CN1057950C - 一种钢背铜合金玻璃复合体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种钢背铜合金玻璃复合体，及其制备方法它是以钢板为基体，在其表面经烧结、轧制复合有由铜合金粉、玻璃粉混合制成的工作层，工作层混合物中各组分重量比为：铜合金粉80-96份、玻璃粉2-11份、石墨粉0-12份。它具有结构强度高、承载能力大、减摩、耐磨性能好、制造工艺简便、成本低、使用寿命长、适用范围广等优点。

Description

一种钢背铜合金玻璃复合体及其制备方法

本发明涉及一种复合减摩材料，特别是一种有良好的减摩、耐磨性能的钢背铜合金玻璃复合体及其制备方法。它适于高温、污水、粉尘等恶劣工况，可制成滑板、导轨、轴瓦、轴套等使用。

目前，各种机械传动装置用的轴套、轴瓦、导轨、滑板等有相对滑动运动的零部件，在不同的工况下使用相应的减摩、耐磨材料，常用的有铜基耐磨合金、巴氏合金等。在国内外有关文献上也有许多自润滑减摩材料的报导，如1984年粉末冶金(Powder Metallurgy Vol 7.No1)第30-38页报导了“粉末冶金法生产金属玻璃复合材料”；1987年国际粉末冶金杂志(The InternationalJournal of Powder metallurgy Vol23.No2)第95-101页报导了“填加玻璃对自润滑青铜轴承某些性能的影响”；1986年国际粉末冶金(Powder metallur-gy International Vol 17.No3)第124-128页报导了“青铜玻璃自润滑轴承”等文章。上述复合材料均属于多孔浸油材料，文章介绍了把玻璃作为填加剂加入到粉末冶金青铜轴承中，讨论了玻璃的加入量对轴承的强度、孔隙度、密度等性能的影响，指出随玻璃含量的增加、强度提高、密度降低、孔隙度降低，因而合油体积也降低。上述轴承主要依靠预先浸油才能自润滑，因轴承中必须保证含有一定数量开放性孔隙，故玻璃的加入量受到限制。因此，其抗拉强度和压溃强度较低，不能承受重载荷，使其应用范围受限。另外在有关专利文献中也公开了多层复合材料，如中国专利CN1071179“碳素纤维增强聚四氟乙稀密封材料及其制造方法”；CN1043550“新型复合材料涡轮”，还有美国专利US5573846、US4666712、US4812367、日本专利62-75127、62-109843、62-184225、59-2839等，也报导过钢背复合材料，但其工作表面均是以高分子聚合物为基体，再添加玻璃纤维、碳纤维、石墨粉、青铜粉等材料，来提高其耐磨性和强度，使之具有自润滑性能。然而上述复合材料主要适用于低载荷、高转速条件下工作。当工作温度超过150℃时，其磨损率急剧升高，因而其耐磨性较差，远不能适应高温、粉尘等恶劣工况，也不适于重载、低速条件下使用。

本发明的目的是提供一种钢背铜合金玻璃复合体及其制备方法，它具有结构强度高、承载能力大、减摩、耐磨性能好、制造工艺简便、成本低、使用寿命长、适用范围广等优点。

本发明的目的是这样实现的：该复合体以钢板为基体，在其表面经烧结、轧制复合有由铜合金粉、玻璃粉混合制成的工作层，工作层混合物中各组分重量比为：铜合金粉80-96份、玻璃粉2-11份、石墨粉0-12份。

该复合体的制备方法是：先按重量比称取铜合金粉80-96份、玻璃粉2-11份、石墨粉0-12份，搅拌均匀制成混合物，选定的钢板表面除锈、去污、去油垢、活化处理，然后将混合物均匀平敷在钢板表面形成工作层，再经还原气氛炉烧结、冷却、轧制成所需形状复合体。其烧结温度宜控制在720-800℃，时间在2-4小时，烧结效果好。所用铜合金粉可为锡青铜、铝青铜、铅青铜、黄铜等。

由于本发明的复合体以钢板为基体，其塑性好，易于加工，与铜合金有很好的复合性，机械强度高。作为工作层混合物中的铜合金是很好的减摩、耐磨材料，其具有良好的可镶嵌性、塑性、导热性、耐腐蚀性等。根据使用工况不同可选用各种铜合金。混合物中的玻璃是一种硬度高、摩擦系数小、不与轴咬合的减摩材料，其自身是脆性能材，但当其镶嵌在软的铜合金材料中，脆性得以克服，且随玻璃含量的增加摩擦系数减小。可是玻璃含量过多，复合体烧结密度降低，会使其工艺性能恶化。因此，玻璃粉与铜合金粉的重量比宜在(2-11)∶(80-96)范围内，最佳重量比为(3-7)∶(90-94)。有时为提高复合体的自润滑性能，需要加入固体润滑剂石墨。其在混合物中的重量比可占0-12份。随石墨含量增加，材料自润滑作用也增加，但石墨含量过多，材料的强度和硬度均降低。因此，石墨在混合物中的重量比宜控制在1-3份范围内，控制在6-10份也可取得较好效果。

所用铜合金粉的成份优先选用以下含量(重量百分比)：锡青铜：Sn9-11％，Pb4-6％，余量为Cu；也可为Sn4-6％，Zn4-6％，Pb4-6％，余量为Cu。铝青铜：Al8-9％，Fe2.5-4.5％，余量为Cu；也可为Al6-8％，Mn16-19％，Fe2.5-4％，余量为Cu。铅青铜：Pb26-30％，余量为Cu；也可为Pb18-22％，Sn4-6％，余量为Cu。黄铜：Zn42-45％，余量为Cu；也可为Zn38-42％，Mn2-3％，余量为Cu；还可为Zn18-22％，Si2.5-3.5％，余量为Cu。上述铜合金材料可根据不同的使用工况、不同的部件形状分别选用。该复合体既具有钢板的强度高、塑性好、易加工、承载能力大的优点，又具有铜合金、玻璃或石墨等减摩、耐磨、自润滑、可机械加工性能，因此，其制造工艺简使、成本低、使用寿命长。由于它可在有润滑条件下工作，也可在边界润滑或无润滑条件下工作，还可在高温、粉尘等恶劣条下工作，所以适用范围广。

以下结合实施例对本发明进行详细描述。

实施例一：破碎机轴瓦(钢背铅青铜玻璃复合体)

选定基体：采用A3钢板，厚14mm，将其表面除锈、去污、去油垢、活化处理。

制备混合物：所用铜合金粉为铅青铜，其组成Pb22％、Sn5％、余量为Cu。称取铅青铜粉90份、玻璃粉10份，置入搅拌器内混合均匀，备用。

制作成品；将处理后的钢板表面均匀平敷一层预制的混合物，在还原气氛炉中烧结，温度控制在720℃左右，烧结2小时，冷却后在轧机上轧制至工作层厚度5mm，校平后按轴瓦规格下料，铣油槽，卷成半圆形轴瓦，经检验合格即为成品。

实施例二：球磨机轴瓦(钢背黄铜玻璃复合体)

选定基体：采用A3钢板，厚15mm，将其表面除锈、去污、去油垢、活化处理。

制备混合物：所用铜合金粉为锡青铜，其组成Zn40％、Mn3％，余量为Cu。称取黄铜粉89份、玻璃粉3份，石墨8份，置入搅拌器内混合均匀，备用。

制作成品：将处理后的钢板表面均匀平敷一层预制的混合物，在还原气氛炉中烧结，温度控制在750℃左右，烧结2小时，冷却后在轧机上轧制至工作层厚度5mm，校平后按轴瓦规格下料，铣油槽，卷成半圆形轴瓦，经检验合格即为成品。

实施例三：耐磨板(钢背锡青铜玻璃复合体)

选定基体：采用08F钢板，厚2mm，将其表面除锈、去污、去油垢、活化处理。

制备混合物：所用铜合金粉为锡青铜，其组成Sn10％、Pb5％，余量为Cu。称取锡青铜粉94份、玻璃粉5份，石墨1份，置入搅拌器内混合均匀，备用。

制作成品：将处理后的钢板表面均匀平敷一层预制的混合物，在还原气氛炉中烧结，温度控制在780℃左右，烧结2小时，冷却后在轧机上轧制至工作层厚度1mm，校平后按规格尺寸下料，铣油槽，卷成半圆形轴瓦，经检验合格即为成品。

实施例四：切钢机滑板(钢背铝青铜玻璃复合体)

选定基体：采用A3钢板，厚26mm，将其表面除锈、去污、去油垢、活化处理。

制备混合物：所用铜合金粉为铝青铜，其组成Al9％、Fe4％，余量为Cu。称取铝青铜粉90份、玻璃粉7份，石墨3份，置入搅拌器内混合均匀，备用。

制作成品：将处理后的钢板表面均匀平敷一层预制的混合物，在还原气氛炉中烧结，温度控制在790℃左右，烧结4小时，冷却后在轧机上轧制至工作层厚度4mm，校平后铣油槽，钻装配孔，经检验合格即为成品。

实施例五：打浆机轴瓦(钢背锡青铜玻璃复合体)

选定基体：采用08A1铜板，厚3mm，将其表面除锈、去污、去油垢、活化处理。

制备混合物：所用铜合金粉为锡青铜，其组成Sn5％、Zn5％，Pb5％，余量为Cu。称取锡青铜粉92份、玻璃粉5份，石墨3份，置入搅拌器内混合均匀，备用。

制作成品：将处理后的钢板表面均匀平敷一层预制的混合物，在还原气氛炉中烧结，温度控制在800℃左右，烧结2小时，冷却后在轧机上轧制至工作层厚度2mm，校平后按规格尺寸下料，铣油槽，卷成半圆形轴瓦，经检验合格即为成品。

Claims (7)

1、一种钢背铜合金玻璃复合体，其特征是以钢板为基体，在其表面经烧结、轧制复合有由铜合金粉、玻璃粉混合制成的工作层，工作层混合物中各组分重量比为：铜合金粉80-96份、玻璃粉2-11份、石墨粉0-12份。

2、根据权利要求1所述的复合体，其特征是所用铜合金粉为锡青铜，各组分重量百分比为：Sn9-11％，Pb4-6％，余量为Cu；也可为Sn4-6％，Zn4-6％，Pb4-6％，余量为Cu。

3、根据权利要求1所述的复合体，其特征是所用铜合金粉为铝青铜，各组分重量百分比为：Al8-9％，Fe2.5-4.5％，余量为Cu；也可为Al6-8％，Mn16-19％，Fe2.5-4％，余量为Cu。

4、根据权利要求1所述的复合体，其特征是所用铜合金粉为铅青铜，各组分重量百分比为：Pb26-30％，余量为Cu；也可为Pb18-22％，Sn4-6％，余量为Cu。

5、根据权利要求1所述的复合体，其特征是所用铜合金粉为黄铜，各组分重量百分比为：Zn42-45％，余量为Cu；也可为Zn38-42％，Mn2-3％，余量为Cu；还可为Zn18-22％，Si2.5-3.5％，余量为Cu。

6、根据权利要求1所述的钢背铜合金玻璃复合体的制备方法，其特征是先按重量比称取铜合金粉80-96份、玻璃粉2-11份、石墨粉0-12份，搅拌均匀制成混合物，选定的钢板表面除锈、去污、去油垢、活化处理，然后将混合物均匀平敷在钢板表面形成工作层，再经还原气氛炉烧结、冷却、轧制成所需形状复合体。

7、根据权利要求6所述的制备方法，其特征是在还原气氛炉中的烧结温度控制在720-800℃，烧结时间2-4小时。