CN111534782B - 一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，包括如下步骤：S1、取适量的锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉末Ni60A和金属TiN粉，其中锡基巴氏合金粉的含量为63‑87％，镍铬硼硅合金粉末Ni60A的含量为5‑25％；金属TiN粉的含量为8‑12％；S2、将镍铬硼硅合金粉末Ni60A和金属TiN粉与锡基巴氏合金粉均加入到混料机内进行混料工作，使镍铬硼硅合金粉末Ni60A和金属TiN粉与锡基巴氏合金粉充分混合6‑8小时，得到喷涂粉。本发明通过将混合后的锡基巴氏合金粉喷涂在H62黄铜表面，并将喷涂后的黄铜进行涂层表面显微硬度测试和磨损试验，试验结果表明：提高了锡基巴氏合金的表面硬度和耐磨性。

Description

一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法
技术领域
本发明涉及轴瓦耐磨相关技术领域，具体为一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法。
背景技术
巴氏合金应用十分广泛，具有良好的减摩性，与其他的轴承合金相比，巴氏合金具有更优良的嵌入性和顺应性和较好的耐磨性。锡基巴氏合金通常含5-8wt％的Cu和4-6wt％的Sb，余量为Sn。其凝固组织为软基体a相(Sb固溶于Sn)中分布着针状或星状的Cu6Sn5相(金属间化合物)或呈方形的SnSb 金属间化合物。在非水基润滑条件下，锡基巴氏合余也具有很好的耐腐蚀性能。锡基巴氏合金最优秀的特点是其短抗咬合性，既使是在时缺少油润滑时也不至于形成剧烈的划痕，这是其它油包润滑轴承中不多见的。正是因为巴氏合金具有较好的耐摩擦磨损性质,巴氏合金因此广泛在航空航天、汽车运载、能源利用等比较重要的工业领域得到大量应用。
然而在实际工作环境中，锡基巴氏合金工作部位经常由于异常摩擦磨损而产生不同程度的失效，给各国各行业带来了很大程度上的经济损失；随着各种机器设备运动的速度的提高和载荷的加大，锡基巴氏合金的磨损性能降低，硬度低，耐磨性差，因此提高巴氏合金的耐磨性，因此提高巴氏合金的耐磨性是当前的亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，以解决上述背景技术中提到随着各种机器设备运动的速度的提高和载荷的加大，锡基巴氏合金的磨损性能降低，硬度低，耐磨性差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，包括如下步骤：
S1、取适量的锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉，其中锡基巴氏合金粉的含量为63-87％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为5-25％；金属TiN粉的含量为8-12％；
S2、将锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉加到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉充分混合6-8小时，得到喷涂粉；
S3、将混合后的喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在H62黄铜表面；
S4、采用金相试样镶嵌机将喷涂后的H62黄铜选择特定组件并制镶样；用砂纸对镶样端面依次进行打磨，抛光，腐蚀处理；
S5、使用手动转塔显微硬度仪测量涂层表面显微硬度HV；并对每一个试件经衍射仪与扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数。
优选的，S1中，锡基巴氏合金粉的含量为85％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为5％；金属TiN粉的含量为10％。
优选的，S1中，锡基巴氏合金粉的含量为80％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为10％；金属TiN粉的含量为10％。
优选的，S1中，锡基巴氏合金粉的含量为75％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为15％；金属TiN粉的含量为10％。
优选的，S3中，所述等离子喷涂设备的型号为PK-80Z-II，且等离子喷涂设备的主气为惰性气体氩气；次气为氮气。
优选的，S4中，磨损时，采用型号为MDW-02的磨损试验机，试验加载力为3N，频率为3Hz，磨损时间为100min，磨损过程中采用海马多级机油5W-20#进行润滑。
优选的，S4中，磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把5w-20#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次，磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，之后用无水乙醇进行超声波振动清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重。
优选的，S5中，所述手动转塔显微硬度仪的型号为HV-1000，所述X射线衍射仪的型号为Rigaku，所述扫描电镜的型号为S-4800。
本发明提供了一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，具备以下有益效果：
本发明通过在锡基巴氏合金中添加镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉，并将粉混合后使用等离子喷涂的方法，在H62黄铜表面喷涂，其中，锡基巴氏合金粉的含量为63-87％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为5-25％；金属TiN 粉的含量为8-12％，并将喷涂后的黄铜进行磨损试验，试验结果表明：加入镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉的锡基巴氏合金比没加的降低磨损率近4倍，单一的锡基巴氏合金涂层显微硬度为85.5HV，而加入镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉的锡基巴氏合金涂层表面显微硬度120HV和491.7HV以上，最高可达573.2/663HV以上，显微硬度提高了7.7/5.75倍，因此提高了锡基巴氏合金的表面硬度和耐磨性，可使轴承承受较大载荷状态下的进行长时间的运转。
附图说明
图1为本发明的H62等离子喷涂不同含量Ni60A和10％TiN锡基巴氏合金质量磨损曲线；
图2为本发明的H62表面等离子喷涂10％Ni60A和10％TiN锡基巴氏合金摩擦系数曲线；
图3为本发明的H62表面等离子喷涂添加Ni60A锡基巴氏合金喷涂层断层放大图；
图4为本发明的H62表面等离子喷涂10％Ni60A锡基巴氏合金元素分析位置选择点SEM图像；
图5为本发明的H62表面等离子喷涂10％Ni60A锡基巴氏合金元素成分谱图。
图6为本发明的Ni60A、TiN、锡基巴氏合金的显微硬度图；
图7为本发明的添加合金后的Ni60A、TiN的显微硬度图。
具体实施方式
实施例1：
一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，包括如下步骤：
S1、取适量的锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉，其中锡基巴氏合金粉的含量为63-87％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为5-25％；金属TiN粉的含量为8-12％；
S2、将锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN 粉充分混合6-8小时，得到喷涂粉；
S3、将混合后的喷涂粉加到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在尺寸为25*50*2-3mm的H62黄铜表面；
其中，等离子喷涂设备的型号为PK-80Z-II，设备性能和喷涂参数选取如表1所示，此设备的主气为惰性气体氩气，它不溶解于各种金属且均不与金属发生化学性反应，在喷涂过程中具有低电压、升温快、引弧性好等特点；次气为氮气，它具有热焓值高、放热量大、热利用率高等特点；
表1等离子喷涂设备参数
Figure BDA0002560298520000041
S4、采用金相试样镶嵌机将喷涂后的H62黄铜选择特定组件并制镶样；用砂纸180#，240#……，1500#、2000#对镶样端面依次进行打磨，抛光，腐蚀处理；
使用手动转塔显微硬度仪测量试件显微硬度HV；并对每一个试件经 XRD衍射仪与扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数，其中所述手动转塔显微硬度仪的型号为HV-1000，所述X射线衍射仪的型号为 Rigaku，所述扫描电镜的型号为S-4800。
S5、其中，磨损时采用MDW-02摩擦磨损试验机，其设备参数如表2所示，本次实验选用手动加载，通过磨损球针上加码来保证施加力在1N-100N范围中一个定值，通过改变轴转速来确定往复频率及每秒磨损来回次数；通过传感器测出摩擦温度与摩擦力矩，间接得到摩擦力和摩擦系数。本次试验条件，加载力3N，频率3Hz，磨损时间为100min，磨损过程中采用海马多级机油 5W-20#进行润滑，润滑时，使用无菌棉签把5W-20#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次，磨损后用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，用无水乙醇进行超声振动清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重。试验机通过测量磨损球针探头尾部力矩大小再除以磨损针到传感位置距离(固定值)得出摩擦力大小，再除以加载力从而得出摩擦系数；
表2 MDW-02摩擦磨损试验机设备参数
Figure BDA0002560298520000051
实施例2：
S1、取适量的锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉，其中锡基巴氏合金粉的含量为85％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为5％；金属TiN 粉的含量为10％；
S2、将锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN 粉充分混合6-8小时，得到喷涂粉；
S3、将混合后的喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在尺寸为25*50*2-3mm的H62黄铜表面；
其中，等离子喷涂设备的型号为PK-80Z-II，设备性能和喷涂参数选取如表1所示，此设备的主气为惰性气体氩气，它不溶解于各种金属且均不与金属发生化学性反应，在喷涂过程中具有低电压、升温快、引弧性好等特点；次气为氮气，它具有热焓值高、放热量大、热利用率高等特点；
表1等离子喷涂设备参数
Figure BDA0002560298520000061
S4、采用金相试样镶嵌机将喷涂后的H62黄铜选择特定组件并制镶样；用砂纸180#，240#，……1500#、2000#对镶样端面依次进行打磨，抛光，腐蚀处理；
使用手动转塔显微硬度仪测量试件显微硬度HV；并对每一个试件经 XRD衍射仪与扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数，其中所述手动转塔显微硬度仪的型号为HV-1000，所述X射线衍射仪的型号为 Rigaku，所述扫描电镜的型号为S-4800。
S5、磨损时采用MDW-02摩擦磨损试验机，其设备参数如表2所示，本次试验选用手动加载，通过磨损球针上加码来保证施加力在1N-100N范围中一个定值，通过改变轴转速来确定往复频率及每秒磨损来回次数；通过传感器测出摩擦温度与摩擦力矩，间接得到摩擦力和摩擦系数。本次试验条件为加载力3N，频率3Hz，磨损时间为100min，磨损过程中采用海马多级机油5W-20#进行润滑，使用无菌棉签把5w-20#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min 对试件称重一次，磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，之后用无水乙醇进行超声波振动清洗，清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重。试验机通过测量磨损球针探头尾部力矩大小再除以磨损针到传感位置距离(固定值)得出摩擦力大小，再除以加载力从而得出摩擦系数；
表2 MDW-02摩擦磨损试验机设备参数
Figure BDA0002560298520000071
实施例3：
S1、取适量的锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉，其中锡基巴氏合金粉的含量为80％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为10％；金属TiN 粉的含量为10％；
S2、将镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉与锡基巴氏合金粉均加到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉充分混合6-8小时，得到喷涂粉；
S3、将混合后的喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在尺寸为25*50*2-3mm的H62黄铜表面；
其中，等离子喷涂设备的型号为PK-80Z-II，设备性能和喷涂参数选取如表1所示，此设备的主气为惰性气体氩气，它不溶解于各种金属且均不与金表1等离子喷涂设备参数
Figure BDA0002560298520000072
属发生化学性反应，在喷涂过程中具有低电压、升温快、引弧性好等特点；次气为氮气，它具有热焓值高、放热量大、热利用率高等特点；
S4、采用金相试样镶嵌机将喷涂后的H62黄铜选择特定组件并制镶样；用砂纸180#，240#……1500#，2000#对镶样端面依次进行打磨，抛光，腐蚀处理；
使用手动转塔显微硬度仪测量涂层显微硬度HV；并对每一个试件经 XRD衍射仪与扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数，其中所述手动转塔显微硬度仪的型号为HV-1000，所述X射线衍射仪的型号为 Rigaku，所述扫描电镜的型号为S-4800。
S5、磨损时采用MDW-02摩擦磨损试验机，其设备参数如表2所示，本次实验选用手动加载，通过磨损球针上加码来保证施加力在1N-100N范围中一个定值，通过改变轴转速来确定往复频率及每秒磨损来回次数；通过传感器测出摩擦温度与摩擦力矩，间接得到摩擦力和摩擦系数。本次试验条件为加载力3N，频率3Hz，磨损时间100min，磨损过程中采用海马多级机油20#进行润滑，润滑时，用无菌棉签把20#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次，磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，用无水乙醇进行超声波振动清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重。试验机通过测量磨损球针探头尾部力矩大小再除以磨损针到传感位置距离(固定值)得出摩擦力大小，再除以加载力从而得出摩擦系数；
表2 MDW-02摩擦磨损试验机设备参数
Figure BDA0002560298520000081
实施例4：
S1、取适量的锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉，其中锡基巴氏合金粉的含量为75％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为15％；金属TiN 粉的含量为10％；
S2、将锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN 粉充分混合6-8小时，得到喷涂粉；
S3、将混合后的喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在尺寸为25*50*2-3mm的H62黄铜表面；
其中，等离子喷涂设备的型号为PK-80Z-II，设备性能和喷涂参数选取如表1所示，此设备的主气为惰性气体氩气，它不溶解于各种金属且均不与金属发生化学性反应，在喷涂过程中具有低电压、升温快、引弧性好等特点；次气为氮气，它具有热焓值高、放热量大、热利用率高等特点；
表1等离子喷涂设备参数
Figure BDA0002560298520000091
S4、采用金相试样镶嵌机将喷涂后的H62黄铜选择特定组件并制镶样；对镶样用砂纸，对端面依次进行磨损，抛光，腐蚀处理；
使用手动转塔显微硬度仪测量试件显微硬度HV；并对每一个试件经 XRD衍射仪与扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数，其中所述手动转塔显微硬度仪的型号为HV-1000，所述X射线衍射仪的型号为 Rigaku，所述扫描电镜的型号为S-4800。
S5、磨损时采用MDW-02摩擦磨损试验机，其设备参数如表2所示，本次试验选用手动加载，通过磨损球针上加码来保证施加力在1N-100N范围中一个定值，通过改变轴转速来确定往复频率及每秒磨损来回次数；通过传感器测出摩擦温度与摩擦力矩，间接得到摩擦力和摩擦系数。本次试验条件为加载力3N，频率3Hz，磨损时间100min，磨损过程中采用海马多级机油5W-20#进行润滑，润滑时，使用无菌棉签把5W-20#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次，磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，之后用无水乙醇进行超声波振动清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C 精密天平上称重。试验机通过测量磨损球针探头尾部力矩大小再除以磨损针到传感位置距离(固定值)得出摩擦力大小，再除以加载力从而得出摩擦系数；
表2 MDW-02摩擦磨损试验机设备参数
Figure BDA0002560298520000101
结论：
使用MDW-02磨损试验机进行磨损实验，试验条件：载荷F＝3N，频率f＝ 3Hz；磨损时间为100min的工况下，只含有锡基巴氏合金的H62黄铜表面耐磨涂层在海马多级机油5W-20#润滑条件下的摩擦系数在0.01219g/min，在加入镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉后，摩擦系数为0.00391g/min，比没加降低磨损率近4倍，H62黄铜表面单一喷涂锡基巴氏合金涂层显微硬度为： 85.5HV，而等离子喷涂后表面显微硬度在120HV和491.7HV以上，最高可达573.2HV，显微硬度提高了5.75倍，因此可使轴承提高承载能力下进行长时间的运转。
其中，表3为H62表面等离子喷涂添加Ni60A锡基巴氏合金元素信息
表3黄铜添加Ni60A锡基巴氏合金等离子喷涂元素信息
Figure BDA0002560298520000102
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、取适量的锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉，其中锡基巴氏合金粉的含量为63-87％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为5-25％；金属TiN粉的含量为8-12％；
S2、将锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉、镍铬硼硅合金粉Ni60A和金属TiN粉充分混合6-8小时，得到喷涂粉；
S3、将混合后的喷涂粉加到等离子喷涂设备内，用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在H62黄铜表面；
S4、采用金相试样镶嵌机将喷涂后的H62黄铜选择特定组件并制镶样；用砂纸对镶样端面依次进行打磨，抛光，腐蚀处理；
S5、使用手动转塔显微硬度仪测量试件显微硬度HV；并对每一个试件经衍射仪与扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数。
2.根据权利要求1所述的一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，其特征在于，S1中，锡基巴氏合金粉的含量为85％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为5％；金属TiN粉的含量为10％。
3.根据权利要求1所述的一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，其特征在于，S1中，锡基巴氏合金粉的含量为80％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为10％；金属TiN粉的含量为10％。
4.根据权利要求1所述的一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，其特征在于，S1中，锡基巴氏合金粉的含量为75％，镍铬硼硅合金粉Ni60A的含量为15％；金属TiN粉的含量为10％。
5.根据权利要求1所述的一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，其特征在于，S3中，所述等离子喷涂设备的型号为PK-80Z-II，且等离子喷涂设备的主气为惰性气体氩气；次气为氮气。
6.根据权利要求1所述的一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，其特征在于，S4中，磨损时，采用型号为MDW-02的磨损试验机，试验加载力为3N，频率为3Hz，磨损时间为10-100min，磨损过程中采用海马多级机油5W-20#进行润滑。
7.根据权利要求1所述的一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，其特征在于，S4中，磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把5W-20#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次，磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，之后用无水乙醇进行超声波振动清洗，清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重。
8.根据权利要求1所述的一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法，其特征在于，S5中，所述手动转塔显微硬度仪的型号为HV-1000，所述衍射仪的型号为Rigaku，所述扫描电镜的型号为S-4800。
CN202010604151.3A 2020-06-29 2020-06-29 一种通过添加Ni60A提高锡基巴氏合金性能的方法 Active CN111534782B (zh)

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