CN104384503B - 一种铁铜基粉末冶金减摩材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁铜基粉末冶金减摩材料及其制备方法。该材料由以下重量份配比的原料制成：混合粉72‑75份、氧化铝粉5‑8份、氧化锌3‑7份、氧化钡2‑5份、氟化石墨4‑8份、微蜡粉4‑8份、氧化镍粉3‑7份、锡粉10‑14份、二氧化锆粉2‑5份和碳化硅粉3‑6份。其制备方法包括：混合、压制、烧结、整形和浸油处理。本发明提供的减摩材料耐磨性能优越、摩擦系数低、运转噪音低；力学性能得到提高，可承受载荷变大，适用范围更广；价格比较低廉；组成成分中不含有害铅，满足环保的要求，且制备工艺简单、参数易控，生产过程安全环保，适合大规模的工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料，特别涉及一种铁铜基粉末冶金减摩材料及其制备方法。
背景技术
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。粉末冶金与传统熔铸方法相比，具有以下特点：
（1）粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。
（2）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。
（3）可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。
（4）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。
（5）可以实现近净形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。
（6）可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。
由于粉末冶金的种种优点，粉末冶金相关企业已经适用于汽车行业、装备制造业、金属行业、航空航天、军事工业、仪器仪表、五金工具、电子家电等领域的零配件生产和研究，相关原料、辅料生产，各类粉末制备设备、烧结设备制造。产品包括轴承、齿轮、硬质合金刀具、模具、摩擦制品等等。军工企业中，重型的武器装备如穿甲弹，鱼雷等，飞机坦克等刹车副均需采用粉末冶金技术生产。粉末冶金汽车零件近年来已成为为中国粉末冶金行业最大的市场，约50%的汽车零部件为粉末冶金零部件。
目前，全球制造业正加速向中国转移，汽车行业、机械制造、金属行业、航空航天、仪器仪表、五金工具、工程机械、电子家电及高科技产业等迅猛发展，为粉末冶金行业带来了不可多得的发展机遇和巨大的市场空间。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。另外，部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造，因而备受工业界的重视。 另外，粉末冶金产业被中国列入优先发展和鼓励外商投资项目，发展前景广阔。
随着我国加入WTO以后，市场逐渐国际化，粉末冶金市场将得到进一步扩大的机会；但是我国粉末冶金行业已经经过了近10年的高速发展，但与国外的同行业仍存在很大的差距：绝大多数企业缺乏技术支持，研发能力落后，产品档次低，难以与国外竞争，工艺装备、配套设施落后。粉末冶金分类主要为：粉末冶金多孔材料、粉末冶金减摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金结构零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金电磁材料和粉末冶金高温材料等。其中，粉末冶金减摩材料，是用粉末冶金方法制造的、在相对运动中相互摩擦表面之间的摩擦系数较小的金属、合金或金属复合材料,又称烧结减摩材料。烧结减摩材料广泛用于制造滑动轴承、止推轴承、端面密封、支承衬套等。其主要优点是在有限润滑油的条件下，使用寿命较长和可靠性较高。烧结减摩材料按其制造方法可分为两类。一类是在材料孔隙中浸有润滑油或在材料成分中加有（或在其表层充复）减摩剂或固体润滑剂（石墨、氧化物、硫化物、氮化物、氟塑料或其他塑料）。这类材料在干摩擦条件下依靠自身或表层含有的润滑剂润滑，即具有自润滑效果。另一类是钢与烧结合金的复合材料，如在钢带上烧结一层铜铅合金粉末等。这类材料的承载能力比前一类大，一般用以制造重载轴承。烧结减摩材料的发展趋向是提高多孔铁基和铜基材料的承载能力，发展能在较高温度和更恶劣的摩擦条件下使用的材料，研制能在真空和惰性气体中工作的材料。在现有技术中，粉末冶金铁铜基减摩材料兼具铜基和铁基减摩材料的特点，具有耐磨性好、承载力高、耐腐蚀等优点，铜含量高的铁铜基减摩材料耐腐蚀性能、磨合性能突出，运转噪音也比较低；但是过高的铜含量将损害基体的力学性能，从而降低材料承受载荷和使用寿命，这就限制这类铜含量高的铁铜基减摩材料在更广范围的应用。而我国目前有关粉末冶金减摩材料的原料配方和烧结工艺相对于国外还处于落后阶段，从而导致粉末冶金减摩材料的物理性能和工艺性能偏低。与国外技术相比还存在很大的差距。所以，要想将以上种种不足和弱点得以改善，那粉末冶金及相关的技术水平必需得到提高和发展。因此迫切需要寻找一种具有良好物理性能和工艺性能的铁铜基粉末冶金减摩材料及其制备方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种具有良好物理性能和工艺性能的铁铜基粉末冶金减摩材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，一种铁铜基粉末冶金减摩材料，由以下重量份配比的原料制成：混合粉72-75份、氧化铝粉5-8份、氧化锌3-7份、氧化钡2-5份、氟化石墨4-8份、微蜡粉4-8份、氧化镍粉3-7份、锡粉10-14份、二氧化锆粉2-5份和碳化硅粉3-6份。
所述所述混合粉由青铜粉和羰基铁粉混合而成，青铜粉的质量百分比为45~48%，羰基铁粉的质量百分比为52~55%。
所述混合粉为300目、氧化铝粉为200目、氧化锌为200目、氧化钡为100目、氟化石墨为100目、微蜡粉为100目、氧化镍粉为200目、锡粉为250目、二氧化锆粉为200目和碳化硅粉为100目。
一种铁铜基粉末冶金减摩材料的制备方法，该方法包括以下制备步骤：
A、
混合：将粉料按所述配比进行称量，放入双锥混合器中以350r/min的转速混合60分钟，制成混合均匀的粉料；
B、 压制：将混合均匀的粉料置于模具中，在810～830MPa压力下压制成型并得到压坯，压力为6.2～6.4T/cm2；
C、 烧结：将压坯置于网带烧结炉中进行烧结，在保护气氛中烧结，烧结过程中压力为5.4兆帕，压坯首先经过930~950℃的预热带，预热时间为1.5h，然后进入1240℃的烧结带，保温2h，最后以25-30℃/分钟将加压烧结后的产物从烧结温度降温至室温，得到烧结体；
D、 整形：将烧结体压制整形并得到压件；
E、 浸油：将压件在真空度为负一个大气压下浸入润滑油中进行浸油处理，浸油时间为30分钟。
所述润滑油由艾克森美孚公司生产的型号YQ-28#的润滑油、航空煤油、抗磨剂和防锈油按质量百分比为75:20:3:2的比例组成。
所述保护气氛为氢气或氮气。
本发明 具有以下 有益效果：本发明提供的减摩材料耐磨性能优越、摩擦系数低、运转噪音低；力学性能得到提高，可承受载荷变大，适用范围更广；价格比较低廉；组成成分中不含有害铅，满足环保的要求。且制备工艺简单、参数易控，生产过程安全环保，适合大规模的工业化生产；通过对材料成分的调整和优化，形成了以高强度的硬质增强相和分散均匀的润滑减摩相牢固结合的新型减摩材料，具有较好强、硬度，同时保持良好的导电性和高温热稳定性，可广泛应用于钢铁、冶金、能源等机械装备中。
具体实施方式
实施例
1
一种铁铜基粉末冶金减摩材料，由以下重量份配比的原料制成：混合粉72份、氧化铝粉5份、氧化锌3份、氧化钡2份、氟化石墨4份、微蜡粉4份、氧化镍粉3份、锡粉10份、二氧化锆粉2份和碳化硅粉3份。其中，混合粉由青铜粉和羰基铁粉混合而成，青铜粉的质量百分比为45%，羰基铁粉的质量百分比为55%。
混合粉为300目、氧化铝粉为200目、氧化锌为200目、氧化钡为100目、氟化石墨为100目、微蜡粉为100目、氧化镍粉为200目、锡粉为250目、二氧化锆粉为200目和碳化硅粉为100目。
其制备方法如下：
A、
混合：将粉料按所述配比进行称量，放入双锥混合器中以350r/min的转速混合60分钟，制成混合均匀的粉料；
B、 压制：将混合均匀的粉料置于模具中，在810MPa压力下压制成型并得到压坯，压力为6.2T/cm2；
C、 烧结：将压坯置于网带烧结炉中进行烧结，在保护气氛中烧结，烧结过程中压力为5.4兆帕，压坯首先经过930℃的预热带，预热时间为1.5h，然后进入1240℃的烧结带，保温2h，最后以25℃/分钟将加压烧结后的产物从烧结温度降温至室温，得到烧结体；
D、 整形：将烧结体压制整形并得到压件；
E、 浸油：将压件在真空度为负一个大气压下浸入润滑油中进行浸油处理，浸油时间为30分钟。
润滑油由艾克森美孚公司生产的型号YQ-28#的润滑油、航空煤油、抗磨剂和防锈油按质量百分比为75:20:3:2的比例组成。
所述保护气氛为氢气。
经过检测，本实施例产品的密度为6.84g/cm3、硬度为95HRB、摩擦系数为0.081、磨痕深度为0.007mm、摩擦温升为72℃。
实施例
2
一种铁铜基粉末冶金减摩材料，由以下重量份配比的原料制成：混合粉73份、氧化铝粉6份、氧化锌4份、氧化钡3份、氟化石墨6份、微蜡粉5份、氧化镍粉4份、锡粉11份、二氧化锆粉3份和碳化硅粉4份。其中，混合粉由青铜粉和羰基铁粉混合而成，青铜粉的质量百分比为46%，羰基铁粉的质量百分比为54%。
混合粉为300目、氧化铝粉为200目、氧化锌为200目、氧化钡为100目、氟化石墨为100目、微蜡粉为100目、氧化镍粉为200目、锡粉为250目、二氧化锆粉为200目和碳化硅粉为100目。
其制备方法如下：
A、
混合：将粉料按所述配比进行称量，放入双锥混合器中以350r/min的转速混合60分钟，制成混合均匀的粉料；
B、 压制：将混合均匀的粉料置于模具中，在820MPa压力下压制成型并得到压坯，压力为6.3T/cm2；
C、 烧结：将压坯置于网带烧结炉中进行烧结，在保护气氛中烧结，烧结过程中压力为5.4兆帕，压坯首先经过940℃的预热带，预热时间为1.5h，然后进入1240℃的烧结带，保温2h，最后以26℃/分钟将加压烧结后的产物从烧结温度降温至室温，得到烧结体；
D、 整形：将烧结体压制整形并得到压件；
E、 浸油：将压件在真空度为负一个大气压下浸入润滑油中进行浸油处理，浸油时间为30分钟。
润滑油由艾克森美孚公司生产的型号YQ-28#的润滑油、航空煤油、抗磨剂和防锈油按质量百分比为75:20:3:2的比例组成。
所述保护气氛为氢气。
经过检测，本实施例产品的密度为6.89g/cm3、硬度为96HRB、摩擦系数为0.084、磨痕深度为0.008mm、摩擦温升为77℃。
实施例
3
一种铁铜基粉末冶金减摩材料，由以下重量份配比的原料制成：混合粉74份、氧化铝粉7份、氧化锌6份、氧化钡4份、氟化石墨7份、微蜡粉7份、氧化镍粉6份、锡粉13份、二氧化锆粉4份和碳化硅粉5份。其中，混合粉由青铜粉和羰基铁粉混合而成，青铜粉的质量百分比为47%，羰基铁粉的质量百分比为53%。
混合粉为300目、氧化铝粉为200目、氧化锌为200目、氧化钡为100目、氟化石墨为100目、微蜡粉为100目、氧化镍粉为200目、锡粉为250目、二氧化锆粉为200目和碳化硅粉为100目。
其制备方法如下：
A、
混合：将粉料按所述配比进行称量，放入双锥混合器中以350r/min的转速混合60分钟，制成混合均匀的粉料；
B、 压制：将混合均匀的粉料置于模具中，在820MPa压力下压制成型并得到压坯，压力为6.3T/cm2；
C、 烧结：将压坯置于网带烧结炉中进行烧结，在保护气氛中烧结，烧结过程中压力为5.4兆帕，压坯首先经过940℃的预热带，预热时间为1.5h，然后进入1240℃的烧结带，保温2h，最后以28℃/分钟将加压烧结后的产物从烧结温度降温至室温，得到烧结体；
D、 整形：将烧结体压制整形并得到压件；
E、 浸油：将压件在真空度为负一个大气压下浸入润滑油中进行浸油处理，浸油时间为30分钟。
润滑油由艾克森美孚公司生产的型号YQ-28#的润滑油、航空煤油、抗磨剂和防锈油按质量百分比为75:20:3:2的比例组成。
所述保护气氛为氮气。
经过检测，本实施例产品的密度为6.84g/cm3、硬度为97HRB、摩擦系数为0.086、磨痕深度为0.011mm、摩擦温升为79℃。
实施例
4
一种铁铜基粉末冶金减摩材料，由以下重量份配比的原料制成：混合粉75份、氧化铝粉8份、氧化锌7份、氧化钡5份、氟化石墨8份、微蜡粉8份、氧化镍粉7份、锡粉10-14份、二氧化锆粉5份和碳化硅粉6份。其中，混合粉由青铜粉和羰基铁粉混合而成，青铜粉的质量百分比为48%，羰基铁粉的质量百分比为55%。
混合粉为300目、氧化铝粉为200目、氧化锌为200目、氧化钡为100目、氟化石墨为100目、微蜡粉为100目、氧化镍粉为200目、锡粉为250目、二氧化锆粉为200目和碳化硅粉为100目。
其制备方法如下：
A、
混合：将粉料按所述配比进行称量，放入双锥混合器中以350r/min的转速混合60分钟，制成混合均匀的粉料；
B、 压制：将混合均匀的粉料置于模具中，在830MPa压力下压制成型并得到压坯，压力为6.4T/cm2；
C、 烧结：将压坯置于网带烧结炉中进行烧结，在保护气氛中烧结，烧结过程中压力为5.4兆帕，压坯首先经过950℃的预热带，预热时间为1.5h，然后进入1240℃的烧结带，保温2h，最后以30℃/分钟将加压烧结后的产物从烧结温度降温至室温，得到烧结体；
D、 整形：将烧结体压制整形并得到压件；
E、 浸油：将压件在真空度为负一个大气压下浸入润滑油中进行浸油处理，浸油时间为30分钟。
润滑油由艾克森美孚公司生产的型号YQ-28#的润滑油、航空煤油、抗磨剂和防锈油按质量百分比为75:20:3:2的比例组成。
所述保护气氛为氮气。
经过检测，本实施例产品的密度为6.84g/cm3、硬度为97HRB、摩擦系数为0.081、磨痕深度为0.005mm、摩擦温升为77℃。
Claims (5)
1.一种铁铜基粉末冶金减摩材料，其特征在于由以下重量份配比的原料制成：混合粉72-75份、氧化铝粉5-8份、氧化锌3-7份、氧化钡2-5份、氟化石墨4-8份、微蜡粉4-8份、氧化镍粉3-7份、锡粉10-14份、二氧化锆粉2-5份和碳化硅粉3-6份；所述混合粉由青铜粉和羰基铁粉混合而成，青铜粉的质量百分比为45~48%，羰基铁粉的质量百分比为52~55%。
2.根据权利要求 1 所述的铁铜基粉末冶金减摩材料，其特征在于：所述混合粉为300目、氧化铝粉为200目、氧化锌为200目、氧化钡为100目、氟化石墨为100目、微蜡粉为100目、氧化镍粉为200目、锡粉为250目、二氧化锆粉为200目和碳化硅粉为100目。
3.一种权利要求 1 所述的铁铜基粉末冶金减摩材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下制备步骤：
A、 混合：将粉料按所述配比进行称量，放入双锥混合器中以350r/min的转速混合60分钟，制成混合均匀的粉料； B、 压制：将混合均匀的粉料置于模具中，在810～830MPa压力下压制成型并得到压坯； C、 烧结：将压坯置于网带烧结炉中进行烧结，在保护气氛中烧结，烧结过程中压力为5.4兆帕，压坯首先经过930~950℃的预热带，预热时间为1.5h，然后进入1240℃的烧结带，保温2h，最后以25-30℃/分钟将加压烧结后的产物从烧结温度降温至室温，得到烧结体； D、 整形：将烧结体压制整形并得到压件； E、 浸油：将压件在真空度为负一个大气压下浸入润滑油中进行浸油处理，浸油时间为30分钟。
4.根据权利要求 3 所述的铁铜基粉末冶金减摩材料的制备方法，其特征在于：所述润滑油由YQ-28#润滑油、航空煤油、抗磨剂和防锈油按质量百分比为75:20:3:2的比例组成。
5.根据权利要求 3所述的铁铜基粉末冶金减摩材料的制备方法，其特征在于：所述保护气氛为氢气或氮气。
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