CN107365921B - 一种在室温至500℃使用的CuNiSn合金基自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在室温至500℃使用的CuNiSn合金基自润滑复合材料及其制备方法。该材料由Ni 1%~12%、Sn 3%~6%、Fe 0.5~3%、Al 0.01~0.08%、Ti 0.01~0.08%、石墨1.0~4.0%、PbO 1.0~6.0%、CeF3 0.1%~1.0%以及余量Cu组成,按质量分数计。该材料在室温~500℃具有高硬度、高强度、低摩擦、耐磨损及自润滑特性,适用于制造上述温度范围的设备用滑动轴承、滑板、滚动轴承保持架或其它零部件。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属基高温自润滑复合材料及其制备方法,该材料在室温至500℃具有高硬度、高强度、低摩擦、耐磨损、自润滑并具有平稳的摩擦-温度特性。
背景技术
铜合金基自润滑复合材料在机械制造业得到广泛的应用。但受制于铜合金基体的耐高温性能,尤其是该类材料在300 ℃以上使用时其强度、抗氧化性和耐磨性明显下降,使该类材料在上述工况下使用受到很大制约。如日本专利:高温用高强度自润滑复合材料及其制造方法 (西田卓彦,关口昭一,小野透等,ZL 专利号 95193289.6 授权公告日 1999年12月29日,授权公告号 CN 1047805C)中报道,在实施例1中,90(70Cu:30Ni):10Sn合金基体中加入25%体积比的石墨和WS2(石墨:WS2体积比为4:1)的室温屈服强度为138MPa,抗压强度由室温的268 MPa下降至450℃的176MPa。因此,目前研究的主要难点在于如何提高铜合金基自润滑材料在300~500 ℃温度范围使用的稳定性和可靠性,即提高其硬度和强度及抗氧化性,同时降低摩擦系数和提高耐磨性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在室温~500℃使用的CuNiSn合金基自润滑复合材料及其制备方法。
一种在室温至500℃使用的CuNiSn合金基自润滑复合材料,其特征在于该材料由Ni 1%~12%、Sn 3%~6%、Fe 0.5~3%、Al 0.01~0.08%、Ti 0.01~0.08%、石墨 1.0~4.0%、PbO 1.0~6.0%、CeF3 0.1%~1.0%以及余量Cu组成,按质量分数计。
一种在室温~500℃使用的CuNiSn合金基自润滑复合材料的制备方法,其特征在于该方法:将Cu粉、Ni粉、Sn粉、Fe粉、Al粉、Ti粉、石墨粉、PbO粉和CeF3粉按比例称量后装入混料器中混合8~10小时;然后将混合料装入钢模中,将其置于压机上,在300MPa~350MPa压力下压制,保压3分钟后脱模,即形成冷压产品毛坯;将冷压产品毛坯置于烧结炉中,在氢气或氮氢混合保护气氛中以3~5℃/分钟升温;温度升至870~950℃,保温60~90分钟;保温结束后,自由冷却至室温取出;然后进行调幅处理,即将其置于烧结炉中,在氢气或氮氢混合保护气氛中以3~5℃/分钟升温,温度升至350~400℃,保温180~240分钟;保温结束后,自由冷却至室温得到复合材料。
本发明所述的Cu粉、Sn粉、Ni粉、Fe粉、Al粉、Ti粉纯度大于99.5%,粒度小于0.060mm,且均为电解粉或还原粉。
本发明所述的石墨粉、PbO粉、CeF3粉的纯度大于99.5%,粒度小于0.035mm。
本发明将Cu、Ni、Sn元素及微合金化元素Fe、Al、Ti与石墨、PbO、CeF3组成的复合固体润滑剂混合,采用粉末冶金工艺制成的CuNiSn―(石墨+PbO+CeF3)系高温自润滑复合材料中,其合金中形成了均匀的(CuNi)、(CuSn)固溶体及Sn-Ni金属间化合物,使合金的硬度和强度得到明显提高。更为重要的是,可将烧结后的CuNiSn―(石墨+PbO+CeF3)系高温自润滑复合材料或由其制造的产品毛坯,进行调幅处理,即在控制时效时间和一定的温度时,该类材料的组织结构中发生调幅分解而产生了微小交替的调幅组织,进一步提高了该类材料的硬度和强度。再者,加入微量元素Fe、Al、Ti对该类材料调幅处理时有助于加快时效过程,提高硬化效果及细化晶粒的作用。加入石墨、PbO、CeF3组成的复合固体润滑剂,使其具有良好的室温~500℃耐磨润滑性能。因此,在上述温域,由该类材料制作的传动部件,使用时具有高硬度、高强度、低摩擦、耐磨损、自润滑及平稳的摩擦-温度特性。
本发明的CuNiSn-(石墨+PbO+CeF3)系自润滑复合材料以CuNiSn合金为基体,加入能够加快时效过程和提高时效硬化效果及机械性能的微量元素Fe、Al、Ti,以及石墨、PbO、CeF3组成的复合固体润滑剂为润滑相,采用混料、冷压成型、氢气保护自由烧结工艺制造毛坯。冷却至室温后将取出的毛坯再置入箱式炉内,在氢气保护下进行调幅处理,之后加工为产品。
本发明所述的材料在室温~500℃具有优异的高硬度、高强度、低摩擦、耐磨损及良好的自润滑特性。
本发明所述复合材料的优点是:在室温~500℃具有高硬度、高强度、低摩擦、耐磨损及自润滑特性。同时与锡青铜基自润滑复合材料(专利号:Zl 99 1 26582.3)和高温用高强度自润滑复合材料及其制造方法(专利号:ZL 95193289.6)相比,具有更高的硬度、屈服强度及更好的高温耐磨润滑性能。适用于制造上述温度范围的设备用滑动轴承、滑板、滚动轴承保持架或其它零部件。
具体实施方式
实施例1
按表5序号1配比称取物料,装入双锥型混料器中混匀,混料时间8~10小时。按要求称取混合料装入钢模中,将装好混合料的钢模置于60吨液压机上,在300MPa压力下压制,保压3分钟后脱模,即形成冷压产品毛坯。将冷压产品毛坯置于箱式自由烧结炉中,在氢气保护气氛中,以3~5℃/分钟升温,温度升至890℃,保温70分钟。保温结束后,自由冷却至室温取出。然后对该产品毛坯进行调幅处理,即将其置于箱式自由烧结炉中,在氢气保护气氛中,以3~5℃/分钟升温,温度升至350℃,保温180分钟。保温结束后,自由冷却至室温即得所述该复合材料产品。材料性能如下表1和摩擦磨损性能如下表2所示。
表1 实施例1所述材料的密度、布氏硬度和屈服强度(室温)
表2 实施例1所述材料的摩擦系数和磨损率
注:对偶材料为40Cr钢。
实施例2
按表5序号2配比称取物料,在双锥型混料器中混匀,时间8~10小时。按要求称取混合料装入钢模中,将装好混合料的钢模置于60吨液压机上,在350MPa压力下压制,保压3分钟后脱模,即形成冷压产品毛坯。将冷压产品毛坯置于箱式自由烧结炉中,在氢气保护气氛中,以3~5℃/分钟升温,温度升至950℃,保温90分钟。保温结束后,自由冷却至室温取出。然后对该产品毛坯进行调幅处理,即将其置于箱式自由烧结炉中,在氢气保护气氛中,以3~5℃/分钟升温,温度升至400℃,保温240分钟。保温结束后,自由冷却至室温即得所述复合材料著作的产品。材料性能如下表3和摩擦磨损性能如下表4所示。
表3 实施例2所述材料的密度、布氏硬度和屈服强度(室温)
表4 实施例2所述材料的摩擦系数和磨损率
注:对偶材料为40Cr钢。
表5 实施例1~2材料成分配比(wt%)及制备工艺参数
。
Claims (4)
1.一种在室温至500℃使用的CuNiSn合金基自润滑复合材料,其特征在于该材料由Ni1%~12%、Sn 3%~6%、Fe 0.5~3%、Al 0.01~0.08%、Ti 0.01~0.08%、石墨 1.0~4.0%、PbO 1.0~6.0%、CeF3 0.1%~1.0%以及余量Cu组成,按质量分数计。
2.如权利要求1所述一种在室温~500℃使用的CuNiSn合金基自润滑复合材料的制备方法,其特征在于该方法:将Cu粉、Ni粉、Sn粉、Fe粉、Al粉、Ti粉、石墨粉、PbO粉和CeF3粉按比例称量后装入混料器中混合8~10小时;然后将混合料装入钢模中,将其置于压机上,在300MPa~350MPa压力下压制,保压3分钟后脱模,即形成冷压产品毛坯;将冷压产品毛坯置于烧结炉中,在氢气或氮氢混合保护气氛中以3~5℃/分钟升温;温度升至870~950℃,保温60~90分钟;保温结束后,自由冷却至室温取出;然后进行调幅处理,即将其置于烧结炉中,在氢气或氮氢混合保护气氛中以3~5℃/分钟升温,温度升至350~400℃,保温180~240分钟;保温结束后,自由冷却至室温得到复合材料。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于Cu粉、Sn粉、Ni粉、Fe粉、Al粉、Ti粉纯度大于99.5%,粒度小于0.060mm,且均为电解粉或还原粉。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于石墨粉、PbO粉、CeF3粉的纯度大于99.5%,粒度小于0.035mm。
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