CN107321974A - 一种高强减摩无铅铁基滑动轴承材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强减摩无铅铁基滑动轴承材料及其制备方法，其特征是：由质量百铁基粉末和硫化亚铁粉末制成；将由铜粉、石墨粉、磷铁粉、氢化钛粉、硬脂酸锌粉、还原铁粉构成的铁基粉末和硫化亚铁粉末通过高能球磨工艺混合，再经压制、烧结、浸油工艺，即制得目标材料。本发明主要是利用FeS自身优良的减摩、抗粘着能力，取代原铁基轴承材料中的铅，避免了铅的污染，提高了铁基滑动轴承材料的减摩、抗咬合能力和耐磨性，可完全代替含铅铁基轴承材料，实现了无铅铁基滑动轴承材料高强度与良好润滑特性的有效统一。

Description

一种高强减摩无铅铁基滑动轴承材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种滑动轴承材料，具体地说是一种高强减摩无铅铁基滑动轴承材料及其制备方法。
背景技术
铁基粉末冶金材料强度和硬度高、耐磨性能好，已在滑动轴承、汽车零件和液压元件等领域得到广范应用。但随着现代工业的发展，在一些对摩擦性能要求较高的场合，铁基粉末冶金零件常出现摩擦副表面易发生黏着磨损甚至咬合。为了解决这一问题，利用铅具有质软、熔点低的特点，将一定质量铅添加至铁基粉末冶金材料中，使其具有较好的抗粘着、抗咬合效果，含铅铁基滑动轴承材料得到广泛应用，但同时铅也是一种重金属，对人体和环境都有着严重的危害。目前，欧美等发达国家都对铅的使用进行了严格的限制。FeS作为常见的固体自润滑材料，具有较低的剪切强度，可作为固体润滑组元改善铁基滑动轴承材料的减摩、抗粘着特性，目前还未见这方面的专利及其他文献报道。随着科学技术的发展，其对各种设备和零部件的性能提出了越来越高的要求，但是利用FeS作为润滑剂掺入量过少会使材料的润滑性能不好，掺量过多又会降低其强度，因此有必要研究在保证固体自润滑材料减摩性能的前提下不断提高材料的强度。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术的不足，提供了一种高强减摩无铅铁基滑动轴承材料及其制备方法，所要解决的技术问题是利用硫化亚铁取代铁基轴承材料中作为润滑剂的铅，利用高能球磨工艺提高硫化亚铁粉和石墨粉在铁粉中的均匀弥散分布程度，与铁基体牢固结合，解决硫化亚铁含量较高时的团聚问题以及界面结合差等问题，消除石墨的偏析现象，提高材料的强度和减摩性能。
本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：
本发明的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料，是由质量百分比为80～99％的铁基粉末和1～20％的硫化亚铁粉末制成；所述铁基粉末的原料按质量百分比的构成为：铜粉5～20％，石墨粉0.5～1.5％，磷铁粉0.1～1.2％，氢化钛粉1.5～4.5％，硬脂酸锌粉0.6～2.0％，余量为还原铁粉。
本发明所述的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料的力学性能为：压溃强度380～420MPa，硬度60-90HRC。
本发明所述的所述高强减摩无铅铁基粉末冶金材料的致密度为80～85％，含油率15～20％。
本发明所述的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)高能球磨：将铁基粉末的各原料、硫化亚铁粉末及研磨球加入研磨罐中，高能球磨后，得到机械合金粉末；
(2)压制：将所述机械合金粉末送入压机的制品模具中压制成生坯；
(3)烧结：将所述生坯放入有氨分解气氛的粉末冶金烧结炉中进行烧结，得到烧结试样；
(4)浸油：将所述烧结试样放入加热的32#机械油浸油箱中进行浸油，即得到高强减摩无铅铁基滑动轴承材料。
优选的，步骤(1)中，高能球磨时的球料比为5:1～25:1。
优选的，步骤(1)中，高能球磨的条件为：球磨时间2～8h，球磨转速100～350r/min，球磨机装料量50～200g/L。
优选的，步骤(2)中，压制成生坯的压力为550～750MPa。
优选的，步骤(3)中，烧结的条件为：烧结温度1080～1200℃，烧结时间3～5小时。
优选的，步骤(4)中，32#机械油浸油的油温为90～110℃、浸油时间为20min～80min。
与现有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明利用硫化亚铁自身优良的固体自润滑能力取代铁基轴承中铅的作用，显著改善了无铅铁基滑动轴承材料的摩擦磨损性能，使铁基滑动轴承材料具有良好的润滑特性，拓宽无铅铁基轴承材料在复杂工况下的应用，符合绿色、环保的发展趋势。
2、本发明采用高能球磨工艺对粉末冶金制取的固体自润滑材料进行预处理，即采用高能球磨工艺使硫化亚铁与铁基粉末发生机械合金化，提高了硫化亚铁和铁合金基体的界面结合能力，提高硫化亚铁粉在铁粉中的均匀弥散分布程度，同时解决了硫化亚铁含量高时的易团聚问题，消除了硫化亚铁的偏析现象，使材料的力学性能相比传统的铁铅材料得到了明显的改善，同时保证了较好的减摩、抗粘着性能。
具体实施方式
下面通过实施例本发明进行详细说明，下述实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下述实施例中所使用实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下列实施例中所用试剂、材料等如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下列实施例中所用硫化亚铁粉为65目硫化亚铁粉，纯度为90％，其它为Fe、S、O。
实施例1
本实施例的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料由质量百分比97％的铁基粉末和3％的硫化亚铁粉末制成；其中铁基粉末的原料按质量百分比的构成为：还原铁粉46.76g(80.35％)，铜粉8.73g(15％)，石墨粉0.38g(0.65％)，磷铁粉0.47g(0.8％)，氢化钛粉1.16g(2％)，硬脂酸锌粉0.70g(1.2％)。
本实施例的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料按如下步骤制备：
1、按照质量百分比，称取铁基粉末的各原料和硫化亚铁，共计60g，放入容积为200mL的研磨罐中，加入不锈钢研磨球(大球250g，小球350g)，抽真空，填充高纯氩气，转速250r/min，球磨时间5h。球磨完毕停机自然冷却，得到机械合金粉末。
2、将步骤1所得的机械合金粉末送入压机的制品模具中，压力为700MPa的条件下，压制制成试样大小为4.45cm3、密度为6.6g/cm3的圆片生坯
3、将步骤2所得的生坯放入利用氨分解气氛保护的粉末冶金烧结炉中进行高温烧结，烧结温度为1100℃、烧结时间为4小时，得到烧结试样。
4、将步骤3所得的烧结试样放入加热的32#机械油浸油箱中进行浸油，油温为100℃、浸油时间为40min，即得到高强减摩无铅铁基滑动轴承材料试样。
将本实施例所得试样进行力学性能和摩擦磨损性能检测。将所得试样用HDM-10型端面摩擦磨损试验机进行油润滑实验，润滑油为32#机械油；上试样材料是硬度为52HRC的40Cr，转速设置为735r/min，初始载荷800N，以每10分钟400N速度逐级加载，40分钟后结束。
本实施例所得试样的力学性能和试验40min后的摩擦学性能检测结果如表1所示。
实施例2
本实施例的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料由质量百分比94％的铁基粉末和6％的硫化亚铁粉末制成；其中铁基粉末的原料构成与实施例1相同。
本实施例的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料的制备方法与实施例1相同。
本实施例所得试样的性能检测方法和实施例1相同。
本实施例所得试样的力学性能和试验40min后的摩擦学性能检测结果如表1所示。
实施例3
本实施例的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料由质量百分比92％的铁基粉末和8％的硫化亚铁粉末制成；其中铁基粉末的原料构成与实施例1相同。
本实施例的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料的制备方法与实施例1相同。
本实施例所得试样的性能检测方法和实施例1相同。
本实施例所得试样的力学性能和试验40min后的摩擦学性能检测结果如表1所示。
实施例4
本实施例的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料由质量百分比88％的铁基粉末和12％的硫化亚铁粉末制成；其中铁基粉末的原料构成与实施例1相同。
本实施例的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料的制备方法与实施例1相同。
本实施例所得试样的性能检测方法和实施例1相同。
本实施例所得试样的力学性能和试验40min后的摩擦学性能检测结果如表1所示。
对比例1
对进行对比，本实施例的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料由质量百分比100％的铁基粉末和0％的硫化亚铁粉末制成；其中铁基粉末的原料构成与实施例1相同。
本实施例的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料的制备方法与实施例1相同。
本实施例所得试样的性能检测方法和实施例1相同。
本实施例所得试样的力学性能和试验40min后的摩擦学性能检测结果如表1所示。
表1铁基含油材料性能对比
本发明利用硫化亚铁取代铁基轴承材料中作为润滑剂的铅，通过高能球磨工艺提高硫化亚铁和铁合金基体的界面结合能力，提高硫化亚铁粉和石墨粉在铁合金基体中的均匀弥散分布程度，同时解决了硫化亚铁含量高时的易团聚问题，消除了硫化亚铁的偏析现象，实现铁基滑动轴承材料的高强度和良好减摩效果的有效统一。当然，根据实际需要，本发明所述详细制备工艺在上述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 (9)

1.一种高强减摩无铅铁基滑动轴承材料，其特征在于：由质量百分比为80～99％的铁基粉末和1～20％的硫化亚铁粉末制成；
所述铁基粉末的原料按质量百分比的构成为：铜粉5～20％，石墨粉0.5～1.5％，磷铁粉0.1～1.2％，氢化钛粉1.5～4.5％，硬脂酸锌粉0.6～2.0％，余量为还原铁粉。
2.根据权利要求1所述的高强减摩无铅铁基粉末冶金材料，其特征在于：所述高强减摩无铅铁基滑动轴承材料的力学性能为：压溃强度380～420MPa，硬度60-90HRC。
3.根据权利要求1所述的高强减摩无铅铁基粉末冶金材料，其特征在于：所述高强减摩无铅铁基粉末冶金材料的致密度为80～85％，含油率15～20％。
4.一种权利要求1、2或3所述的高强减摩无铅铁基滑动轴承材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)高能球磨：将铁基粉末的各原料、硫化亚铁粉末及研磨球加入研磨罐中，高能球磨后，得到机械合金粉末；
(2)压制：将所述机械合金粉末送入压机的制品模具中压制成生坯；
(3)烧结：将所述生坯放入有氨分解气氛的粉末冶金烧结炉中进行烧结，得到烧结试样；
(4)浸油：将所述烧结试样放入加热的32#机械油浸油箱中进行浸油，即得到高强减摩无铅铁基滑动轴承材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，高能球磨时的球料比为5:1～25:1。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，高能球磨的条件为：球磨时间2～8h，球磨转速100～350r/min，球磨机装料量50～200g/L。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，压制成生坯的压力为550～750MPa。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，烧结的条件为：烧结温度1080～1200℃，烧结时间3～5小时。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，32#机械油浸油的油温为90～110℃、浸油时间为20min～80min。
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