CN110788301B - 一种适用于铜基轴瓦表面钎涂改性强化方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于铜基轴瓦表面钎涂改性强化方法,通过采用对铜基轴瓦表面预先电镀镍层处理,经过锡基浸渍合金对镀镍铜基轴瓦表面进行浸渍钎涂表面改性处理,并对钎涂层进行扩散强化处理,采用离心浇铸工艺浇铸锡基巴氏合金制备处铜基轴瓦,其中镍层可以有效抑制铜轴瓦基体Cu与巴氏合金中Sn之间的化学反应,抑制脆性Cu6Sn5金属间化合生成,从而提高界面结合强度,镀镍层与铜轴瓦基体之间也具有较高结合强度,离心浇铸锡基巴氏合金后,铜基体与巴氏合金结合强度能达到55MPa以上,远高于传统直接搪锡工艺,且本发明制备的铜基轴瓦具有较高的耐热疲劳性能,可靠性高、寿命长,尤其适合高速、重载铜基轴瓦批量生产。
Description
技术领域
本发明属于滑动轴承轴瓦制造技术领域,具体涉及一种适用于铜基轴瓦表面钎涂改性强化方法。
背景技术
铜基轴瓦具有良好的导热性能,与钢基轴瓦相比其热传导效率较高,此外,基合金的硬度低,即使轴瓦磨损严重,铜基合金基体也不会损坏轴承,可以有效保护轴承合金。因此,在高速重载滑动轴承多采用铜基轴瓦。国内轴瓦的传统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。这种工艺制备的铜基轴瓦与巴氏合金的结合强度较低,寿命短。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。为满足高速重载滑动轴承铜基轴瓦的需求,急切需要开展新工艺提高铜基轴瓦与巴氏合金结合强度。
现有技术一般包括钢瓦的预处理、钢瓦浸锡以及使用CMT焊机在轴瓦表面堆焊巴氏合金等工艺步骤,但仍采用目前轴瓦制造传统工艺即纯锡搪锡工艺,铜基轴瓦直接搪锡,Cu与Sn极易生成Cu6Sn5的脆性化合物,这种Cu6Sn5金属间化合物损伤界面结合强度导致轴瓦与巴氏合金结合强度低,而且在轴瓦服役过程中,在一定的热疲劳环境下,Cu6Sn5会不断长大、增厚甚至沿界面开裂,导致界面结合强度不断恶化或巴氏合金瞬间脱落,降低铜基轴瓦可靠性和服役寿命。
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:一种适用于铜基轴瓦表面钎涂改性强化方法,所述具体方法如下:
步骤一、对铜基轴瓦表面进行除杂清理;
步骤二、在铜基轴瓦内表面采用电镀工艺制备厚度为30~100μm的纯镍扩散阻挡层;
步骤三、熔化锡基浸渍合金和轴承衬锡基巴氏合金;
步骤四、对镀镍铜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;
步骤五、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,所述步骤一中铜基轴瓦具体为CuCr合金。
进一步优化,所述步骤一中除杂清理的具体方法为:将铜基轴瓦用细砂纸打磨至出现金属光泽,然后用丙酮或三氯乙烯超声清洗5~10min,晾干待用。
进一步优化,所述步骤二中电镀工艺中的电镀液采用浓度为300~450g/L的氨基磺酸镍、2~15g/L的氯化镍和30~45g/L的硼酸的混合溶液,其混合溶液的PH值为3.5~4.5,镀液温度为40~60℃,以纯镍为阳极,电镀时间为30min。
进一步优化,所述步骤三中的锡基巴氏合金,包括如下重量百分比的组分:银0.1~5%,铜0.1~5%,镍0.1~1%,其他合计元素含量小于0.3%,余量为锡。
进一步优化,所述步骤三中的锡基浸渍合金具体为Sn-1.5Ag-0.7Cu-0.5Ni,锡基巴氏合金具体为ZSnSb8Cu4。
进一步优化,所述步骤四中的低温钎剂为ZnCl2、NH4Cl、SnCl2、HCl与水的混合溶液。
进一步优化,所述步骤四中浸渍钎涂温度为230~260℃,钎涂扩散时间为10~60min。
本发明的有益效果是:
一、对铜基轴瓦表面预先进行电镀镍扩散阻挡层、继而采用锡基浸渍合金对铜瓦表面进行浸渍钎涂与扩散强化方法,再进行离心浇铸,从而制备高强度界面结合的铜基轴瓦;
二、采用本发明经过离心浇铸的铜基轴瓦与轴承衬巴氏合金界面结合强度不低于55MPa,经过176℃温度下、保温500h抗热疲劳试验后界面连接强度不低于35MPa,远高于目前行业通用工艺水平;
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 为铜轴瓦表面镀镍层形貌图
图2 为采用本方法制备的铜轴瓦图
图3 为铜轴瓦离心浇铸巴氏合金界面形貌图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种适用于铜基轴瓦表面钎涂改性强化方法,所述具体方法如下:
步骤一、将铜基轴瓦用细砂纸打磨至出现金属光泽,然后用丙酮或三氯乙烯超声清洗5min,取出后晾干待用;
步骤二、在铜基轴瓦内表面采用电镀工艺制备厚度为30μm的纯镍扩散阻挡层,其中,电镀工艺中的电镀液采用浓度为300g/L的氨基磺酸镍、2g/L的氯化镍和30g/L的硼酸的混合溶液,该混合溶液的PH值为4,镀液温度为40℃,以纯镍为阳极,电镀时间为30min;
步骤三、熔化锡基浸渍合金和轴承衬锡基巴氏合金;
步骤四、对镀镍铜基轴瓦表面刷涂低温钎剂,放置熔融浸渍合金中在温度为230℃下进行浸渍钎涂与扩散处理,钎涂扩散时间为10min,该低温钎剂采用的是ZnCl2、NH4Cl、SnCl2、HCl与水的混合溶液;
步骤五、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,所述步骤一中铜基轴瓦具体为CuCr合金。
进一步优化,所述步骤三中的锡基巴氏合金,包括如下重量百分比的组分:银0.1%,铜0.1%,镍0.1%,其他合计元素含量小于0.3%,余量为锡。
进一步优化,所述步骤三中的锡基浸渍合金具体为Sn-1.5Ag-0.7Cu-0.5Ni,锡基巴氏合金具体为ZSnSb8Cu4。
实施例2
一种适用于铜基轴瓦表面钎涂改性强化方法,所述具体方法如下:
步骤一、将铜基轴瓦用细砂纸打磨至出现金属光泽,然后用丙酮或三氯乙烯超声清洗7min,取出后晾干待用;
步骤二、在铜基轴瓦内表面采用电镀工艺制备厚度为65μm的纯镍扩散阻挡层,其中,电镀工艺中的电镀液采用浓度为350g/L的氨基磺酸镍、9g/L的氯化镍和38g/L的硼酸的混合溶液,该混合溶液的PH值为4.5,镀液温度为48℃,以纯镍为阳极,电镀时间为30min;
步骤三、熔化锡基浸渍合金和轴承衬锡基巴氏合金;
步骤四、对镀镍铜基轴瓦表面刷涂低温钎剂,放置熔融浸渍合金中在温度为245℃下进行浸渍钎涂与扩散处理,钎涂扩散时间为35min,该低温钎剂采用的是ZnCl2、NH4Cl、SnCl2、HCl与水的混合溶液;
步骤五、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,所述步骤一中铜基轴瓦具体为CuCr合金。
进一步优化,所述步骤三中的锡基巴氏合金,包括如下重量百分比的组分:银2.5%,铜2.5%,镍0.5%,其他合计元素含量小于0.3%,余量为锡。
进一步优化,所述步骤三中的锡基浸渍合金具体为Sn-1.5Ag-0.7Cu-0.5Ni,锡基巴氏合金具体为ZSnSb8Cu4。
实施例3
一种适用于铜基轴瓦表面钎涂改性强化方法,所述具体方法如下:
步骤一、将铜基轴瓦用细砂纸打磨至出现金属光泽,然后用丙酮或三氯乙烯超声清洗10min,取出后晾干待用;
步骤二、在铜基轴瓦内表面采用电镀工艺制备厚度为100μm的纯镍扩散阻挡层,其中,电镀工艺中的电镀液采用浓度为450g/L的氨基磺酸镍、15g/L的氯化镍和45g/L的硼酸的混合溶液,该混合溶液的PH值为4.5,镀液温度为55℃,以纯镍为阳极,电镀时间为30min;
步骤三、熔化锡基浸渍合金和轴承衬锡基巴氏合金;
步骤四、对镀镍铜基轴瓦表面刷涂低温钎剂,放置熔融浸渍合金中在温度为260℃下进行浸渍钎涂与扩散处理,钎涂扩散时间为60min,该低温钎剂采用的是ZnCl2、NH4Cl、SnCl2、HCl与水的混合溶液;
步骤五、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,所述步骤一中铜基轴瓦具体为CuCr合金。
进一步优化,所述步骤三中的锡基巴氏合金,包括如下重量百分比的组分:银5%,铜5%,镍1%,其他合计元素含量小于0.3%,余量为锡。
进一步优化,所述步骤三中的锡基浸渍合金具体为Sn-1.5Ag-0.7Cu-0.5Ni,锡基巴氏合金具体为ZSnSb8Cu4。
实施例4
对经过实施例1中离心浇铸处理后的铜轴瓦进行取样,如图3所示,离心浇铸后的铜轴瓦界面结合完好,在经过温度为176℃、时间为500h条件下进行热疲劳试验强度测试,其界面平均结合强度为37.6MPa。
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 (5)
1.一种适用于铜基轴瓦表面钎涂改性强化方法,其特征在于,所述具体方法如下:
步骤一、对铜基轴瓦表面进行除杂清理;
步骤二、在铜基轴瓦内表面采用电镀工艺制备厚度为30~100μm的纯镍扩散阻挡层;
步骤三、熔化锡基浸渍合金和轴承衬锡基巴氏合金,其中轴承衬锡基浸渍合金具体为Sn-1.5Ag-0.7Cu-0.5Ni,锡基巴氏合金具体为ZSnSb8Cu4;
步骤四、对镀镍铜基轴瓦表面刷涂低温钎剂,浸渍钎涂温度为230~260℃,钎涂扩散时间为10~60min,放置熔融浸渍合金中进行浸渍钎涂与扩散处理,其中低温钎剂为ZnCl2、NH4Cl、SnCl2、HCl与水的混合溶液;
步骤五、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所述的一种适用于铜基轴瓦表面钎涂改性强化方法,其特征在于,所述步骤一中铜基轴瓦具体为CuCr合金。
3.如权利要求1所述的一种适用于铜基轴瓦表面钎涂改性强化方法,其特征在于,所述步骤一中除杂清理的具体方法为:将铜基轴瓦用细砂纸打磨至出现金属光泽,然后用丙酮或三氯乙烯超声清洗5~10min,晾干待用。
4.如权利要求1所述的一种适用于铜基轴瓦表面钎涂改性强化方法,其特征在于,所述步骤二中电镀工艺中的电镀液采用浓度为300~450g/L的氨基磺酸镍、2~15g/L的氯化镍和30~45g/L的硼酸的混合溶液,其混合溶液的PH值为3.5~4.5,镀液温度为40~60℃,以纯镍为阳极,电镀时间为30min。
5.如权利要求1所述的一种适用于铜基轴瓦表面钎涂改性强化方法,其特征在于,所述步骤三中的锡基巴氏合金,包括如下重量百分比的组分:银0.1~5%,铜0.1~5%,镍0.1~1%,其他合计元素含量小于0.3%,余量为锡。
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