CN105734338A - 一种锡基巴氏合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锡基巴氏合金，包括以下重量百分比的各组分：8～20％的Sb，5～15％的Cu，0.02～0.5％的Ti，0.05～0.5％的Ni，余量为Sn。本发明所述锡基巴氏合金不含砷，在不降低巴氏合金材料的主要性能前提下，避免巴氏合金应用过程中产生的危害。本发明另外提供了一种上述锡基巴氏合金的制备方法。

Description

一种锡基巴氏合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种锡基巴氏合金及其制备方法。

背景技术

巴氏合金(Babbittmetal)是具有减摩特性的锡基或铅基轴承合金。锡基巴氏合金的主要成分包括锡、锑、铜。锑、铜元素可形成中间相，作为软基体上均匀分布的硬相质点起支撑作用，使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道，利于减摩。为细化晶粒并防止成分偏析，合金中通常还加入少量的砷。

砷(As)本身毒性不大，但其化合物、盐类和有机化合物都有毒性，且在很大程度上取决于它在水中的溶解度。砷的氧化物和一些盐类绝大部分属高毒类物质。一般而论，无机砷的毒性较有机砷更强，三价砷毒性较五价砷毒性更大。因此，在金属材料熔炼领域，砷的使用具有明显的毒性危害。

如前所述，由于一直没有找到砷的替代元素，在巴氏合金铸造行业，砷作为材料性能的有益元素使用还是十分普遍的。然而，目前巴氏合金作为耐磨材料的使用正在发生变化，采用表面涂覆或堆焊的方法更加普及，巴氏合金往往被加工成焊丝材料进行高温涂覆，由于电弧温度达到2000℃左右，合金中的元素尤其砷元素更加容易氧化，因此砷的潜在危害更加突出。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是：提供一种无砷的锡基巴氏合金，在不降低巴氏合金材料的主要性能前提下，避免巴氏合金应用过程中产生的危害。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种锡基巴氏合金，包括以下重量百分比的各组分：8～20％的Sb，5～15％的Cu，0.02～0.5％的Ti，0.05～0.5％的Ni，余量为Sn。

本发明的锡基巴氏合金通过加入并控制关键成分Ti和Ni的含量，在凝固过程中首先形成弥散分布的高熔点相(TiNi3和Ti2Ni)，作为非均匀形核的质点，有利于提高形核率，起到细化晶粒的作用，并且在快速冷却的条件下避免偏析现象。

当Ti含量低于0.02％，Ni含量低于0.05％时，难以形成有效数量的高熔点相，因此晶粒细化作用不明显。而当Ti含量高于0.5％，Ni含量高于0.5％时，高熔点相有粗化趋势，数量反而会有所减少，晶粒细化作用降低。如图1为本发明巴氏合金中不同Ti含量对合金延伸率(塑性)的影响；如图2为本发明巴氏合金中不同Ni含量对合金延伸率(塑性)的影响。

作为一种优选的方案，所述合金含有0.15～0.2％的Ti和0.15～0.2％的Ni。

采用上述优选的方案，合金中的初生相为更加弥散细小的Ti2Ni相，而TiNi3相难以生成，使得合金的细化效果更加明显，材料的强度和塑性都得到显著提高。

本发明另一个所要解决的技术问题是：提供一种上述锡基巴氏合金的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：锡基巴氏合金的制备方法，包括以下步骤：

a.使用真空中频炉制作母合金，所述母合金中包括重量百分比为9-11％的Ti、重量百分比为4.5-5.5％的Ni，其余为Cu；

b.以母合金、一定量的纯Cu、一定量的纯Ni、一定量的纯Sb及一定量的纯Sn为原料进行混合熔炼、浇铸得到所需锡基巴氏合金。

本技术方案的有益效果是：由于Ti元素较为活泼，同时在液态Sn中的扩散速率慢，因此需要首先与Ni、Cu等高熔点原料在真空条件下预先混合制备母合金，一方面可控制Ti在高温时的氧化，另一方面可改变Ti的原子排列方式，便于与Cu、Ni原子共同溶入锡液当中，加速整个巴氏合金熔炼过程。结合这两个方面可有效降低Ti在整个熔炼过程中的烧损，精确控制该元素在合金中的含量。

附图说明

图1为本发明巴氏合金中不同Ti含量对合金延伸率(塑性)的影响；

图2为本发明巴氏合金中不同Ni含量对合金延伸率(塑性)的影响

图3为本发明的实施例1的扫描电镜照片，

图4为本发明的实施例2的扫描电镜照片，

图5为Sn11Sb6Cu巴氏合金的金相组织图(未加细化剂)

图6为Sn11Sb6Cu巴氏合金的金相组织图(加入0.1％的As)

图7为本发明的实施例2的Sn11Sb6Cu巴氏合金的金相组织图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步详细描述，但不因此限制本发明的范围。

实施例1：

一种锡基巴氏合金包括以下重量百分比的各组分：11％的锑(Sb)，6％的铜(Cu)，0.5％的钛(Ti)，0.5％的镍(Ni)，余量为锡(Sn)。

上述的锡基巴氏合金的制备方法，其步骤为：a.使用真空中频炉制作母合金，所述母合金中包括重量百分比为10％的Ti，重量百分比为5％的Ni，其余为Cu；b.以母合金、一定量的纯Cu(根据上述合金中的Cu含量及母合金中的Cu含量进行计算)、一定量的纯Ni(根据上述合金中的Ni含量及母合金中的Ni含量进行计算)、一定量的纯Sb(根据上述合金中的Sb含量进行计算)及一定量的纯Sn(根据上述合金中的Sn含量进行计算)为原料进行混合熔炼、浇铸得到所需锡基巴氏合金。

实施例2：

一种锡基巴氏合金包括以下重量百分比的各组分：11％的Sb，6％的Cu，0.2％的Ti和0.15的Ni，余量为Sn。

上述的锡基巴氏合金的制备方法，其步骤为：a.使用真空中频炉制作母合金，所述母合金中包括重量百分比为10％的Ti，重量百分比为5％的Ni，其余为Cu；b.以母合金、一定量的纯Cu(根据上述合金中的Cu含量及母合金中的Cu含量进行计算)、一定量的纯Ni(根据上述合金中的Ni含量及母合金中的Ni含量进行计算)、一定量的纯Sb(根据上述合金中的Sb含量进行计算)及一定量的纯Sn(根据上述合金中的Sn含量进行计算)为原料进行混合熔炼、浇铸得到所需锡基巴氏合金。

图3为本发明的实施例1的扫描电镜照片，图4为本发明的实施例2的扫描电镜照片，对比可见实施例1中出现较多的TiNi3相，同时颗粒相较粗大；实施例2中出现较多的Ti2Ni相，同时颗粒相更细小。

由图5-7可见，本锡基巴氏合金颗粒细化明显，其颗粒尺寸与含0.1％As的普通巴氏合金相当。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种锡基巴氏合金，其特征在于，包括以下重量百分比的各组分：8～20％的Sb，5～15％的Cu，0.02～0.5％的Ti，0.05～0.5％的Ni，余量为Sn。

2.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金，其特征在于，包括0.15～0.2％的Ti和0.15～0.2％的Ni。

3.一种权利要求1至2中任一项所述的锡基巴氏合金的制备方法，包括以下步骤：

a.使用真空中频炉制作母合金，所述母合金中包括重量百分比为9-11％的Ti、重量百分比为4.5-5.5％的Ni，其余为Cu；

b.以母合金、一定量的纯Cu、一定量的纯Ni、一定量的纯Sb及一定量的纯Sn为原料进行混合熔炼、浇铸得到所需锡基巴氏合金。