CN112264616A - 一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法 - Google Patents

一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法，具体涉及粉末冶金领域，包包括以下步骤：步骤一：选用水流雾化或气流雾化的CuSn8NiP铜粉；步骤二：将铜合金粉末CuSn8NiP合金中添加比例为0.02‑4wt％的低熔点金属如锡粉Sn或低熔点金属合金的粉末，添加低熔点金属后的铜合金粉末在混料机中经0.5‑3小时的充分混合搅拌均匀。本发明液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法经该方法制备得到的铜钢合金润滑耐磨材料的铜合金层具有收缩性好、空隙率低、致密性较好同时强度高、机械抗疲劳性能良好的优点，经该液相烧结法制备得到的铜钢合金润滑耐磨材料具有特有的冶金金相特征。

Description

一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备 方法
技术领域
本发明实施例涉及粉末冶金领域，具体涉及一种液相烧结法CuSnNiP 基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法。
背景技术
汽车排放尾气的标准的进一步提高，使得汽车发动机有更高的缸压比，从而有更高的燃油效率和更低的尾气排放，这就对发动机的润滑耐摩擦等关键零部件如轴瓦、止推片等提出了更高的要求，需要拥有更高的强度、耐疲劳强度和耐摩擦磨损能力。
采用传统的铺粉烧结轧制法制备耐摩擦材料时，铜合金粉末颗粒间只发生了固相烧结而未有液相烧结行为发生，因而制备得到的钢铜合金的铜合金层因未进行充分收缩从而得到的金相孔隙率较高，使得材料的强度和抗疲劳性能均较低；Sn、Zn、Al、Ga、Bi等金属或合金的熔点较低，当引入单一低熔点金属元素或多种元素掺入到CuSnNiP合金粉末中时，在经混粉、铺粉过后经历的烧结过程时，低熔点金属或低熔点金属合金会先发生熔化，促使CuSnNiP主相合金颗粒间形成液相，发生液相烧结作用，由于金属液相表面张力的作用，使铜粉在烧结过程中同步发生收缩，以及液相在铜粉表面的熔接、转运、析出等作用，粉末间的空隙率将大幅降低。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法，通过引入晶间液相，运用液相烧结法提高铜合金粉末的收缩率，以降低铜合金层的孔隙率，提高机械强度和抗疲劳强度，以解决现有技术中钢铜合金的铜合金层因未进行充分收缩从而得到的金相孔隙率较高，使得材料的强度和抗疲劳性能均较低的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：选用水流雾化或气流雾化的CuSn8NiP铜粉；
步骤二：将铜合金粉末CuSn8Ni合金中添加比例为0.02-4wt％的低熔点金属如锡粉Sn或低熔点金属合金的粉末，添加低熔点金属后的铜合金粉末在混料机中经0.5-3小时的充分混合搅拌均匀；
步骤三：在低碳钢薄板上均匀平铺上混有低熔点金属如锡粉Sn或低熔点合金的混合粉料；
步骤四：铺有铜合金粉末的低碳钢薄板进入到有H2还原性气氛保护的联系移动式烧结炉中，在350-920度的温度区间进行初烧结1-5小时，低熔点晶在该烧结温度范围类发生熔融，在铜合金粉末间形成液相湿润性相，发生液相烧结，铜合金层发生收缩。
进一步地，所述步骤一中的CuSn8NiP铜粉，其中铜Cu含量为88- 92％，锡Sn含量为6-10％，镍Ni含量为0.5-2％。
进一步地，所述步骤一中的铜粉采用规格为100目、120目、150 目、180目、200目、300目；铜粉松装密度为3.2-5.2g/cm3；铜粉的流动性为<25s/50g；铜粉颗粒形状为亚球形、球形。
进一步地，所述步骤二中选用的低熔点金属如锡粉Sn或低熔点金属的合金的粒度规格为300目、400目、500目、600目。
进一步地，所述步骤四中初烧结过后的铜钢合金板在低速薄板轧钢机上进行轧制变形，铜合金随低碳钢板沿轧制方向发生流变变形。
进一步地，所述步骤四中经初次烧结和轧制过后的铜钢薄板再次进入到烧结炉中，在350-920度的温度区间去应力及二次烧结0.5-3小时。
进一步地，所述步骤四中二次烧结过后的铜钢合金薄板进行二次轧制变形，得到目标所需要的规定尺寸的厚度。
进一步地，所述在步骤四之后进行制备得到的材料的金相分析和铜钢合金层间的粘接强度检测。
本发明实施例具有如下优点：
本发明通过采用低碳钢薄板上均匀铺粉所用的铜合金CuSn8NiP粉末中混合掺入有0.05-4wt％的低熔点金属如Sn或低熔点金属的合金粉末，该添加的低熔点金属在烧结过程中主要起到液相烧结促进铜合金粉末的收缩的作用，经该方法制备得到的铜钢合金润滑耐磨材料的铜合金层具有收缩性好、空隙率低、致密性较好同时强度高、机械抗疲劳性能良好的优点，经该液相烧结法制备得到的铜钢合金润滑耐磨材料具有特有的冶金金相特征，即主相铜合金相的周围均匀分布着少量的低熔点金属或合金的晶界相，该低熔点晶界相起到两方面的作用，第一是提高收缩率降低铜合金层的孔隙率；第二是当润滑耐磨材料在高温区域工作时，该晶界低熔点相可以起到自润滑作用，可以有效避免干摩擦的发生。
说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的引伸获得其它的实施。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，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。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
一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：选用水流雾化或气流雾化的CuSn8NiP铜粉；
步骤二：将铜合金粉末CuSn8Ni合金中添加比例为0.02-4wt％的低熔点金属如锡粉Sn或低熔点金属合金的粉末，添加低熔点金属后的铜合金粉末在混料机中经0.5-3小时的充分混合搅拌均匀；
步骤三：在低碳钢薄板上均匀平铺上混有低熔点金属如锡粉Sn或低熔点合金的混合粉料；
步骤四：铺有铜合金粉末的低碳钢薄板进入到有H2还原性气氛保护的联系移动式烧结炉中，在350-920度的温度区间进行初烧结1-5小时，低熔点晶在该烧结温度范围类发生熔融，在铜合金粉末间形成液相湿润性相，发生液相烧结，铜合金层发生收缩。
本实施例中，采用低碳钢薄板上均匀铺粉所用的铜合金CuSn8NiP粉末中混合掺入有0.05-4wt％的低熔点金属如Sn或低熔点金属的合金粉末，该添加的低熔点金属在烧结过程中主要起到液相烧结促进铜合金粉末的收缩的作用，经该方法制备得到的铜钢合金润滑耐磨材料的铜合金层具有收缩性好、空隙率低、致密性较好同时强度高、机械抗疲劳性能良好的优点。
实施例2
步骤一中的CuSn8NiP铜粉，其中铜Cu含量为88-92％，锡Sn含量为 6-10％，镍Ni含量为0.5-2％。
本实施例中，经该液相烧结法制备得到的铜钢合金润滑耐磨材料具有特有的冶金金相特征，即主相铜合金相的周围均匀分布着少量的低熔点金属或合金的晶界相，该低熔点晶界相起到两方面的作用，第一是提高收缩率降低铜合金层的孔隙率；第二是当润滑耐磨材料在高温区域工作时，该晶界低熔点相可以起到自润滑作用，可以有效避免干摩擦的发生。
实施例3
步骤一中的铜粉采用规格为100目、120目、150目、180目、200 目、300目；铜粉松装密度为3.2-5.2g/cm3；铜粉的流动性为 <25s/50g；铜粉颗粒形状为亚球形、球形。
本实施例中，选材达到一定要求后期成品性能才能达到预定目标。
实施例4
步骤二中选用的低熔点金属如锡粉Sn或低熔点金属的合金的粒度规格为300目、400目、500目、600目。
本实施例中，通过添加低熔点金属Sn粉，以液相烧结改善CuSnNiP 合金粉末烧结时的收缩性能，降低铜合金烧结过后的孔隙率，以提高 CuSnNiP轴瓦合金的强度、抗疲劳性能以及铜合金和钢衬背间的结合力。
实施例5
步骤四中初烧结过后的铜钢合金板在低速薄板轧钢机上进行轧制变形，铜合金沿轧制方向发生流变变形。
本实施例中，由于后期还需进行二次轧制，所以初次轧制将薄板轧制成为大概形状即可。
实施例6
步骤四中经初次烧结和轧制过后的铜钢薄板再次进入到烧结炉中，在 350-920度的温度区间去应力及二次烧结0.5-3小时。
本实施例中，规定的温度和烧结时间会使得铜钢薄板成品性能更佳。
实施例7
步骤四中二次烧结过后的铜钢合金薄板进行二次轧制变形，得到目标所需要的规定尺寸的厚度。
本实施例中，轧制变形的机器可以采用轧钢机，轧钢机，是实现金属轧制过程的机械设备，其中轧辊是使金属塑性变形达到规定尺寸的部件。
实施例8
在步骤四之后进行制备得到的材料的金相分析和铜钢合金层间的粘接强度检测。
本实施例中，检测方法可以采用人工质检或者机器质检的方式，未达标准的不予出厂。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法，
其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：选用水流雾化或气流雾化的CuSn8NiP铜粉；
步骤二：将铜合金粉末CuSn8Ni合金中添加比例为0.02-4wt％的低熔点金属如锡粉Sn或低熔点金属合金的粉末，添加低熔点金属后的铜合金粉末在混料机中经0.5-3小时的充分混合搅拌均匀；
步骤三：在低碳钢薄板上均匀平铺上述混有低熔点金属如锡粉Sn或低熔点合金的混合粉料；
步骤四：铺有铜合金粉末的低碳钢薄板进入到有H2还原性气氛保护的联系移动式烧结炉中，在350-920度的温度区间进行保温初烧结1-5小时，添加得低熔点金属或合金粉末在该烧结温度范围类发生熔融，在铜合金粉末间形成液相湿润性相，发生液相烧结，铜合金层发生收缩。
2.根据权利要求1所述的一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的CuSn8NiP铜粉，其中铜Cu含量为88-92％，锡Sn含量为6-10％，镍Ni含量为0.5-2％。
3.根据权利要求1所述的一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的铜粉采用规格为100目、120目、150目、180目、200目、300目；铜粉松装密度为3.2-5.2g/cm3；铜粉的流动性为<25s/50g；铜粉颗粒形状为亚球形、球形。
4.根据权利要求1所述的一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中选用的低熔点金属如锡粉Sn或低熔点金属的合金的粒度规格为300目、400目、500目、600目。
5.根据权利要求1所述的一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中初烧结过后的铜钢合金板在低速薄板轧钢机上进行轧制变形，铜合金随同低碳钢板沿轧制方向发生流变变形。
6.根据权利要求1所述的一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中经初次烧结和轧制过后的铜钢薄板再次进入到烧结炉中，在350-920度的温度区间去应力及二次烧结0.5-3小时。
7.根据权利要求1所述的一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中二次烧结过后的铜钢合金薄板进行二次轧制变形，得到目标所需要的规定尺寸的厚度。
8.根据权利要求1所述的一种液相烧结法CuSnNiP基铜合金润滑耐摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述在步骤四之后进行制备得到的材料的金相分析和铜钢合金层间的粘接强度检测。
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