CN111560580A - 一种含有碳纤维c12的锡基巴氏合金涂层制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，包括如下步骤：S1、在锡基巴氏合金粉中加入短碳纤维C、金属钴Co和金属化合物碳化钨WC三种粉末，其中短碳纤维C的添加量为10‑14％；碳化钨WC添加量为4％‑8％；金属钴Co的添加量为8‑20％；S2、将锡基巴氏合金粉、短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉均加入到混料机内充分混合6‑8小时，得到喷涂粉。本发明通过在锡基巴氏合金粉中加入短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉，将其进行混合后喷涂在H62黄铜表面，对喷涂后的H62黄铜进行实验，试验表明：含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层硬度高，耐磨效果好。
Description
技术领域
本发明涉及滑动轴承的轴瓦耐磨技术领域，具体为一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法。
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，非常光滑，一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成，在特殊情况下，可以用木材、工程塑料或橡胶制成。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；锡基巴氏合金是锡基轴承合金和铅基轴承合金通称；巴氏合金是承受中等负荷轴承合金中比较理想的材料，由于它的强度较低，利用钢壳、铜壳材料来增加合金的强度。低速重载荷滑动轴承的轴瓦与油膜润滑瓦在轴承上,直接与轴相接触的部分,承受载荷并且与轴具有相对运动。为减少摩擦，磨损对轴瓦材料提出各种要求，除要求摩擦副间，锡基巴氏合金，因其质软而韧、耐磨、易切削和铲刮，故广泛应用于轧钢设备的轴承瓦衬。
现阶段巴氏合金主要的制备工艺有浇铸法、焊接法等，但是这些传统工艺对于提高巴氏合金的耐磨性、硬度、与基体的结合强度的作用并不是十分明显，在工作状态下，由于对摩过程中会产生较大的摩擦力和切应力，会导致轴瓦产生脱落，导致轴承报废。所以，提高巴氏合金的硬度与耐磨性，可以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，从而能够有效改善轴瓦脱落这一问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，以解决上述背景技术中提到的由于巴氏合金的耐磨性、硬度、与基体的结合强度的不佳，在工作状态下，由于对摩过程中会产生较大的摩擦力和切应力，会导致轴瓦产生脱落，导致轴承报废的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，包括如下步骤：
S1、在锡基巴氏合金粉中加入短碳纤维C、金属钴Co和金属化合物碳化钨WC三种粉末，其中短碳纤维C的添加量为10-14％；碳化钨WC添加量为4％-8％；金属钴Co的添加量为8-20％；
S2、将锡基巴氏合金粉、短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉均加入到混料机内进行混料工作，使短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC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，选择尺寸25*50*2-3mm的H62黄铜，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在H62黄铜表面，得到含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层。
优选的，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，磨损时，采用型号为MDW-02的磨损试验机，实验加载力为3N，频率为3Hz，磨损时间为10min，磨损用润滑油为海马多级机油5w-20；
优选的，磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把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，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，使用手动转塔HV-1000显微硬度仪测量试件显微硬度HV，并对每一个试件经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，S1中，其中短碳纤维C的添加量为12％；碳化钨WC添加量为4％；金属钴Co的添加量为14％。
优选的，S1中，其中短碳纤维C的添加量为12％；碳化钨WC添加量为8％；金属钴Co的添加量为14％。
优选的，S1中，其中短碳纤维C的添加量为12％；碳化钨WC添加量为4％；金属钴Co的添加量为8％。
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。
本发明提供了一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，具备以下有益效果：
本发明通过在锡基巴氏合金粉中加入短碳纤维C12粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉，并将其进行混合后喷涂在H62黄铜表面，并对喷涂后的H62黄铜进行实验，试验后摩擦系数最低在μ＝0.06，比只含有锡巴氏合金的涂层降低3.3倍，磨损率一般为0.00304g/min，磨损率最低为0.00274g/min，磨损率一般降低5倍，最低降低5.6倍；显微硬度最小为85.5HV，提高最小倍数为2，显微硬度最大为248.5HV，提高最大倍数3倍，使得在加入短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉的锡基巴氏合金涂层硬度高，耐磨效果好。
附图说明
图1为本发明的含C12Co14WC4锡基巴氏合金等离子喷涂摩擦系数图；
图2为本发明的含有C12Co8WC4锡基巴氏合金等离子喷涂衍射图；
图3为本发明的含有C12Co14WC8锡基巴氏合金等离子喷涂组涂层断面SEM。
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：
一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，包括如下步骤：
S1、在锡基巴氏合金粉中加入短碳纤维C、金属钴Co和金属化合物碳化钨WC三种粉末，其中短碳纤维C的添加量为10-14％；碳化钨WC添加量为4％-8％；金属钴Co的添加量为8-20％；
S2、将短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉和锡基巴氏合金粉均加入到混料机内进行混料工作，使短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉锡基巴氏合金粉与充分混合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，选择尺寸25*50*2-3mm的H62黄铜，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在H62黄铜表面，得到含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层，其中喷涂设备采用的是PK-80Z-II等离子喷涂设备，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。
对喷涂后的H62黄铜进行磨损实验，实验步骤如下：
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180#，240#……1500#、2000#对对端面依次进行打磨，抛光，腐蚀处理；用手动转塔HV-1000显微硬度仪测量涂层表面显微硬度HV；并对每一个试件经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
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；
其中磨损时采用MDW-02摩擦磨损试验机，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，加载力3N，频率3Hz，磨损时间10min；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。
实施例2：
S1、在锡基巴氏合金粉中加入短碳纤维C、金属钴Co和金属化合物碳化钨WC三种粉末，其中短碳纤维C的添加量为12％；碳化钨WC添加量为4％；金属钴Co的添加量为14％；
S2、将短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉与锡基巴氏合金粉均加入到混料机内进行混料工作，使短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC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，选择尺寸25*50*2-3mm的H62黄铜，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在H62黄铜表面，得到含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层，其中喷涂设备采用的是PK-80Z-II等离子喷涂设备，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。
对喷涂后的H62黄铜进行硬度和磨损试验，试验步骤如下：
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180#，240#……1500#、2000#对端面依次进行打磨，抛光，腐蚀处理；用手动转塔HV-1000显微硬度仪测量试件显微硬度HV；并对每一个试件经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。
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；
其中磨损时采用MDW-02摩擦磨损试验机，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，加载力3N，频率3Hz，磨损时间10min；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；
实施例3：
S1、在锡基巴氏合金粉中加入短碳纤维C、金属钴Co和金属化合物碳化钨WC三种粉末，其中短碳纤维C的添加量为12％；碳化钨WC添加量为8％；金属钴Co的添加量为14％；
S2、将锡基巴氏合金粉、短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉均加入到混料机内进行混料工作，使短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC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，选择尺寸25*50*2-3mm的H62黄铜，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在H62黄铜表面，得到含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层，其中喷涂设备采用的是PK-80Z-II等离子喷涂设备，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。
对喷涂后的H62黄铜进行磨损实验，试验步骤如下：
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HV-1000显微硬度仪测量试件显微硬度HV；并对每一个试件经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。
磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把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，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；
其中磨损时采用MDW-02摩擦磨损试验机，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，加载力3N，频率3Hz，磨损时间10min；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。
实施例4：
S1、在锡基巴氏合金粉中加入短碳纤维C、金属钴Co和金属化合物碳化钨WC三种粉末，其中短碳纤维C的添加量为12％；碳化钨WC添加量为4％；金属钴Co的添加量为8％；
S2、将短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉锡基巴氏合金粉均加入到混料机内进行混料工作，使短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC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，选择尺寸25*50*2-3mm的H62黄铜，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在H62黄铜表面，得到含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层，其中喷涂设备采用的是PK-80Z-II等离子喷涂设备，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。
对喷涂后的H62黄铜进行磨损实验，试验步骤如下：
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180#，240#……1500#、2000#对端面依次进行磨损，抛光，腐蚀处理；使用手动转塔HV-1000显微硬度仪测量试件显微硬度HV；并对每一个试件经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。
磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把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，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；
其中磨损时采用MDW-02摩擦磨损试验机，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，加载力3N，频率3Hz，磨损时间10min；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；
结论：
如图1-3所示，图1为含C12Co14WC4锡基巴氏合金等离子喷涂摩擦系数图，C12Co14WC4组摩擦系数为μ＝0.13，C12Co14WC8组摩擦系数为μ＝0.13；
图2为含有Co8WC4锡基巴氏合金等离子喷涂衍射图，由图2可知，涂层主要显“Sn”性，这是因为基体粉为巴氏合金，而巴氏合金中由以Sn含量为最大，所以涂层显“Sn”晶体性；同时在确定的锡性之外同时检测到了“WCx”与“NiCx”晶体结构；
使用MDW-02摩擦磨损试验机在负载力F＝3N，频率为3Hz及磨损时间10min的工况下，只含有锡巴氏合金的耐磨涂层在海马多级机油5w-20润滑条件下的摩擦系数在μ＝0.19，锡基巴氏合金的空白实验组平均磨损率为0.01533g/min。
在加入短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉的锡基巴氏合金涂层，试验后摩擦系数最低在μ＝0.06，比只含有锡巴氏合金的涂层降低了3.3倍，磨损率一般为0.00304g/min，磨损率最低为0.00274g/min，磨损率一般降低5倍，最低降低5.6倍。
只含有锡巴氏合金的涂层显微硬度为85.5HV，在黄铜表面等离子喷涂含有碳纤维C12、碳化钨和金属钴Co的显微硬度最小为165.0HV，提高最小倍数为2，平均为显微硬度218.1HV，最大为248.5HV，提高最大倍数3倍，使得在加入短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉的锡基巴氏合金涂层硬度高，耐磨效果好。
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)
1.一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在锡基巴氏合金粉中加入短碳纤维C、金属钴Co和金属化合物碳化钨WC三种粉末，其中短碳纤维C的添加量为10-14％；碳化钨WC添加量为4％-8％；金属钴Co的添加量为8-20％；
S2、将短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC粉与锡基巴氏合金粉、均加入到混料机内进行混料工作，使短碳纤维C粉、金属钴Co粉和金属化合物碳化钨WC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，选择尺寸25*50*2-3mm的H62黄铜，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在H62黄铜表面，得到含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层。
2.根据权利要求1所述的一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，其特征在于：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打磨，抛光，腐蚀处理，测量含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层的显微硬度，磨损时，采用型号为MDW-02的磨损试验机，加载力为3N，频率为3Hz，磨损时间为10min，磨损用润滑油为海马多级机油5w-20#。
3.根据权利要求2所述的一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，其特征在于：磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把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，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1所述的一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，其特征在于：使用手动转塔HV-1000显微硬度仪测量涂层表面显微硬度HV，并对每一个试件经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。
5.根据权利要求1所述的一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，其特征在于：S1中，其中短碳纤维C的添加量为12％；碳化钨WC添加量为4％；金属钴Co的添加量为14％。
6.根据权利要求1所述的一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，其特征在于：S1中，其中短碳纤维C的添加量为12％；碳化钨WC添加量为8％；金属钴Co的添加量为14％。
7.根据权利要求1所述的一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，其特征在于：S1中，其中短碳纤维C的添加量为12％；碳化钨WC添加量为4％；金属钴Co的添加量为8％。
8.根据权利要求1所述的一种含有碳纤维C12的锡基巴氏合金涂层制造方法，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。
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