CN113235021A - 一种铜基耐磨减磨材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜基耐磨减磨材料及其制备方法，包括以下质量百分含量的各组分：锡8‑10％，碳纤维0.05‑0.10％，石墨0.8‑1.2％，二硫化钼0.5‑0.75％，余量为铜。本发明采用铜合金熔铸工艺将短枝碳纤维、石墨和二硫化钼等元素熔融在铜锡青铜中，经过热等静压形成青铜减磨合金，实现涡卷压缩机涡卷盘批量化生产。
Description
技术领域
本发明涉及高性能复合材料领域，尤其是涉及一种铜基耐磨减磨材料及其制备工艺。
背景技术
涡卷压缩机在我国轨道交通、新能源汽车中得到了大力推广和应用，由于涡卷压缩机优越的工作效率、使用性能和静音效果，展现其巨大的发展前景。涡卷盘是涡卷压缩机的核心零件，其材料要求具备良好的减磨、耐磨和导热、适配特性，因而涡卷盘材料决定着涡卷压缩机的技术、性能和寿命。
而目前涡卷盘主要材料为锻钢材料，其耐磨、导热性能不足，影响压缩机工作温度高、使用寿命达不到理想要求，另外机械加工存在成本高、加工周期长等缺陷，很难适应大批量生产需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种铜基耐磨减磨材料及其制备工艺，采用铜合金熔铸工艺将短枝碳纤维、石墨和二硫化钼等元素熔融在铜锡青铜中，经过热等静压形成青铜减磨合金，实现涡卷压缩机涡卷盘批量化生产。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种铜基耐磨减磨材料，其中，包括以下质量百分含量的各组分：锡8-10％，碳纤维0.05-0.10％，石墨0.8-1.2％，二硫化钼0.5-0.75％，余量为铜。
优选的，所述碳纤维为短枝碳纤维，所述短枝碳纤维的厚度为0.5-1.3μm，纤维直径为5-7μm，长度为0.05-0.06mm。
优选的，所述铜基耐磨减磨材料经真空熔炼、铸造定型、热等静压工序制成。
一种铜基耐磨减磨材料的制备工艺，包括以下步骤：将各原料按比例配备好，在真空条件下进行熔炼，制得锡铜合金铸坯；将锡铜合金铸坯进行表面处理后进行加热锻造，加热温度为810-850℃，铸造成锡铜合金棒材；然后将锡铜合金棒材进行冷等静压压制成型，压制压力为150MPa-250MPa，保压时间为3-5min，即制得铜基耐磨减磨材料。
优选的，所述加热温度为820℃。
优选的，所述压制压力为200MPa。
本发明的有益效果是：
本发明以锡青铜为基础原料，添加适量的短枝碳纤维、石墨和二硫化钼提高材料耐磨减磨的目的，采用真空熔炼、热等静压等工艺路线，解决了元素分布不均匀和偏析技术问题，后续经过铸造定型，实现材料组织均匀、无空洞；摩擦系数小于0.10-0.15；抗拉强度大于450MPA；延伸率4-10％；表面硬度大于HB150。本发明可应用于高精密、大规格涡卷盘系列产品中，能够实现生产效率提，产品质量稳定，适合大批量生产。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不局限于下列实施例。
实施例1：
本实施例的铜基耐磨减磨材料，包括以下质量百分含量的各组分：锡8％，短枝碳纤维0.05％，石墨1.2％，二硫化钼0.5％，余量为铜。
本实施例的短枝碳纤维的厚度为0.5μm，纤维直径为5μm，长度为0.06mm。
本实施例的铜基耐磨减磨材料由以下工艺制成：将各原料按比例配备好，在真空条件下进行熔炼，制得锡铜合金铸坯；将锡铜合金铸坯进行表面处理后进行加热锻造，加热温度为810℃，铸造成锡铜合金棒材；然后将锡铜合金棒材进行冷等静压压制成型，压制压力为150MPa，保压时间为5min，即制得铜基耐磨减磨材料。
本实施例的铜基耐磨减磨材料摩擦系数小于0.15，抗拉强度大于450MPA，延伸率5.9％，表面硬度大于HB150。
实施例2：
本实施例的铜基耐磨减磨材料，包括以下质量百分含量的各组分：锡10％，短枝碳纤维0.10％，石墨1.2％，二硫化钼0.75％，余量为铜。短枝碳纤维的厚度为1.0μm，纤维直径为6μm，长度为0.05mm。
本实施例的铜基耐磨减磨材料由以下工艺制成：将各原料按比例配备好，在真空条件下进行熔炼，制得锡铜合金铸坯；将锡铜合金铸坯进行表面处理后进行加热锻造，加热温度为850℃，铸造成锡铜合金棒材；然后将锡铜合金棒材进行冷等静压压制成型，压制压力为250MPa，保压时间为5min，即制得铜基耐磨减磨材料。
本实施例的铜基耐磨减磨材料摩擦系数小于0.10，抗拉强度大于450MPA，延伸率6.2％，表面硬度大于HB150。
实施例3：
本实施例的铜基耐磨减磨材料，包括以下质量百分含量的各组分：锡9％，短枝碳纤维0.08％，石墨1.0％，二硫化钼0.6％，余量为铜。短枝碳纤维的厚度为1.3μm，纤维直径为5μm，长度为0.06mm。
本实施例的铜基耐磨减磨材料由以下工艺制成：将各原料按比例配备好，在真空条件下进行熔炼，制得锡铜合金铸坯；将锡铜合金铸坯进行表面处理后进行加热锻造，加热温度为820℃，铸造成锡铜合金棒材；然后将锡铜合金棒材进行冷等静压压制成型，压制压力为200MPa，保压时间为3min，即制得铜基耐磨减磨材料。
本实施例的铜基耐磨减磨材料摩擦系数小于0.12，抗拉强度大于450MPA，延伸率6.0％，表面硬度大于HB150。
实施例4：
本实施例的铜基耐磨减磨材料，包括以下质量百分含量的各组分：锡8％，短枝碳纤维0.09％，石墨1.1％，二硫化钼0.7％，余量为铜。短枝碳纤维的厚度为0.8μm，纤维直径为7μm，长度为0.06mm。
本实施例的铜基耐磨减磨材料由以下工艺制成：将各原料按比例配备好，在真空条件下进行熔炼，制得锡铜合金铸坯；将锡铜合金铸坯进行表面处理后进行加热锻造，加热温度为810℃，铸造成锡铜合金棒材；然后将锡铜合金棒材进行冷等静压压制成型，压制压力为180MPa，保压时间为4min，即制得铜基耐磨减磨材料。
本实施例的铜基耐磨减磨材料摩擦系数小于0.13，抗拉强度大于450MPA，延伸率6.1％，表面硬度大于HB150。
实施例5：
本实施例的铜基耐磨减磨材料，包括以下质量百分含量的各组分：锡9.5％，短枝碳纤维0.07％，石墨1.2％，二硫化钼0.7％，余量为铜。短枝碳纤维的厚度为0.7μm，纤维直径为5μm，长度为0.05mm。
本实施例的铜基耐磨减磨材料由以下工艺制成：将各原料按比例配备好，在真空条件下进行熔炼，制得锡铜合金铸坯；将锡铜合金铸坯进行表面处理后进行加热锻造，加热温度为820℃，铸造成锡铜合金棒材；然后将锡铜合金棒材进行冷等静压压制成型，压制压力为220MPa，保压时间为5min，即制得铜基耐磨减磨材料。
本实施例的铜基耐磨减磨材料摩擦系数小于0.11，抗拉强度大于450MPA，延伸率6.0％，表面硬度大于HB150。
本发明采用铜合金熔铸工艺将短枝碳纤维、石墨和二硫化钼等元素熔融在铜锡青铜中，经过锻造形成青铜减磨合金，再进行精密加工达到涡卷盘形状要求；其材料特性是减磨、耐磨性能优良，导热、适配特性良好，加工工艺控制稳定、生产综合成本廉价、成品率高，适合批量化生。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，如改变方形槽的数量或排列方式，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种铜基耐磨减磨材料，其特征在于：包括以下质量百分含量的各组分：锡8-10％，碳纤维0.05-0.10％，石墨0.8-1.2％，二硫化钼0.5-0.75％，余量为铜。
2.根据权利要求1所述的一种铜基耐磨减磨材料，其特征在于：所述碳纤维为短枝碳纤维，所述短枝碳纤维的厚度为0.5-1.3μm，纤维直径为5-7μm，长度为0.05-0.06mm。
3.根据权利要求1所述的一种铜基耐磨减磨材料的制备工艺，其特征在于：所述铜基耐磨减磨材料经真空熔炼、铸造定型、热等静压工序制成。
4.根据权利要求3所述的一种铜基耐磨减磨材料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：将各原料按比例配备好，在真空条件下进行熔炼，制得锡铜合金铸坯；将锡铜合金铸坯进行表面处理后进行加热锻造，加热温度为810-850℃，铸造成锡铜合金棒材；然后将锡铜合金棒材进行冷等静压压制成型，压制压力为150MPa-250MPa，保压时间为3-5min，即制得铜基耐磨减磨材料。
5.根据权利要求4所述的一种铜基耐磨减磨材料的制备工艺，其特征在于：所述加热温度为820℃。
6.根据权利要求4所述的一种铜基耐磨减磨材料的制备工艺，其特征在于：所述压制压力为200MPa。
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