CN111560578A - 一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法 - Google Patents

一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法，S1、制备喷涂粉(1)材料：锡基巴氏合金粉60‑90％、镍合金Ni60A粉5‑25％、金属TiO2粉5‑15％；(2)混料：将锡基巴氏合金粉、镍合金Ni60A粉和金属TiO2粉均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉、镍合金Ni60A粉和金属TiO2粉之间进行充分混合，混合时间为6‑8小时，得到锡基巴氏合金喷涂粉。S2、喷涂(1)喷涂主体为尺寸25*50*2‑3mm的H62黄铜，喷涂材料为锡基巴氏合金喷涂粉，本发明通过在锡基巴氏合金内添加含有不同比例配置的镍合金Ni60A粉、金属TiO2的制备成新的喷涂粉，以提高锡基巴氏合金的耐磨性。

Description

一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法
技术领域
本发明涉及锡基巴氏合金技术领域，具体为一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法。
背景技术
轴瓦是滑动轴承和轴颈接触的部分，形状为瓦状的半圆柱面，一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成，轴瓦有整体式和剖分式两种，整体式轴瓦通常称为轴套。整体式轴瓦有无油沟和有油沟两种。轴瓦与轴颈采用间隙配合，轴承合金常用的轴承合金包括锡基合金、铅基合金、铜基合金、铝基合金、铁基合金等，轴瓦的内面和轴之间有一层油膜分子，这个间隙很小，油膜起到润滑的作用，所以对轴瓦厚度的要求很高，发动机曲轴轴瓦磨损烧蚀的影响因素分析，造成曲轴轴瓦磨损烧蚀的根本问题是轴瓦的润滑问题，其实质就是曲轴与轴瓦间润滑油膜的形成问题，故需要提高轴瓦与基体间的结合强度，并且降低轴瓦的摩擦系数、提高轴瓦的摩擦学性能，提高瓦衬的显微硬度，然而在实际工作环境中,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，且现有的巴氏合金的耐磨性能较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法，以解决上述背景技术中通过在H62黄铜表面等离子喷涂锡基巴氏合金含有不同比例配置的镍合金Ni60A粉5-25％、金属的混合物，以提高锡基巴氏合金的表面的耐磨性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法，
S1、制备喷涂粉
(1)材料：镍合金Ni60A粉：5-25％、金属粉TiO2：5-15％、锡基巴氏合金粉：60-90％；
(2)混料：将锡基巴氏合金粉、镍合金Ni60A粉和金属粉TiO2均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉与镍合金Ni60A粉和金属粉TiO2之间进行充分混合，混合时间为6-8小时，得到与锡基巴氏合金镍合金Ni60A粉和金属粉TiO2的混合喷涂粉。
S2、喷涂
(1)喷涂主体为尺寸25*50*2-3mm的H62黄铜，喷涂材料为锡基巴氏合金与镍合金Ni60A粉和金属粉TiO2之间进行充分混合的喷涂粉；
(2)将不同配置的锡基巴氏合金喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将镍合金Ni60A粉和金属粉TiO2与锡基巴氏合金充分混合的喷涂粉均匀的喷涂在H62黄铜表面；
S3、性能检测
(1)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；
(2)对镶样用砂纸对端面依次进行磨损实验，磨损结束后进行抛光和腐蚀处理；
(3)利用HV-1000显微硬度仪对测量涂层试件的显微硬度HV，并对每一个试件经Rigaku X射线衍射仪与S-4800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，所述磨损试验具体内容包括：
采用MDW-02磨损试验机对带有喷涂层的样件进行磨损，磨损时间为100min，磨损之前对试件进行称重后，将试件装夹在夹具上，喷涂面与对磨钢球接触；
加载载荷：F＝1-100N；
频率：f＝1-3/HZ；
其中，对镶样用砂纸180#，240#.....1500#、2000#对端面依次进行对端面依次进行磨损。
优选的，所述磨损时采用海马多级机油5W-20#润滑，使用无菌棉签把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。
优选的，所述磨损时采用5W-20#机油。
优选的，所述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，所述5-15％镍合金Ni60A粉、5-15％TiO2金属粉与锡基巴氏合金粉60-90％。
优选的，所述镍合金Ni60A粉：5-25％、金属粉TiO2：8-12％、锡基巴氏合金粉：60-90％。
本发明提供了一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法，具备以下有益效果：
本发明通过在锡基巴氏合金内添加镍合金Ni60A和TiO2，锡基巴氏合金磨损量最小为1.219g，Ni60A磨损量最小为1.119g，TiO2磨损量最小为0.809g，相对于比没加Ni60A和TiO2降低磨损率近1.5倍，等离子喷涂含有Ni60A和TiO2的锡基巴氏合金摩擦系数为u＝0.19，降低了摩擦系数，等离子喷涂含有TiO2和Ni60A锡基巴氏合金后涂层表面显微硬度多数都在100HV以上，最高可达817.5HV以上，显微硬度提高近10倍，因此可使轴承载较大载荷的进行长时间的运转。但是在TiO2质量分数为10％的情况下试件的磨损量最小，三者的磨损量增长率分别为：0.008112g/min、0.0078g/min、0.0063g/min，10％Ni60A和10％TiO2摩擦系数均为0.1，锡基巴氏合金、Ni60A、TiN、TiO2的磨损量增长率分别为锡基巴氏合金0.01219g/min、Ni60A 0.0119g/min、TiO20.00306g/min。添加TiO2磨损量最大为1.219g。
附图说明
图1为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂10％TiO2锡基巴氏合金摩擦系数曲线；
图2为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂15％Ni60A锡基巴氏合金摩擦系数曲线；
图3为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂锡基巴氏合金中添加TiO2、10％Ni60A磨损曲线；
图4为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂添加TiN锡基巴氏合金喷涂层断面放大图；
图5为本发明的H62黄铜表面10％Ni60A10％TiO2锡基巴氏合金摩擦系数曲线；
图6为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂添加Ni60A10％TiO2锡基巴氏合金喷涂层断层放大SEM图
图7为本发明的黄铜H62表面等离子喷涂10％TiO2锡基巴氏合金元素分析位置选择点；
图8为本发明的黄铜H62表面等离子喷涂10％TiO2锡基巴氏合金XRD分析图谱；
图9为本发明的黄铜H62表面等离子喷涂10％TiO2锡基巴氏合金XRD分析图谱；
图10为本发明的黄铜H62表面等离子喷涂10％Ni60A锡基巴氏合金XRD分析图谱；
图11为本发明的Ni60A、TiO2和锡基巴氏合金粉的显微硬度；
图12为本发明的镍合金Ni60A粉和金属TiO2粉的显微硬度；
图13为本发明的H62黄铜表面等离子喷涂25％Ni60A锡基巴氏合金摩擦系数曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
S1、制备喷涂粉
(1)材料：镍合金Ni60A粉：5-25％、金属TiO2粉：5-15％锡基巴氏合金粉：60-90％；
(2)混料：将镍合金Ni60A粉和金属TiO2粉与锡基巴氏合金粉均加入到混料机内进行混料工作，使镍合金Ni60A粉和金属TiO2粉与锡基巴氏合金粉之间进行充分混合，混合时间为6-8小时，得到混合均匀的锡基巴氏合金喷涂粉。
S2、喷涂
(1)喷涂主体为尺寸25*50*2-3mm的H62黄铜，喷涂材料为锡基巴氏合金喷涂粉；
(2)将不同配置的锡基巴氏合金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的喷涂在H62黄铜表面；
S3、性能检测
(1)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；
(2)对镶样用砂纸对端面依次进行磨损试验，用MDW-02磨损试验机对喷涂层进行磨损，磨损时间为100min，磨损之前对试件进行称重后，将试件装夹在夹具上，喷涂面与对磨钢球接触；
加载载荷：F＝1-100N；
频率：f＝1-3/Hz；
润滑条件：海马多级机油5W-20#；
其中，对镶样用砂纸180#，240#.......1500#、2000#对端面依次进行磨损，抛光，腐蚀处理，磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把海马多级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，在磨损试验结束后，接着使用HV-1000手动转塔显微硬度仪试件测量显微硬度HV，并对每一个试件经Rigaku X射线衍射仪与S-4800扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数。
其中等离子喷涂设备参数如表1所示.表2MDW-02磨损试验机设备参数如表所示.
表1 等离子喷涂设备参数
Figure BDA0002558612610000061
表2 MDW-02磨损试验机设备参数
Figure BDA0002558612610000062
实施例2
S1、制备喷涂粉
(1)材料：镍合金Ni60A粉5-25％、金属TiO2粉5-15％锡基巴氏合金粉60-90％；
(2)混料：将锡基巴氏合金粉、镍合金Ni60A粉和金属TiO2粉均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉、镍合金Ni60A粉和金属TiO2粉之间进行充分混合，混合时间为6-8小时，得到混合均匀的锡基巴氏合金喷涂粉。
S2、喷涂
(1)喷涂主体为尺寸25*50*2-3mm的H62黄铜，喷涂材料为锡基巴氏合金喷涂粉；
(2)将不同配置的锡基巴氏合金喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀的喷涂在H62黄铜表面；
S3、性能检测
(1)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；
(2)对镶样用砂纸对端面依次进行磨损试验，采用MDW-02磨损试验机对喷涂层进行磨损，磨损时间为100min，磨损之前对试件进行称重后，将试件装夹在夹具上，喷涂面与磨损件接触；
加载载荷：F＝1-100N；
频率：f＝1-3/HZ；
润滑条件：海马多级机油5W-20#；
其中，对镶样用砂纸180#，240#.......1500#、2000#对端面依次进行对端面依次进行磨损，抛光，腐蚀处理，磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把海马多级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，在磨损试验结束后，接着使用手动转塔显微硬度仪HV-1000测量试件显微硬度HV，并对每一个试件Rigaku X射线衍射仪与S-4800扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数。
实施例3
S1、制备喷涂粉
(1)材料：镍合金Ni60A粉5-25％、金属TiO2粉5-15％与锡基巴氏合金粉60-90％；
(2)混料：将镍合金Ni60A粉和金属TiO2粉与锡基巴氏合金粉均加入到混料机内进行混料工作，使镍合金Ni60A粉和金属TiO2粉锡基巴氏合金粉之间进行充分混合，混合时间为6-8小时，得到混合均匀的锡基巴氏合金喷涂粉。
S2、喷涂
(1)喷涂主体为尺寸25*50*2-3mm的H62黄铜，喷涂材料为锡基巴氏合金喷涂粉；
(2)将不同配置的锡基巴氏合金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的喷涂在H62黄铜表面；
S3、性能检测
(1)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；
(2)对镶样用砂纸对端面依次进行打磨，采用MDW-02磨损试验机对喷涂层进行磨损，磨损时间为100min，磨损之前对试件进行称重后，将试件装夹在夹具上，喷涂面与对磨钢球接触；
加载载荷：F＝1-100N；
频率：f＝1-3/HZ；
润滑条件：海马多级机油5W-20#；
其中，对镶样用砂纸180#，240#.......1500#、2000#对端面依次进行打磨，抛光，腐蚀处理，磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把海马多级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，在磨损试验结束后，接着使用手动转塔显微硬度仪HV-1000测量试件显微硬度HV，并对每一个试件经Rigaku X射线衍射仪与S-4800扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数。
对比例
S1、喷涂
(1)喷涂主体为尺寸25*50*2-3mm的H62黄铜，喷涂材料为不含镍合金Ni60A粉和金属TiN粉的锡基巴氏合金喷涂粉；
(2)将锡基巴氏合金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的喷涂在H62黄铜表面；
S2、性能检测
(1)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；
(2)对镶样用砂纸对端面依次进行磨损试验，采用MDW-02磨损试验机对喷涂层进行摩擦磨损，摩擦磨损时间为100min，磨损之前对试件进行称重后，将试件装夹在夹具上，喷涂面与对磨损钢球接触；
加载载荷：F＝1-100N；
频率：f＝1-3/HZ；
润滑条件：海马多级机油5W-20#；
其中，对镶样用砂纸180#，240#.......1500#、2000#对端面依次进行磨损，抛光，腐蚀处理，磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把海马多级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，在磨损实验结束后，接着使用手动转塔显微硬度仪HV-1000测量试件显微硬度HV，并对每一个试件经Rigaku X射线衍射仪与S-4800扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数。
结论
在试验条件为载荷F＝3N，频率F＝3Hz及磨损时间T＝100min，海马多级机油5W-20#润滑，锡基巴氏合金磨损量最小为1.219g，Ni60A磨损量最小为1.119g，TiO2磨损量最小为0.809g，相对于比没加Ni60A和TiO2降低磨损率近1.5倍，等离子喷涂15％Ni60A锡基巴氏合金摩擦系数u＝0.38，等离子喷涂10％TiO2,锡基巴氏合金摩擦系数u＝0.5,等离子喷涂含有Ni60A和TiO2的锡基巴氏合金摩擦系数为u＝0.19。
锡基巴氏合金、Ni60A、TiO2涂层显微硬度别为：85.5HV，Ni60A为112.85HV和TiO2：551.5HV，而等离子喷涂含有TiO2和Ni60A锡基巴氏合金后涂层表面显微硬度多数都在100HV以上，最高可达817.5HV以上，显微硬度提高近10倍，因此可使轴承载较大载荷的进行长时间的运转。
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 (7)

1.一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备喷涂粉
(1)材料：镍合金Ni60A粉5-25％、金属TiO2粉5-15％、锡基巴氏合金粉60-90％；
(2)混料：将镍合金Ni60A粉和金属TiO2粉与锡基巴氏合金粉均加入到混料机内进行混料工作，使镍合金Ni60A粉和金属TiO2粉与锡基巴氏合金粉之间进行充分混合，混合时间为6-8小时，得到锡基巴氏合金喷涂粉。
S2、喷涂
(1)喷涂主体为尺寸25*50*2-3mm的H62黄铜，喷涂材料为锡基巴氏合金喷涂粉；
(2)将不同配置的锡基巴氏合金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的喷涂在H62黄铜表面；
S3、性能检测
(1)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；
(2)对镶样用砂纸对端面依次进行打磨损，磨损结束后进行抛光和腐蚀处理；
(3)利用显微硬度仪对测量涂层试件的显微硬度HV，并对每一个试件经Rigaku X射线衍射仪与S-4800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所述的一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法，其特征在于：所述磨损试验具体内容包括：
采用MDW-02磨损试验机对喷涂层进行磨损，磨损时间为100min，磨损之前对试件进行称重后，将试件装夹在夹具上，喷涂面与对磨钢球接触；
加载载荷：F＝1-100N；
频率：f＝1-3/HZ；
其中，对镶样用砂纸180#，240#.....1500#、2000#对端面依次进行对端面依次进行磨损。
3.根据权利要求1所述的一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法，其特征在于：所述磨损时采用海马多级机油5W-20#润滑，使用无菌棉签把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。
4.根据权利要求2所述的一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法，其特征在于：所述磨损时采用5W-20#机油。
5.根据权利要求1所述的一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法，其特征在于：所述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所述的一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法，其特征在于：所述镍合金Ni60粉5-15％、金属TiO2粉5-15％、锡基巴氏合金粉60-90％。
7.根据权利要求1所述的一种提高锡基巴氏合金的耐磨性的方法，其特征在于：所述镍合金Ni60A粉5-25％、金属TiO2粉8-12％、锡基巴氏合金粉60-90％。
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