CN104759618A

CN104759618A - 一种钛铁基含油减摩材料

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Publication number: CN104759618A
Application number: CN201510180573.1A
Authority: CN
Inventors: 尹延国; 张国涛; 尹利广; 刘振明; 焦明华; 解挺; 俞建卫; 田明
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2035-04-17
Also published as: CN104759618B

Abstract

本发明公开了一种钛铁基含油减摩材料。由1.5%~5%氢化钛粉、84.5%～97.1%还原铁粉、1%~5%铜粉、0.2%～2.0%石墨粉、0.1~1.5%磷铁粉和0.1%～2%硬脂酸锌，经过混粉、压制、烧结和浸油处理等步骤制成。与现有技术相比，本发明通过向材料中添加氢化钛粉，一方面提高了材料的开孔孔隙度，使材料内部贮存更多的润滑油，利于析出到摩擦副表面形成动压油膜，起到补充润滑的作用；另一方面氢化钛分解产生的单质钛与石墨发生反应，生成了碳化钛硬质颗粒，提高了材料的耐磨性能。氢化钛的加入明显改善了铁基粉末冶金材料的摩擦学性能，并具有成本较低廉、适用范围广的优点。

Description

一种钛铁基含油减摩材料

技术领域

本发明属于金属材料粉末冶金技术领域，具体涉及一种具有较好减摩耐磨效果及自润滑性能的铁基粉末冶金材料及其制备工艺。

背景技术

铁基含油粉末冶金材料强度、硬度高，耐高温、耐磨性好、价格便宜，已在滑动轴承、汽车摩擦副零件和液压元件等领域得到广范应用。但是铁基烧结材料的减摩和耐磨性能和铜基材料相比，仍有较大差距，特别在贫油或无油润滑和较高的工作温度下，摩擦副表面易发生黏着磨损甚至咬合。因此，如何提高铁基含油材料的减摩耐磨性能显得尤为重要。

发明内容

为了提高铁基粉末冶金含油自润滑材料的摩擦学性能，本发明提供一种钛铁基含油减摩材料。

本发明通过添加氢化钛和硬脂酸锌，烧结过程中这两种物质发生分解，一方面分解产生的气体从材料基体中蒸发逸出，从而在铁基材料内部产生一定数量的孔隙，提高材料的开孔孔隙度，使得浸油处理时材料内部贮存更多的润滑油，在贫油润滑或润滑不良工况时，材料孔隙中贮存的润滑油析出到摩擦副表面形成动压油膜，起到补充润滑的作用，提高铁基粉末冶金材料的减摩性能；另一方面氢化钛分解产生的单质钛，与石墨反应生成硬度较高的碳化钛颗粒，提高了铁基粉末冶金材料的硬度和耐磨性能。

一种钛铁基含油减摩材料由1.5%~5%氢化钛粉、84.5%～97.1%还原铁粉、1%~5%铜粉、0.2%～2.0%石墨粉、0.1~1.5%磷铁粉和0.1%～2%硬脂酸锌制成，所述原料粉末的百分比均为质量百分比。

制备钛铁基含油减摩材料的具体操作步骤如下：

（1）混料：按配方将原料粉末混合物装入混料器中，使混料器以20~40 r/min的速度混合0.5~1 h，得到混合物料；

（2）压制：将所述混合物料送入压机的制品模具中，在600MPa~700MPa压力下压制成生坯；

（3）烧结：将所述生坯置入粉末冶金烧结炉，通入氨分解气氛进行保护，温度1120℃~1150℃，烧结时间为3小时，得到烧结材料；

（4）浸油：将所述烧结材料进行真空浸油，油温为80℃~100℃，真空气压值不大于8KPa，浸油时间为0.5~1h，得到钛铁基含油减摩材料；钛铁基含油减摩材料的密度6.375~6.405g/cm3，硬度51.8~56.2HRB，含油率15.262~20.040%。

所述氢化钛粉为300目氢化钛粉，其中钛的含量大于99.7%。

所述石墨为鳞片状石墨。

所述磷铁粉为350目磷铁粉，磷铁粉的主要化学成分为P-20wt%、Fe-75wt%、其它锰、碳、钛、铝5wt%。

与已有的技术相比，本发明的有益效果体现在以下方面：

1.本发明的材料通过添加氢化钛粉末，由于其密度较低，在相同的烧结密度下，含氢化钛的材料致密度也较高，可以在一定程度上降低材料的总孔隙度、提高材料的力学性能；同时氢化钛在烧结时会发生分解反应，提高开孔孔隙的数量，在浸油处理时能够贮存更多的润滑油，改善材料的自润滑性能，增加减摩效果。

2.本发明材料中氢化钛分解产生的单质钛，与材料中的石墨发生反应，生成了碳化钛颗粒，其硬度较高，常被用作粉末冶金材料的颗粒增强体，生成的碳化钛颗粒增加了材料的硬度，提高了材料抗粘着、咬合的能力，同时也提高了材料的耐磨性能。

3.本发明材料中含有0.1~1.5%的磷，磷可以明显提高粉末冶金材料的硬度以及摩擦过程中抗粘着擦伤性能，改善了粉末冶金材料的耐磨特性和承载能力。

具体实施方式：

下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。

以下实施例所用原料说明：

氢化钛粉为300目氢化钛粉，其中钛的含量大于99.7%。石墨为鳞片状石墨。磷铁粉为350目磷铁粉，磷铁粉的主要化学成分为磷20wt%、铁75wt%、其它锰、碳、钛、铝5wt%。

实施例1

钛铁基含油减摩材料的原料和质量（质量百分比）如下：

0.45g（1.5%）氢化钛粉、28.05g（93.5%）还原铁粉、0.9g（3%）铜粉、0.21g（0.7%）石墨粉、0.09g（0.3%）磷铁粉、0.3g（1%）硬脂酸锌。

具体制备操作步骤如下：

（1）混料：将上述配方的原料装入锥型混料器中，转速40 r/min条件下混合0.5h，得到混合物料；

（2）压制：将混合物料送入压机的制品模具，在650MPa压力下压制成生坯；

（3）烧结：将所述生坯置入粉末冶金烧结炉，通入氨分解气氛进行保护，温度1120℃，烧结时间为3小时，得到烧结材料；

（4）浸油：将所述烧结材料进行真空浸油，油温为100℃，真空气压值不大于8KPa，浸油时间为0.5h，得到钛铁基含油减摩材料；钛铁基含油减摩材料的密度6.405g/cm³、含油率为15.262%、硬度为51.8HRB、摩擦系数为0.105、磨痕深度为0.024mm。

实施例2

钛铁基含油减摩材料的原料和质量（质量百分比）为：

0.75g（2.5%）氢化钛粉、27.33g（91.1%）还原铁粉、1.2g（4%）铜粉、0.24g（0.8%）石墨粉、0.12g（0.4%）磷铁粉、0.36g（1.2%）硬脂酸锌。

制备方法同实施例1，制得的钛铁基含油减摩材料的密度为6.391g/cm³、含油率为17.83%、硬度为53HRB、摩擦系数为0.092、磨痕深度为0.017mm。相对于实施例1，本实施例配方材料的密度降低，自润滑和减摩耐磨性能更优。

实施例3

钛铁基含油减摩材料的原料和质量（质量百分比）为：

1.05g（3.5%）氢化钛粉、27.51g（91.7%）还原铁粉、0.9g（3%）铜粉、0.18g（0.6%）石墨粉、0.06g（0.2%）磷铁粉、0.3g（1%）硬脂酸锌。

制备方法同实施例1，制得的钛铁基含油减摩材料的密度为6.379g/cm³、含油率为18.779%、硬度为54.6HRB、摩擦系数为0.084、磨痕深度为0.011mm。相对于实施例1、2，本实施例配方材料的自润滑和减磨耐磨性能最好。

实施例4

钛铁基含油减摩材料的原料和质量（质量百分比）为：

1.2g（4%）氢化钛粉，27.09g（90.3%）还原铁粉、0.9g（3%）铜粉、0.21g（0.7%）石墨粉、0.15g（0.5%）磷铁粉、0.45g（1.5%）硬脂酸锌。

制备方法同实施例1，制得的钛铁基含油减摩材料的密度为6.378g/cm³、含油率为19.05%、硬度为55.9HRB、摩擦系数为0.093、磨痕深度为0.014mm。相对于实施例3，本实施例配方材料的摩擦系数和磨痕深度较大。

实施例5

钛铁基含油减摩材料的原料和质量（质量百分比）同实施例1。

具体制备操作步骤如下：

（1）混料：将上述配方的原料装入锥型混料器中，转速40 r/min条件下混合1 h，得到混合物料；

（2）压制：将混合物料送入压机的制品模具，在700 MPa压力下压制成生坯；

（3）烧结：将所述生坯置入粉末冶金烧结炉，通入氨分解气氛进行保护，温度1150 ℃，烧结时间为3小时，得到烧结材料；

（4）浸油：将所述烧结材料进行真空浸油，油温为100 ℃，真空气压值不大于8 KPa，浸油时间为1 h，得到钛铁基含油减摩材料；钛铁基含油减摩材料的密度6.408 g/cm³、含油率为14.001 %、硬度为52.6 HRB、摩擦系数为0.108、磨痕深度为0.029 mm。

由表1可见，普通铁基粉末冶金材料的密度为6.412g/cm³、含油率为12.321%、硬度为42.8HRB。与不含氢化钛的普通铁基粉末冶金材料相比，本发明材料密度稍有降低、含油率和硬度都明显提高。实施例1~4的密度降低幅度分别为0.11%、0.33%、0.51%、0.53%，含油率提升幅度分别为23.87%、44.71%、50.71%、54.61%，硬度提高幅度分别为21.03%、23.83%、27.57%、30.6%。为表明不同制备工艺下钛铁基含油减摩材料的性能，设置一组对比试验实施例1与实施例5，两实施例材料的原料和质量相同，不同之处在于：实施例5中混料时间由0.5 h延长到1 h，压制压力由650 MPa提高到700 MPa，烧结温度由1120℃提高到1150 ℃，浸油时间由0.5 h延长到1 h。与实施例1相比，实施例5制得的钛铁基含油减摩材料的密度、硬度提高幅度分别为0.047%和1.5%，含油率降低幅度为8.26%；

从摩擦磨损性能上看，本发明材料的减摩耐磨性能均优于普通不含氢化钛铁基粉末冶金材料。与不含氢化钛的普通铁基粉末冶金材料相比，实施例1~4的摩擦系数下降幅度分别为6.25%、17.86%、25%、16.96%，磨痕深度降低幅度分别为35.13%、54.05%、70.27%、62.16%。与实施例1相比，实施例5的摩擦系数提高幅度分别为2.86%，磨痕深度提高幅度为20.83%。

本发明在普通铁基粉末冶金材料的基础上，通过氢化钛提高材料的开孔孔隙度和含油率，在贫油时的边界或混合润滑工况下，材料孔隙中贮存的足量润滑油析出到摩擦副表面，起到补充润滑的作用，从而明显提高铁基粉末冶金材料的减摩、耐磨性能。

当然，根据实际需要，本发明所述粉末冶金配方在上述的范围还可以包含更多的实施例，本发明并不限于上述具体的实施例。

Claims

1.一种钛铁基含油减摩材料，其特征在于由1.5%~5%氢化钛粉、84.5%～97.1%还原铁粉、1%~5%铜粉、0.2%～2.0%石墨粉、0.1~1.5%磷铁粉和0.1%～2%硬脂酸锌制成，所述原料粉末的百分比均为质量百分比；

制备钛铁基含油减摩材料的具体操作步骤如下：

（4）浸油：将所述烧结材料进行真空浸油，油温为80℃~100℃，真空气压值不大于8KPa，浸油时间为0.5~1h，得到含钛铁基含油减摩材料；含钛铁基含油减摩材料的密度6.375~6.405g/cm³，硬度51.8~56.2HRB，含油率15.262~20.040%。

2.根据权利要求1所述的一种钛铁基含油减摩材料的制备方法，其特征在于：所述氢化钛粉为300目氢化钛粉，其中钛的含量大于99.7%。

3.根据权利要求1所述的一种钛铁基含油减摩材料的制备方法，其特征在于：所述石墨为鳞片状石墨。

4.根据权利要求1所述的一种钛铁基含油减摩材料的制备方法，其特征在于：所述磷铁粉为350目磷铁粉，磷铁粉的主要化学成分为磷20wt%、铁75wt%、其它锰、碳、钛、铝5wt%。