CN112375998B - 一种铜基碳纤维轴瓦的制备方法 - Google Patents

一种铜基碳纤维轴瓦的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种铜基碳纤维轴瓦的制备方法，包括以下步骤：将短切镀铜碳纤维在化学镀液中浸润去除表面的氧化膜，随后进行保温处理待用；将锡青铜合金铸锭进行打磨，去除表面氧化层，之后放入中频感应炉中并通入保护性气体，加热锡青铜合金使其完全融化；调整中频感应炉的温度，向锡青铜合金中加入短切镀铜碳纤维并搅拌均匀，得到混合浆料；将混合浆料浇注到模具中进行挤压成型，在混合浆料凝固后经过淬火处理即得。本发明通过向锡青铜合金中加入短切镀铜碳纤维，提高了轴瓦的耐磨性和耐高温性；并且由于镀铜碳纤维良好的力学性能，也会增强轴瓦的相关力学性能。通过半固态制造技术，制造出轴瓦的毛胚，工艺过程简单。

Description

一种铜基碳纤维轴瓦的制备方法
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种铜基碳纤维轴瓦的制备方法。
背景技术
随着社会的发展，机械行业也快速的发展，轴承作为重要的支撑元件，根据其不同的摩擦性质，可分为滚动轴承和滑动轴承，并且滑动轴承优于滚动轴承，使用更加的广泛。滑动轴承由轴瓦和轴承座构成，轴瓦与轴直接接触并作相对运动。目前，轴瓦大多数都是对开式薄壁型，因为其与轴直接接触，并做相对运动，因此，在工作时，特别容易出现烧瓦的情况。出现这种现象的主要原因与轴瓦材料有很大的关系。制造轴瓦的材料主要有金属材料和非金属材料。金属材料中，铸铁具有优良的延展性和可塑造性，性价比比较高，但这种材料抗拉性能差，承受载荷能力不好，且后期维修成本较高。合金的材料优于铸铁，具有良好的导电性、导热性、延展性和更好的力学性能。非金属材料最大的优点是减摩性好、抗腐蚀性好和耐磨性好，自润滑好，不易磨损配合表面。
近年来，随着金属基复合材料的理论研究、制备工艺发展迅速。铜基复合材料具有良好的耐磨、耐腐蚀及优良导电导热能力，在很多领域都有很重要的作用。碳纤维在铜基复合材料中能进一步提高材料的组织性能，降低摩擦系数等，对材料性能有良好的促进作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铜基碳纤维轴瓦的制备方法，得到的轴瓦具备优良的耐磨性、耐高温性以及力学性能。
本发明所采用的技术方案是：一种铜基碳纤维轴瓦的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将短切镀铜碳纤维在化学镀液中浸润去除表面的氧化膜，随后200～300℃温度下进行保温处理，待用；
步骤2、将锡青铜合金铸锭进行打磨，去除表面氧化层，之后放入中频感应炉中并通入保护性气体，加热锡青铜合金使其完全融化，待炉内温度稳定后，保持炉内温度在1050～1080℃；
步骤3、调整中频感应炉的温度为900～1000℃，向锡青铜合金中加入步骤1中得到的短切镀铜碳纤维并搅拌均匀，得到混合浆料，混合浆料中短切镀铜碳纤维与锡青铜合金的质量比为0.15～0.35:1；
步骤4、将混合浆料浇注到700～800℃的模具中进行挤压成型，在混合浆料凝固后经过淬火处理即得。
本发明的特点还在于，
步骤1中采用的短切镀铜碳纤维长度为1～5mm，丝束型号为T700-12K，表面镀层厚度为1μm。
步骤1中采用的化学镀液为酒石酸钾钠和五水硫酸铜混合溶液，pH为9～13，浸润时长30～45min。
步骤2中采用的锡青铜合金铸锭按质量百分比由以下组分组成：锡9～11％、锌1～3％、余量为铜，上述组分的质量百分比之和为100％。
步骤3中的搅拌时长为20～30min。
本发明的有益效果是：本发明一种铜基碳纤维轴瓦的制备方法，通过向锡青铜合金中加入短切镀铜碳纤维，提高了轴瓦的耐磨性和耐高温性；并且由于镀铜碳纤维良好的力学性能，也会增强轴瓦的相关力学性能。通过半固态制造技术，制造出轴瓦的毛胚，工艺过程简单。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种铜基碳纤维轴瓦的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、本发明所用的短切镀铜碳纤维为丝束型号T700-12K的短切丝束，表面镀层厚度为1μm；将长度为1～5mm的短切镀铜碳纤维在pH为9～13的化学镀液酒石酸钾钠和五水硫酸铜混合溶液中浸润30～45min，去除表面的氧化膜，随后200～300℃温度下进行保温处理，待用；
步骤2、将ZCuSn 10Zn2锡青铜合金铸锭(锡9～11％、锌1～3％、其余为铜)进行打磨，去除表面氧化层，之后放入中频感应炉中并通入保护性气体，加热锡青铜合金至1200～1250℃以上，使其完全融化，待炉内温度稳定后，保持炉内温度在1050～1080℃；
步骤3、调整中频感应炉的温度为900～1000℃，对应锡青铜合金的固相率为63.2％～44.2％，向半固态锡青铜合金中加入步骤1中得到的短切镀铜碳纤维并搅拌均匀，搅拌时长为20～30min，得到混合浆料，混合浆料中短切镀铜碳纤维与锡青铜合金的质量比为0.15～0.35:1；
步骤4、将混合浆料浇注到700～800℃的模具中进行挤压成型，在混合浆料凝固后经过淬火处理即得。
传统的轴瓦在制造工程中，主要通过改变材料中不同元素的配比，从而得到性能更加优良的轴瓦，但是普遍存在轴瓦强度、耐磨性和硬度偏低的缺点，而且方法工艺过程比较复杂，成本高。通过上述方式，本发明铜基碳纤维轴瓦的制备方法通过向锡青铜合金中加入短切镀铜碳纤维，提高了轴瓦的耐磨性和耐高温性；并且由于镀铜碳纤维良好的力学性能，也会增强轴瓦的相关力学性能，延长轴瓦的使用寿命。通过半固态制造技术，制造出轴瓦的毛胚，工艺过程简单。
实施例1
将长度为1mm的短切镀铜碳纤维在pH为9的化学镀液酒石酸钾钠和五水硫酸铜混合溶液中浸润30min，去除表面的氧化膜，随后200℃温度下进行保温处理，待用；将锡青铜合金铸锭进行打磨，去除表面氧化层，之后放入中频感应炉中并通入保护性气体，加热锡青铜合金至其完全融化，待炉内温度稳定后，保持炉内温度在1050℃；调整中频感应炉的温度为900℃，对应锡青铜合金的固相率约为63.2％，向半固态锡青铜合金中加入待用的短切镀铜碳纤维并搅拌均匀，搅拌时长为20min，得到混合浆料，混合浆料中短切镀铜碳纤维与锡青铜合金的质量比为0.15:1；将混合浆料浇注到700℃的模具中进行挤压成型，在混合浆料凝固后经过淬火处理即得。
实施例2
将长度为2mm的短切镀铜碳纤维在pH为10的化学镀液酒石酸钾钠和五水硫酸铜混合溶液中浸润34min，去除表面的氧化膜，随后220℃温度下进行保温处理，待用；将锡青铜合金铸锭进行打磨，去除表面氧化层，之后放入中频感应炉中并通入保护性气体，加热锡青铜合金至其完全融化，待炉内温度稳定后，保持炉内温度在1060℃；调整中频感应炉的温度为920℃，对应锡青铜合金的固相率约为59.3％，向半固态锡青铜合金中加入待用的短切镀铜碳纤维并搅拌均匀，搅拌时长为22min，得到混合浆料，混合浆料中短切镀铜碳纤维与锡青铜合金的质量比为0.2:1；将混合浆料浇注到720℃的模具中进行挤压成型，在混合浆料凝固后经过淬火处理即得。
实施例3
将长度为3mm的短切镀铜碳纤维在pH为11的化学镀液酒石酸钾钠和五水硫酸铜混合溶液中浸润38min，去除表面的氧化膜，随后250℃温度下进行保温处理，待用；将锡青铜合金铸锭进行打磨，去除表面氧化层，之后放入中频感应炉中并通入保护性气体，加热锡青铜合金至其完全融化，待炉内温度稳定后，保持炉内温度在1065℃；调整中频感应炉的温度为950℃，对应锡青铜合金的固相率约为55.2％，向半固态锡青铜合金中加入待用的短切镀铜碳纤维并搅拌均匀，搅拌时长为25min，得到混合浆料，混合浆料中短切镀铜碳纤维与锡青铜合金的质量比为0.25:1；将混合浆料浇注到750℃的模具中进行挤压成型，在混合浆料凝固后经过淬火处理即得。
实施例4
将长度为4mm的短切镀铜碳纤维在pH为12的化学镀液酒石酸钾钠和五水硫酸铜混合溶液中浸润42min，去除表面的氧化膜，随后270℃温度下进行保温处理，待用；将锡青铜合金铸锭进行打磨，去除表面氧化层，之后放入中频感应炉中并通入保护性气体，加热锡青铜合金至其完全融化，待炉内温度稳定后，保持炉内温度在1070℃；调整中频感应炉的温度为970℃，对应锡青铜合金的固相率约为51.6％，向半固态锡青铜合金中加入待用的短切镀铜碳纤维并搅拌均匀，搅拌时长为27min，得到混合浆料，混合浆料中短切镀铜碳纤维与锡青铜合金的质量比为0.3:1；将混合浆料浇注到780℃的模具中进行挤压成型，在混合浆料凝固后经过淬火处理即得。
实施例5
将长度为5mm的短切镀铜碳纤维在pH为13的化学镀液酒石酸钾钠和五水硫酸铜混合溶液中浸润45min，去除表面的氧化膜，随后300℃温度下进行保温处理，待用；将锡青铜合金铸锭进行打磨，去除表面氧化层，之后放入中频感应炉中并通入保护性气体，加热锡青铜合金至其完全融化，待炉内温度稳定后，保持炉内温度在1080℃；调整中频感应炉的温度为1000℃，对应锡青铜合金的固相率约为44.2％，向半固态锡青铜合金中加入待用的短切镀铜碳纤维并搅拌均匀，搅拌时长为30min，得到混合浆料，混合浆料中短切镀铜碳纤维与锡青铜合金的质量比为0.35:1；将混合浆料浇注到800℃的模具中进行挤压成型，在混合浆料凝固后经过淬火处理即得。

Claims (3)

1.一种铜基碳纤维轴瓦的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将短切镀铜碳纤维在化学镀液中浸润去除表面的氧化膜，随后200～300℃温度下进行保温处理，待用；采用的化学镀液为酒石酸钾钠和五水硫酸铜混合溶液，pH为9～13，浸润时长30～45min；
步骤2、将锡青铜合金铸锭进行打磨，去除表面氧化层，之后放入中频感应炉中并通入保护性气体，加热锡青铜合金使其完全熔化 ，待炉内温度稳定后，保持炉内温度在1050～1080℃；采用的锡青铜合金铸锭按质量百分比由以下组分组成：锡9～11％、锌1～3％、余量为铜，上述组分的质量百分比之和为100％；
步骤3、调整中频感应炉的温度为900～1000℃，向锡青铜合金中加入步骤1中得到的短切镀铜碳纤维并搅拌均匀，得到混合浆料，混合浆料中短切镀铜碳纤维与锡青铜合金的质量比为0.15～0.35:1；
步骤4、将混合浆料浇注到700～800℃的模具中进行挤压成型，在混合浆料凝固后经过淬火处理即得。
2.如权利要求1所述的一种铜基碳纤维轴瓦的制备方法，其特征在于，所述步骤1中采用的短切镀铜碳纤维长度为1～5mm，丝束型号为T700-12K，表面镀层厚度为1μm。
3.如权利要求1所述的一种铜基碳纤维轴瓦的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的搅拌时长为20～30min。
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