CN110699625A - 一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法 - Google Patents

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Abstract

一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法，该控制方法通过采用锡基浸渍合金对钢基轴瓦表面进行浸渍钎涂表面改性处理，并对浸渍合金钎涂层进行扩散强化处理，随后采用离心浇铸工艺浇铸锡基巴氏合金，从而制备具有高强界面结合强度的钢基轴瓦，提高钢基轴瓦与轴承衬巴氏合金离心浇铸结合强度。本发明的钢基轴瓦浸渍钎涂与扩散强化工艺，使得轴瓦表面钎涂层均匀、致密、合金化程度高，离心浇铸锡基巴氏合金后，钢基体与巴氏合金结合强度与传统搪锡工艺相比，提高20%以上，方法简单、成本低，钢基轴瓦界面结合强度高，可以满足高速、重载钢基轴瓦批量化生产。

Description

一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法
技术领域
本发明属于滑动轴承轴瓦制造技术领域，具体涉及一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法。
背景技术
轴承是当代机械设备中一种重要零部件，它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数并保证其回转精度。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。与滚动轴承相比，滑动轴承具有承载力高、抗震性好、工作平稳可靠、噪声小、寿命长等特点，已广泛应用于汽车工业、工程机械、海洋设备、水利工程、航空航天以及铁路交通、电子仪表等众多领域。
滑动轴承轴瓦的制造工艺，国内传统的轴瓦加工工艺为离心浇铸，其工艺为：轴承壳体的清洗与镀锡、巴氏合金熔炼、离心浇铸、机械加工。目前，钢基轴瓦与巴氏合金的结合强度一般在15~35MPa，无法满足更高结合强度的技术要求。随着机械装备整体技术水平的不断提升，高铁、核电、超超临界火电等轴承应用行业对滑动轴承的转速、承受载荷提出了更高的技术要求，高速重载滑动轴承的需求日益受到重视，然而，提速、加载势必会造成传统制造工艺轴瓦过早失效。
现有技术仍采用目前轴瓦制造传统工艺即纯锡搪锡工艺，还有的现有技术未涉及离心浇铸工艺。有的采用轴瓦表面电镀镍层、SnNi合金层、SnCu6合金层取代传统搪锡工艺，但也未给出轴瓦表面电镀后轴瓦结合强度改善情况。
目前，滑动轴承钢基轴瓦浇铸巴氏合金，浇铸前轴瓦表面通常采用热浸镀纯锡，即搪锡工艺，与直接浇铸巴氏合金工艺相比，这种搪锡表面改性处理后能改善钢瓦与巴氏合金界面结合情况，其原因是搪锡处理过程中，Fe与Sn发生化学反应生成Fe-Sn化合物反应层，但这种Fe-Sn化合物反应层的化合物类型、厚度不宜控制，且脆性较大，难以达到较高的界面结合强度，无法满足高速、重载滑动轴承对高强度界面结合强度的技术要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中钢基轴瓦直接搪锡后浇铸巴氏合金无法获得高强度界面结合强度轴瓦的技术问题，不能满足高速、重载滑动轴承用高强度、高可靠轴瓦的问题，通过提供一种采用新型锡基浸渍合金对钢瓦表面进行浸渍钎涂与扩散强化工艺方法，再进行离心浇铸，从而制备高强度界面结合的钢基轴瓦的表面改性方法。
本发明的技术方案是：一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法，所述具体方法如下：
步骤一、对钢基轴瓦表面进行除杂清理；
步骤二、分别熔化锡基浸渍合金和轴承衬锡基巴氏合金；
步骤三、对预处理好的钢基轴瓦表面刷涂低温钎剂，放置熔融浸渍合金中进行浸渍钎涂与扩散处理；
步骤四、将表面浸渍钎涂改性后的钢基轴瓦进行离心浇铸熔化的锡基巴氏合金，冷却至室温。
进一步优化，所述步骤一中除杂清理的具体方法为：用砂纸打磨至出现金属光泽，将钢瓦浸泡到浓度为10~15%的NaOH水溶液中浸泡30min，用清水冲洗干净，将钢瓦浸泡到浓度为5~15%H2SO4中浸泡2~5min，再次用清水冲洗，用丙酮或三氯乙烯超声清洗5~10min，晾干待用。
进一步优化，所述步骤二中轴承衬锡基巴氏合金包括以下重量百分比的组分：银0.5~5%，铜0.5~5%，其他合计元素小于0.4%，余量为锡。
进一步优化，所述步骤二中的锡基浸渍合金具体为Sn-4Ag-0.7，轴承衬锡基巴氏合金具体为ZSnSb8Cu4。
进一步优化，所述步骤一中的钢基轴瓦与步骤二中的轴承衬巴氏合金界面结合强度不低于55MPa。
进一步优化，所述步骤三中的低温钎剂为ZnCl2、NH4Cl、SnCl2、HCl与水的混合溶液。
进一步优化，所述步骤三中熔化的浸渍合金温度保持在240-260℃，热浸镀时间10~20min。
进一步优化，所述步骤四中浸渍钎涂温度区间为230~260℃，钎涂扩散时间为10~60min。
本发明的有益效果是：
一、银的添加可以明显促进浸渍合金在钢基轴瓦表面的钎涂润湿性，促进熔化浸渍合金流铺，铜的加入可以有效降低锡基合金熔点，从而降低热浸镀温度，锡基浸渍合金在钢基体表面润湿性大大改善，其熔点低，浸渍温度低，可以有效抑制Fe-Sn金属间化合物反应层的生成，达到浸渍钎涂与扩散强化的作用，从而提高镀层质量和界面结合强度；
二、通过采用锡基浸渍合金对钢瓦表面进行浸渍钎涂与扩散强化工艺方法，再进行离心浇铸，从而制备高强度界面结合的钢基轴瓦的表面改性方法，将其界面结合强度从传统搪锡工艺的15~35MPa提高至55MPa以上；
综上所述，解决现有技术中钢基轴瓦直接搪锡后浇铸巴氏合金无法获得高强度界面结合强度轴瓦的技术问题，不能满足高速、重载滑动轴承用高强度、高可靠轴瓦的技术要求，方法简单、高效、稳定，适用于高速、重载滑动轴承轴瓦的批量化生产。
附图说明
图1为离心浇铸钢基轴瓦界面结合强度测试取样样品示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式为：
实施例1
一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法，所述具体方法如下：
步骤一、用砂纸打磨界面结合强度不低于55MPa的钢基轴瓦表面至出现金属光泽，将钢瓦浸泡到浓度为10~15%的NaOH水溶液中浸泡30min，用清水冲洗干净，将钢瓦浸泡到浓度为5~15%H2SO4中浸泡2~5min，再次用清水冲洗，用丙酮或三氯乙烯超声清洗5~10min，晾干待用；
步骤二、分别熔化界面结合强度不低于55MPa的锡基浸渍合金和轴承衬锡基巴氏合金；
步骤三、对预处理好的钢基轴瓦表面刷涂低温钎剂，放置熔融浸渍合金中进行浸渍钎涂与扩散处理，在这个过程中，浸渍合金温度为240~260℃，浸渍钎涂温度为230~260℃，热浸镀时间10~20min，钎涂扩散时间为10~60min，其中，低温钎剂为ZnCl2、NH4Cl、SnCl2、HCl与水的混合溶液，该低温钎剂在钎涂时起到去除钢基轴瓦及浸渍合金表面氧化膜的作用；
步骤四、将表面浸渍钎涂改性后的钢基轴瓦进行离心浇铸熔化的锡基巴氏合金，冷却至室温。
进一步优化，所述步骤二中轴承衬锡基巴氏合金包括以下重量百分比的组分：银0.5~5%，铜0.5~5%，其他合计元素小于0.4%，余量为锡。
进一步优化，所述步骤二中的锡基浸渍合金具体为Sn-4Ag-0.7，轴承衬锡基巴氏合金具体为ZSnSb8Cu4。
实施例2
对离心浇铸后的钢轴瓦进行取样，样品数量为1~11#总共11个内外直径尺寸不等的试样，样品如图1所示，考察界面金相组织并测试轴瓦界面结合强度，测试数据如表1所示。
表1 钢基轴瓦界面结合强度测试结果
由表1所示，11个样品的测试界面强度平均值为58.2MPa，其界面结合强度和镀层质量均得到了大大的提高。
以上显示和描述了本发明的主要特征、使用方法、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和发明书中描述的只是发明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法，其特征在于，所述具体方法如下：
步骤一、对钢基轴瓦表面进行除杂清理；
步骤二、分别熔化锡基浸渍合金和轴承衬锡基巴氏合金；
步骤三、对预处理好的钢基轴瓦表面刷涂低温钎剂，放置熔融浸渍合金中进行浸渍钎涂与扩散处理；
步骤四、将表面浸渍钎涂改性后的钢基轴瓦进行离心浇铸熔化的锡基巴氏合金，冷却至室温。
2.如权利要求1所述的一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法，其特征在于，所述步骤一中除杂清理的具体方法为：用砂纸打磨至出现金属光泽，将钢瓦浸泡到浓度为10~15%的NaOH水溶液中浸泡30min，用清水冲洗干净，将钢瓦浸泡到浓度为5~15%的H2SO4中浸泡2~5min，再次用清水冲洗，用丙酮或三氯乙烯超声清洗5~10min，晾干待用。
3.如权利要求1所述的一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法，其特征在于，所述步骤二中轴承衬锡基巴氏合金包括以下重量百分比的组分：银 0.5~5%，铜0.5~5%，其他合计元素小于0.4%，余量为锡。
4.如权利要求1所述的一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法，其特征在于，所述步骤二中的锡基浸渍合金具体为Sn-4Ag-0.7，轴承衬锡基巴氏合金具体为ZSnSb8Cu4。
5.如权利要求1所述的一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法，其特征在于，所述步骤一中的钢基轴瓦与步骤二中的轴承衬巴氏合金界面结合强度不低于55MPa。
6.如权利要求1所述的一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法，其特征在于，所述步骤三中的低温钎剂为ZnCl2、NH4Cl、SnCl2、HCl与水的混合溶液。
7.如权利要求1所述的一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法，其特征在于，所述步骤三中浸渍合金的熔化温度为240-260℃，热浸镀时间10~20min。
8.如权利要求1所述的一种钢基轴瓦表面浸渍钎涂及扩散强化方法，其特征在于，所述步骤四中浸渍钎涂温度为230~260℃，钎涂扩散时间为10~60min。
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