为40～70A，焊接电压为10～15V，送丝速度为2.0～5.0m/min，焊接速度为10～15mm/s，氩气流量为10～20L/min，巴氏合金焊层厚度为2～20mm；
五、采用车削或刮削的工艺调整轴瓦的尺寸和平整度，即完成铜基合金轴瓦耐磨层的制备。
本实施方式的有益效果：
本实施方式提出一种冷金属过渡法（Cold Metal Transfer，简称CMT）来制备轴瓦表面巴氏合金耐磨涂层，该方法获得的涂层可以实现与铜基轴瓦基体牢固的冶金结合，涂层致密，组织均匀，能够适应大型设备频繁起停带来的过临界振动，而且CMT技术较低的热输入使得铜基材质不易变形，保证了尺寸稳定性，适用于现代电机精密轴瓦的制备。
本实施方式提高了耐磨涂层与铜基轴瓦基体的结合强度，优化了涂层组织，延长了使用寿命，提高了轴瓦加工精度。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述的用丙酮超声清洗5min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤四中所述的堆焊过程是使用3D打印控制设备进行数字化控制或进行手工操作。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤四中所述的控制巴氏合金焊丝直径为1.0～1.5mm。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤四中所述的焊接电流为50～60A。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤四中所述的焊接电压为11～12V。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤四中所述的送丝速度为3.0～4.0m/min。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四中所述的焊接速度为10～12mm/s。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中所述的氩气流量为15L/min。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四中所述的巴氏合金焊层厚度为2～5mm。其它与具体实施方式一至九之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，按以下步骤进行：
一、将铜合金轴瓦用1000#和1500#砂纸打磨至出现金属光泽；
二、然后用丙酮超声清洗5min；
三、在步骤二清洗后的轴瓦表面进行搪锡处理，用锡水涂抹轴瓦表面；
四、在氩气保护条件下使用CMT焊机在轴瓦表面堆焊ZSnSb11Cu6合金，控制ZSnSb11Cu6合金焊丝直径为1.5mm，焊接电流为50A，焊接电压为12V，送丝速度为3.5m/min，焊接速度为12mm/s，氩气流量为15L/min，巴氏合金焊层厚度为2mm；
五、采用车削的工艺除去毛边，调整轴瓦的尺寸和平整度，即完成铜基合金轴瓦耐磨层的制备。
本实施例中堆焊过程进行手工操作。
经测定本实施例中的巴氏合金涂层与铜基合金基体的结合强度为（72±8）MPa。
实施例二：
本实施例铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，按以下步骤进行：
一、将铜合金轴瓦用1000#和1500#砂纸打磨至出现金属光泽；
二、然后用丙酮超声清洗5min；
三、在步骤二清洗后的轴瓦表面进行搪锡处理，用锡水涂抹轴瓦表面；
四、在氩气保护条件下使用CMT焊机在轴瓦表面堆焊ZSnSb8Cu4合金，控制ZSnSb8Cu4合金焊丝直径为1.0mm，焊接电流为59A，焊接电压为11.2V，送丝速度为4.0m/min，焊接速度为10mm/s，氩气流量为15L/min，巴氏合金焊层厚度为3mm；
五、采用车削的工艺除去毛边，调整轴瓦的尺寸和平整度，即完成铜基合金轴瓦耐磨层的制备。
本实施例中堆焊过程进行手工操作。
经测定本实施例中的巴氏合金涂层与铜基合金基体的结合强度为（70±10）MPa。
本实施例中的铜表面堆焊巴氏合金接头的横切面图如图2所示。
上述实施例表明冷金属过渡堆焊巴氏合金使耐磨层和轴瓦基体获得较好的冶金结合，涂层致密，组织均匀，涂层厚度连续可调，巴氏合金涂层与铜基合金基体的结合强度为59～87MPa，涂层可适应大型设备频繁启停引起的过临界振动，而且冷金属过渡堆焊时较小的热输入保证了轴瓦的尺寸稳定性。

Claims (10)

1.一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
一、将铜合金轴瓦用细砂纸打磨至出现金属光泽；
二、然后用丙酮超声清洗5～10min；
三、在步骤二清洗后的轴瓦表面进行搪锡处理，将锡水挂于轴瓦表面；
四、在氩气保护条件下使用CMT焊机在轴瓦表面堆焊巴氏合金，控制巴氏合金焊丝直径为1.0～2.0mm，焊接电流为40～70A，焊接电压为10～15V，送丝速度为2.0～5.0m/min，焊接速度为10～15mm/s，氩气流量为10～20L/min，巴氏合金焊层厚度为2～20mm；
五、采用车削或刮削的工艺调整轴瓦的尺寸和平整度，即完成铜基合金轴瓦耐磨层的制备。
2.根据权利要求1所述的一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于步骤二中所述的用丙酮超声清洗5min。
3.根据权利要求1所述的一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于步骤四中所述的堆焊过程是使用3D打印控制设备进行数字化控制或进行手工操作。
4.根据权利要求1所述的一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于步骤四中所述的控制巴氏合金焊丝直径为1.0～1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于步骤四中所述的焊接电流为50～60A。
6.根据权利要求1所述的一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于步骤四中所述的焊接电压为11～12V。
7.根据权利要求1所述的一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于步骤四中所述的送丝速度为3.0～4.0m/min。
8.根据权利要求1所述的一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于步骤四中所述的焊接速度为10～12mm/s。
9.根据权利要求1所述的一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于步骤四中所述的氩气流量为15L/min。
10.根据权利要求1所述的一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法，其特征在于步骤四中所述的巴氏合金焊层厚度为2～5mm。
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