CN113399672A - 一种Cu-10Sn青铜粉及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Cu‑10Sn青铜粉及其制备方法和应用，属于青铜粉制备技术领域。该方法以铜锭和锡锭为原料，采用高压水雾化法制备完全合金化的青铜粉，然后再向完全合金化的青铜粉中加入纯铜粉和蜡基润滑剂，得到Cu‑10Sn青铜粉。该方法制备的Cu‑10Sn青铜粉具有与电解铜粉相近的高生坯强度，铜与锡之间已完全合金化，烧结态中不存在游离Sn，具有高的压溃强度、塑性，强度可大于220MPa。

Description

一种Cu-10Sn青铜粉及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于青铜粉制备技术领域，具体涉及一种Cu-10Sn青铜粉及其制备方法和应用。
背景技术
青铜粉是指由各种类型的青铜或青铜合金制成的粉末，主要用在漆或上光媒介中，或者与铜粉浆一起构成所谓的仿金粉颜料，也可以通过粉末冶金的方法制成各种形状的青铜类零件。传统的青铜粉制备方法有以下两种，一种是雾化法：铜锭和锡锭按照Cu-10Sn的重量配比要求，直接熔化后水雾化，经过干燥还原，粉碎、过筛、再合批；或者：雾化铜粉和雾化锡粉按照重量配比混合，直接使用，或者经过高于600℃的温度扩散还原后再使用。雾化法存在的缺点是成型品生坯强度低，易崩损、粘粉，烧结径向压溃强度低。另一种方法是电解法：电解铜粉和锡粉按照重量配比混合，经过高于600℃的温度扩散还原，过筛、再合批使用。电解法存在的缺点是Sn扩散不完全，烧结态中会有游离Sn存在，从而影响材料的强度和塑性。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种Cu-10Sn青铜粉的制备方法，该方法在制备过程中锡与铜之间已合金化，烧结态中不会存在游离Sn，可有效提高产品性能。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种Cu-10Sn青铜粉，该Cu-10Sn青铜粉具有电解铜粉相近的高生坯强度，铜与锡之间完全合金化，为接下来生产高性能产品奠定了基础。本发明要解决的技术问题还有一个在于提供一种Cu-10Sn青铜粉在制备含油轴承中的应用，使最终产品空孔率可以保持在10％～30％，含浸油后的体积含油率可以达到9～27vol％，产品的压溃强度可达220MPa以上。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种Cu-10Sn青铜粉的制备方法，以铜锭和锡锭为原料，采用高压水雾化法制备完全合金化的青铜粉，然后再向完全合金化的青铜粉中加入纯铜粉和蜡基润滑剂，得到产品Cu-10Sn青铜粉。
所述Cu-10Sn青铜粉的制备方法，所述锡锭用量占比为10％～15％，剩余为铜锭。
所述Cu-10Sn青铜粉的制备方法，在1000～1200℃的温度时，于电磁搅拌下将铜锭和锡锭进行熔炼，使铜锡进行充分混合均匀的合金化；然后在20～60MPa条件下，将所述铜锡合金采用封闭式V型喷嘴喷出，得到雾化合金青铜粉。
所述Cu-10Sn青铜粉的制备方法，所述纯铜粉粒度为-100目。
所述Cu-10Sn青铜粉的制备方法，所述添加的纯铜粉采用电解法制备。
所述Cu-10Sn青铜粉的制备方法，所述纯铜粉的用量为完全合金化的青铜粉的质量的0～30％；所述蜡基润滑剂的用量为完全合金化的青铜粉的质量的0.4％～1.0％。
所述Cu-10Sn青铜粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取铜锭和锡锭，其中铜锭的质量占比为85％～90％，锡锭的质量占比10％～15％；在1000～1200℃条件下，在电磁搅拌条件下进行熔炼，使得铜锡进行充分混合均匀的合金化；然后在20～60MPa条件下，将所述铜锡合金采用封闭式V型喷嘴喷出，得到雾化合金青铜粉；
(2)向步骤(1)中的雾化合金青铜粉中依照Cu与Sn质量比为9:1的比例加入0～30％电解法生产的纯铜粉和0.4％～1.0％的蜡基润滑剂，其中纯铜粉的粒度为-100目；
(3)将步骤(2)获得的原料在双锥型搅拌机中搅拌30～60min，使纯铜、青铜粉均匀混合，制得Cu-10Sn青铜粉。
上述方法制备得到的Cu-10Sn青铜粉。
上述Cu-10Sn青铜粉在制备自润滑含油轴承中应用。
有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：
(1)本发明Cu-10Sn青铜粉的制备方法在制备过程中锡与铜之间已合金化，烧结态中不会存在游离Sn，可有效提高产品性能。
(2)本发明制得的Cu-10Sn青铜粉具有电解铜粉相近的高生坯强度，且锡与铜之间已合金化，经过650～850℃的烧结后，烧结态中不存在游离Sn，可形成形貌相近的纯铜、青铜相，具有较高的强度和塑性。
(3)本发明Cu-10Sn青铜粉应用于制备含油轴承中，使最终产品空孔率可以保持在10％～30％，含浸油后的体积含油率可以达到9～27vol％，产品的压溃强度可达220MPa以上。
附图说明
图1为生坯强度测定结果图；
图2为烧结径向压溃强度(MPa)测定结果图；
图3为烧结塑性测定结果结果图；
图4为烧结体空孔率测定结果图；
图5为金相组织测定结果图。
具体实施方式
实施例1
采用本发明制备青铜粉Cu-10Sn，包括以下步骤：
(1)称取铜锭和锡锭，其中铜锭的质量占比为85％～90％，锡锭的质量占比10％～15％；在1150℃条件下，在电磁搅拌条件下进行熔炼，使得铜锡进行充分混合均匀的合金化；然后在20MPa条件下，将上述铜锡合金采用封闭式V型喷嘴喷出，得到雾化合金青铜粉；对该雾化合金青铜粉进行检测，粉末粒度为-100目，松装密度控制在3.2～3.9g/cm3；
(2)向步骤(1)中的雾化合金青铜粉中以最终Cu为90％的比例加入电解法生产的纯铜粉和0.5％的蜡基润滑剂(主要成分为聚丙烯酰胺基)，其中纯铜粉的粒度为-100目；
(3)将步骤(2)获得的原料在双锥型搅拌机中搅拌45min，制得可直接压制成形的Cu-10Sn青铜粉，制备得到的Cu-10Sn青铜粉的粒度-100目以下，松装密度为3.0～3.5g/cm3。
采购某款市售的通过纯雾化法生产的完全预合金青铜粉Cu-10Sn，记为对照品1；采购某款市售的电解铜粉和锡粉通过扩散法生产的青铜粉Cu-10Sn，记为对照品2。
将实施例1制备的Cu-10Sn青铜粉、对照品1和对照品2，用成形机台压制成自润滑轴承产品生坯，成形密度可控制在5.8～6.6g/cm3之间，经过700℃的温度烧结，对产品性能进行测试，结果如下：
(1)生坯强度相对值测定，结果如图1所示。由图1可知，本发明制备的粉末压制后产品生坯，具有与电解扩散青铜粉(对照品2)相似的生坯强度，较传统雾化青铜粉(对照品1)提升35％以上。
(2)烧结径向压溃强度测定，结果如图2所示。由图2可知，本发明制备的粉末压坯烧结后，强度在220MPa以上，并且明显大于雾化青铜粉(对照品1)和电解扩散青铜粉(对照品2)。
(3)烧结塑性相对值测定，结果如图3所示。由图3可知，本发明制备的粉末压坯烧结后，塑性明显大于雾化青铜粉(对照品1)和电解扩散青铜粉(对照品2)。
(4)烧结体空孔率测定，结果如图4所示。由图4可知，本发明制备的粉末压坯烧结后，空孔率达20％以上，含浸油后的体积含油率可以达到9～27vol％，满足要求。
(5)金相组织测定，结果如图5所示。由图5可知，本发明制备的粉末压坯烧结后，金相中不存在富锡相，形成了形貌相近的纯铜、青铜相，与雾化青铜粉(对照品1)相似，而电解扩散青铜粉(对照品2)则出现了明显的富锡相(游离锡)。
综上，通过本发明制作的青铜粉Cu-10Sn，具有生坯强度高于雾化青铜粉、无游离Sn、烧结径向压溃强度、塑性高于传统雾化青铜粉和电解扩散青铜粉、空孔率达20％以上的特点，满足要求。

Claims (9)

1.一种Cu-10Sn青铜粉的制备方法，其特征在于，以铜锭和锡锭为原料，采用高压水雾化法制备完全合金化的青铜粉，然后再向完全合金化的青铜粉中加入纯铜粉和蜡基润滑剂，得到Cu-10Sn青铜粉。
2.根据权利要求1所述Cu-10Sn青铜粉的制备方法，其特征在于，所述锡锭质量占比为10％～15％，剩余为铜锭。
3.根据权利要求1所述Cu-10Sn青铜粉的制备方法，其特征在于，在1000～1200℃的温度时，于电磁搅拌下将铜锭和锡锭进行熔炼，使铜锡进行充分混合均匀的合金化；然后在20～60MPa条件下，将所述铜锡合金采用封闭式V型喷嘴喷出，得到雾化合金青铜粉。
4.根据权利要求1所述Cu-10Sn青铜粉的制备方法，其特征在于，所述添加的纯铜粉粒度为-100目。
5.根据权利要求1所述Cu-10Sn青铜粉的制备方法，其特征在于，所述添加的纯铜粉采用电解法制备。
6.根据权利要求1所述Cu-10Sn青铜粉的制备方法，其特征在于，所述纯铜粉的用量为完全合金化的青铜粉的质量的0～30％；所述蜡基润滑剂的用量为完全合金化的青铜粉与纯铜粉总质量的0.4％～1.0％。
7.根据权利要求1所述Cu-10Sn青铜粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取铜锭和锡锭，其中铜锭的质量占比为85％～90％，锡锭的质量占比10％～15％；在1000～1200℃条件下，在电磁搅拌条件下进行熔炼，使得铜锡进行充分混合均匀的合金化；然后在20～60MPa条件下，将所述铜锡合金采用封闭式V型喷嘴喷出，得到雾化合金青铜粉；
(2)向步骤(1)中的雾化合金青铜粉中依照Cu与Sn质量比为9:1的比例加入0～30％电解法生产的纯铜粉和0.4％～1.0％的蜡基润滑剂，其中纯铜粉的粒度为-100目；
(3)将步骤(2)获得的原料在双锥型搅拌机中搅拌30～60min，制得Cu-10Sn青铜粉。
8.权利要求1～7任一所述制备方法制备得到的Cu-10Sn青铜粉。
9.权利要求8所述Cu-10Sn青铜粉在制备自润滑含油轴承中的应用。
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