CN111020442B - 一种锡基巴氏合金丝及其制备方法和用途 - Google Patents

一种锡基巴氏合金丝及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锡基巴氏合金丝及其制备方法和用途，包括：锡基巴氏合金内芯以及包覆在所述内芯外部的SnAgCuNi合金层。通过在巴氏合金丝表面热浸镀一层SnAgCuNi合金，该锡基巴氏合金丝在使用的过程中，表面的SnAgCuNi合金先熔化与基体结合，而后巴氏合金内芯熔化涂覆在基体的表面，从而提高了基体与巴氏合金的结合强度。

Description

一种锡基巴氏合金丝及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及轴承合金技术领域，具体而言，涉及一种锡基巴氏合金丝及其制备方法和用途。
背景技术
巴氏合金在软相基体上均匀分布着硬相质点，软相基体使巴氏合金具有非常好的嵌入性、顺应性和抗咬合性，并在磨合后，软基体内凹，硬质点外凸，使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道，利于减摩；上凸的硬质点起支承作用，有利于承载。其中锡基巴氏合金和铅基巴氏合金是唯一适合相对于低硬度轴转动的材料，与其它轴承材料相比，具有更好的适应性和嵌入性，广泛应用于高速、重载、高精度、大功率的机械设备中，是大中型电动机、汽轮机、水轮机、发电机、工业泵、鼓风机、压缩机、轧钢机、齿轮箱、磨煤机等机械设备的关键部件。
在高速或中速、重载且对轴的旋转精度要求较高，径向误差较小的情况下，对硬度较高的碳钢获合金钢来说，要求其与相配的轴瓦抗胶合和抗磨损的能力较强，应具有好多减摩性和耐磨性。针对这种场合，传统的轴瓦材料一般采用在钢质轴瓦的内侧浇铸一层锡基或者铅基轴承合金。滑动轴承传统的加工工艺为：轴承壳体的清洗与镀锡—巴氏合金熔炼—巴氏合金的浇铸—机械加工。
近年来，“高速、重载”等“恶劣”工况影响着轴承使用性能和寿命。目前国内滑动轴承结合强度一般在35MPa～45MPa，远远满足不了苛刻的使用要求。其原因在于：钢基轴承合金中钢基轴瓦传统离心浇铸工艺前，轴瓦均普遍采用搪锡工艺进行表面处理，过渡层为纯锡，根据Fe-Sn二元相图，钢基轴瓦在热浸镀锡时，Sn的溶解、扩散与Fe易生成FeSn2、FeSn金属化合物反应层。Fe-Sn化合物具有很大的脆性，Fe-Sn金属间化合物反应层会极大地降低钢与巴氏合金连接界面的结合强度。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明提供了一种锡基巴氏合金丝，包括：锡基巴氏合金内芯以及包覆在所述内芯外部的SnAgCuNi合金层，该锡基巴氏合金丝在使用的过程中，表面的SnAgCuNi合金先熔化与基体结合，而后巴氏合金内芯熔化涂覆在基体的表面，从而提高了基体与巴氏合金的结合强度。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种锡基巴氏合金丝，包括：锡基巴氏合金内芯以及包覆在所述内芯外部的SnAgCuNi合金层。
优选的，所述锡基巴氏合金选自ZchSnSb8-4或ZchSnSb11-6中的一种。
优选的，所述内芯的直径为1.0～1.6mm，更优选为1.2～1.4mm。
优选的，所述SnAgCuNi合金层的厚度为0.006-0.012mm，更优选为0.008-0.010mm。
优选的，所述SnAgCuNi合金层，由按照质量百分比计的以下组分组成：Ag 4％～5％、Cu 0.5％～0.9％、Ni0.3％～0.6％和Sn余量。
一种所述的锡基巴氏合金丝的制备方法，包括以下步骤：
在锡基巴氏合金内芯表面涂覆钎剂，然后浸入扒渣后的SnAgCuNi熔融合金，通过拉丝模得到所述锡基巴氏合金丝。
优选的，所述钎剂包括氯化铵和氯化锌；
更优选的，所述氯化铵与所述氯化锌的质量比为10～12:88～90。
优选的，所述SnAgCuNi熔融合金的制备方法，包括以下步骤：
将Ag、Cu、Ni熔炼，待合金全部熔化后，降温至280～300℃，然后加入Sn进行熔炼，全部融化后在钎剂的保护下静置，得到SnAgCuNi熔融合金；
更优选的，所述将Ag、Cu、Ni熔炼的过程中，采用木炭进行覆盖。
更优选的，所述静置的时间为20-40min。
优选的，所述内芯采用熔炼-挤压-拉拔工艺制备得到。
一种所述的锡基巴氏合金在制备钢基轴瓦表面涂层中的用途。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种锡基巴氏合金丝，包括：锡基巴氏合金内芯以及包覆在所述内芯外部的SnAgCuNi合金层，该锡基巴氏合金丝在使用的过程中，表面的SnAgCuNi合金先熔化与基体结合，而后巴氏合金内芯熔化涂覆在基体的表面，从而提高了基体与巴氏合金的结合强度。
(2)本发明提供了一种锡基巴氏合金丝的制备方法，采用热浸镀的方式在内芯表面涂覆一层SnAgCuNi合金，该方法简单、易得、易于生产。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明所提供的一种锡基巴氏合金丝，包括：锡基巴氏合金内芯以及包覆在所述内芯外部的SnAgCuNi合金层。
本发明所提供的锡基巴氏合金丝，通过在巴氏合金丝表面热浸镀一层SnAgCuNi合金，向界面反应层中加入Ag、Cu、Ni合金元素，提高结合强度。根据Cu-Sn二元相图可知，当Sn合金中添加少量Cu时，组织中出现的针状或星状分布的ε相(Cu6Sn5)，形成骨架相，可以提高合金的强度，加入的Ag元素可以与Sn形成Ag6Sn5相，Ni与Sn形成Ni3Sn4相，有利于提高结合强度，钢与巴氏合金的接头平均结合强度可以达到58.2MPa。
在本发明一些优选的实施例中，所述的锡基巴氏合金丝，所述锡基巴氏合金选自ZchSnSb8-4或ZchSnSb11-6中的一种。其中，ZchSnSb8-4的组成为Sb8％，Cu4％和余量的Sn；ZchSnSb11-6的组成为Sb11％，Cu6％和余量的Sn，也可以使用其他牌号的锡基巴氏合金。
在本发明一些优选的实施例中，所述内芯的直径为1.0～1.6mm，更优选为1.2～1.4mm，方便使用。
在本发明一些优选的实施例中，所述SnAgCuNi合金层的厚度为0.006-0.012mm，更优选为0.008-0.010mm。
进一步优化合金层的厚度，厚度过大的话，强化元素含量过多，会导致加工性能变差，同时硬质颗粒过多，不利于发挥巴氏合金储油润滑的优势。
在本发明一些优选的实施例中，所述SnAgCuNi合金层，由按照质量百分比计的以下组分组成：Ag 4％～5％、Cu 0.5％～0.9％、Ni 0.3％～0.6％和Sn余量。
本发明所提供的一种所述的锡基巴氏合金丝的制备方法，包括以下步骤：
在锡基巴氏合金内芯表面涂覆钎剂，然后浸入扒渣后的SnAgCuNi熔融合金，通过拉丝模得到所述锡基巴氏合金丝。
在本发明一些优选的实施例中，所述钎剂包括氯化铵和氯化锌，更优选的，所述氯化铵与所述氯化锌质量比为10～12:88～90，起到抗氧化的作用。
在本发明一些优选的实施例中，所述SnAgCuNi熔融合金的制备方法，包括以下步骤：
将Ag、Cu、Ni熔炼，待合金全部熔化后，降温至280～300℃，然后加入Sn进行熔炼，全部融化后在钎剂的保护下静置，得到SnAgCuNi熔融合金。
更优选的，所述将Ag、Cu、Ni熔炼的过程中，采用木炭进行覆盖。
更优选的，所述静置的时间为20-40min。
在本发明一些优选的实施例中，所述内芯采用熔炼-挤压-拉拔工艺制备得到。
本发明所提供的一种所述的锡基巴氏合金在制备钢基轴瓦表面涂层中的用途，以提高钢与巴氏合金的界面结合强度。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种锡基巴氏合金丝，由ZchSnSb8-4巴氏合金丝表面热浸镀一层SnAgCuNi合金。
ZchSnSb8-4巴氏合金丝径Φ1.2mm，SnAgCuNi合金层厚度0.01mm。
SnAgCuNi合金成分包含Cu：0.7％，Ag：4％，Ni：0.5％，余量为Sn。
该锡基巴氏合金丝的制备方法，具体包括以下步骤：
通过熔炼-挤压-拉拔工艺制备Φ1.2mm的ZchSnSb8-4巴氏合金丝备用。
将Ag、Cu、Ni分别按照(4％、0.7％、0.5％)质量比例放入坩埚中熔炼，使用木炭覆盖。
待合金全部熔化后调低熔炼炉功率，当熔融金属降低到300℃时(红外测温仪测量)，加入94.8％的Sn进行熔炼，合金全部熔化后在氯化铵、氯化锌覆盖剂的保护下静置20min。
将制备的Φ1.2mm的巴氏合金丝表面涂覆一层氯化铵12％、氯化锌88％膏状钎剂，然后浸入扒渣后的SnAgCuNi熔融合金，最后通过拉丝模后得到Φ1.2mm尺寸的锡基巴氏合金。
实施例2
一种锡基巴氏合金丝，由ZchSnSb11-6巴氏合金丝表面热浸镀一层SnAgCuNi合金。
ZchSnSb11-6巴氏合金丝径Φ1.0mm，SnAgCuNi合金层厚度0.006mm。
SnAgCuNi合金成分包含Cu：0.5％，Ag：5％，Ni：0.9％，余量为Sn。
该锡基巴氏合金丝的制备方法，具体包括以下步骤：
通过熔炼-挤压-拉拔工艺制备Φ1.0mm的ZchSnSb11-6巴氏合金丝备用。
将Ag、Cu、Ni分别按照(5％、0.5％、0.9％)质量比例放入坩埚中熔炼，使用木炭覆盖。
待合金全部熔化后调低熔炼炉功率，当熔融金属降低到300℃时(红外测温仪测量)，加入余量的Sn进行熔炼，合金全部熔化后在氯化铵、氯化锌覆盖剂的保护下静置40min。
将制备的Φ1.0mm的巴氏合金丝表面涂覆一层氯化铵10％、氯化锌90％膏状钎剂，然后浸入扒渣后的SnAgCuNi熔融合金，最后通过拉丝模后得到Φ1.0mm尺寸的锡基巴氏合金。
实施例3
一种锡基巴氏合金丝，由ZchSnSb11-6巴氏合金丝表面热浸镀一层SnAgCuNi合金。
ZchSnSb11-6巴氏合金丝径Φ1.6mm，SnAgCuNi合金层厚度0.012mm。
SnAgCuNi合金成分包含Cu：0.9％，Ag：4％，Ni：0.5％，余量为Sn。
该锡基巴氏合金丝的制备方法，具体包括以下步骤：
通过熔炼-挤压-拉拔工艺制备Φ1.6mm的ZchSnSb11-6巴氏合金丝备用。
将Ag、Cu、Ni分别按照(4％、0.9％、0.5％)质量比例放入坩埚中熔炼，使用木炭覆盖。
待合金全部熔化后调低熔炼炉功率，当熔融金属降低到280℃时(红外测温仪测量)，加入余量的Sn进行熔炼，合金全部熔化后在氯化铵、氯化锌覆盖剂的保护下静置30min。
将制备的Φ1.6mm的巴氏合金丝表面涂覆一层氯化铵12％、氯化锌88％膏状钎剂，然后浸入扒渣后的SnAgCuNi熔融合金，最后通过拉丝模后得到Φ1.6mm尺寸的锡基巴氏合金。
实验例钢基轴瓦结合强度测试
对实施例1所提供的巴氏合金和ZchSnSb8-4巴氏合金与钢基轴瓦的结合强度进行测试，测试11个点取平均值，实验结果如表1所示。
表1钢基轴瓦结合强度
Figure BDA0002316402580000081
Figure BDA0002316402580000091
实验结果表明，本申请所提供的巴氏合金与钢基轴瓦结合强度大于55MPa，优于现有的普通巴氏合金。
综上所述本发明提供了一种锡基巴氏合金丝，包括：锡基巴氏合金内芯以及包覆在所述内芯外部的SnAgCuNi合金层，该锡基巴氏合金丝在使用的过程中，表面的SnAgCuNi合金先熔化与基体结合，而后巴氏合金内芯熔化涂覆在基体的表面，从而提高了基体与巴氏合金的结合强度。该锡基巴氏合金丝的制备方法，采用热浸镀的方式在内芯表面涂覆一层SnAgCuNi合金，该方法简单、易得、易于生产。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

Claims (12)

1.一种锡基巴氏合金丝，其特征在于，包括：锡基巴氏合金内芯以及包覆在所述内芯外部的SnAgCuNi合金层；
所述内芯的直径为1.0～1.6mm；
所述SnAgCuNi合金层的厚度为0.006-0.012mm；
所述SnAgCuNi合金层由按照质量百分比计的以下组分组成：Ag4％～5％、Cu0.5％～0.9％、Ni0.3％～0.6％和Sn余量。
2.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金丝，其特征在于，所述锡基巴氏合金选自ZchSnSb8-4或ZchSnSb11-6中的一种。
3.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金丝，其特征在于，所述内芯的直径为1.2～1.4mm。
4.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金丝，其特征在于，所述SnAgCuNi合金层的厚度为0.008-0.010mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的锡基巴氏合金丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在锡基巴氏合金内芯表面涂覆钎剂，然后浸入扒渣后的SnAgCuNi熔融合金，通过拉丝模得到所述锡基巴氏合金丝。
6.根据权利要求5所述的锡基巴氏合金丝的制备方法，其特征在于，所述钎剂包括氯化铵和氯化锌。
7.根据权利要求6所述的锡基巴氏合金丝的制备方法，其特征在于，所述氯化铵与所述氯化锌的质量比为10～12:88～90。
8.根据权利要求5所述的锡基巴氏合金丝的制备方法，其特征在于，所述SnAgCuNi熔融合金的制备方法，包括以下步骤：
将Ag、Cu、Ni熔炼，待合金全部熔化后，降温至280～300℃，然后加入Sn进行熔炼，全部融化后在钎剂的保护下静置，得到SnAgCuNi熔融合金。
9.根据权利要求8所述的锡基巴氏合金丝的制备方法，其特征在于，所述将Ag、Cu、Ni熔炼的过程中，采用木炭进行覆盖。
10.根据权利要求8所述的锡基巴氏合金丝的制备方法，其特征在于，所述静置的时间为20-40min。
11.根据权利要求5所述的锡基巴氏合金丝的制备方法，其特征在于，所述内芯采用熔炼-挤压-拉拔工艺制备得到。
12.根据权利要求1-4任一项所述的锡基巴氏合金丝在制备钢基轴瓦表面涂层中的用途。
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