CN113695578A - 一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，将粉体混合物通过一烧、一轧、二烧、二轧在低碳钢钢背表面烧结形成钢基合金减摩层，形成双金属材料板材。本发明的铜合金层以铋、铜包石墨和磷酸氢锆为减摩元素，铋作为软金属，具有一定的润滑功能，铜包石墨能够保证石墨与合金基体的结合以及在烧结过程中的稳定性，使其在后续摩擦过程中正常发挥减摩的作用。同时，磷酸氢锆的片层状结构，也易于滑移，形成润滑膜，起到减摩的作用，它们的协同作用能够有效降低摩擦因数。本发明制备工艺简单，尤其是混粉简便，混粉时间较短，原料不必进行其它处理，可控性好，成本低廉，适用于工业批量生产。
Description
技术领域
本专利申请涉及金属材料技术领域，特别是涉及一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法。
背景技术
传统的铜铅双金属板材由于其承载能力大、减摩性和导热性好等优点，被广泛制造滑动轴承等摩擦材料应用于航空航天、汽车和船舶等领域。然而，近些年，人们对绿色、环保、健康的要求愈发限制了铅的应用。因而，诸如铋等各种替代固体润滑材料应运而生，其具有一定的减摩抗咬合性。然而，铋是一种脆性金属，延展性差，摩擦过程中容易从表面剥落，导致摩擦稳定性和抗粘着作用变差；而石墨则更适用于大气环境下，且与铜基体的界面湿润性差，结合不牢固。因此，可以通过在石墨上镀铜来改善石墨与铜基体的结合，同时保护石墨在烧结时的稳定性。
此外，对于替代传统含铅双金属板材的方法上，大家广泛聚焦于板材的减摩抗咬合性能，忽视了板材的承载能力。传统的含铅双金属，如CuSn10Pb10，承载PV极限在13MPa·m/s左右，而CuSn10Bi3的PV极限仅为7MPa·m/s左右，约为铜铅合金的一半。较低的PV极限限制了铜铋双金属的应用场景。为此，我们提出一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利申请的目的在于提供一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，解决上述现有技术的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，将粉体混合物通过一烧、一轧、二烧、二轧在低碳钢钢背表面烧结形成钢基合金减摩层，形成双金属材料板材。
进一步的，具体包括如下步骤：
S1、一烧：将铺设好粉体混合物的低碳钢板材放入传送钢带上进行烧结，得到板材毛坯；
S2、一轧：对一烧后的板材进行轧制，轧制量为一烧后板材毛坯厚度的5-15％，通过多次轧制达到轧制量；
S3、二烧：将一轧后的板材毛坯放入传送钢带上进行烧结，得到修整板材；
S4、二轧：对二烧后的板材进行轧制，轧制量为二烧后修整板材厚度的3-7％，通过多次轧制达到轧制量，得到表面光洁的双金属材料板材。
进一步的，所述步骤S1和S3中的烧结均是在氨分解气氛保护网带炉内进行。
进一步的，所述步骤S1中的烧结温度为810-840℃，烧结频率为25-35Hz，烧结时间为50-70min。
进一步的，所述步骤S3中的烧结温度为800-830℃，烧结频率为25-35Hz，烧结时间为50-70min。
进一步的，所述粉体混合物是由以下组分按质量百分比构成：
铜锡铋预合金粉90％-98％；
铜包石墨1％-5％；
磷酸氢锆1％-5％。
进一步的，所述铜锡铋预合金粉中，铋占铜锡铋预合金粉总质量的1-3％，锡占铜锡铋预合金粉总质量的5-11％，余量为铜；
所述铜包石墨中的铜含量占铜包石墨总质量的18-22％。
进一步的，所述磷酸氢锆为3250目粉末，铜锡铋预合金粉和铜包石墨为150目粉末。
进一步的，所述粉体混合物在步骤S1前需经配粉和混粉，然后在低碳钢钢背上进行铺粉。
进一步的，所述粉体混合物的配粉、混粉和铺粉方法具体如下：
配粉：按质量比将铜锡铋预合金粉、铜包石墨粉和磷酸氢锆粉混合成粉体混合物；
混粉：使用双锥混粉机将上述粉体混合物搅拌均匀，混粉机频率30-60r/min，混合0.5-1.5h；
铺粉：使用铺粉机将混合均匀的粉体混合物粉末铺设到低碳钢钢背上，其中，低碳钢的厚度为2.08-2.14mm，粉体混合物的铺设厚度为1.0-1.1mm，铺粉机的上部传送带的频率为40-60Hz、下部传送带的频率为10-20Hz。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明的铜合金层以铋、铜包石墨和磷酸氢锆为减摩元素，铋作为软金属，具有一定的润滑功能，铜包石墨能够保证石墨与合金基体的结合以及在烧结过程中的稳定性，使其在后续摩擦过程中正常发挥减摩的作用。同时，磷酸氢锆的片层状结构，也易于滑移，形成润滑膜，起到减摩的作用，它们的协同作用能够有效降低摩擦因数。
二、同时，石墨和磷酸氢锆本身具有一定的承载能力，铜包石墨能够很好的与铜合金结合，不至于在摩擦中快速脱落，磷酸氢锆选择无镀层的更细小的样品，目的是使其更易于转移到摩擦副之间，阻止摩擦副的直接接触，提供减摩性和提高摩擦稳定性。石墨和磷酸氢锆共同作用提升材料的减摩性和承载能力。
三、传统含铅双金属CuSn10Pb10，承载PV极限在13MPa·m/s左右，而CuSn10Bi3的PV极限仅为7MPa·m/s左右，约为铜铅合金的一半。而本发明在铜锡铋预合金粉中添加一定量的铜包石墨和磷酸氢锆后，材料的PV极限提高到13MPa·m/s左右，显著大于铜铋合金，几乎提升了一倍，与含铅双金属极限PV相近，提高了材料的应用范围。
四、本发明制备工艺简单，尤其是混粉简便，混粉时间较短，原料不必进行其它处理，可控性好，成本低廉，适用于工业批量生产。
附图说明
图1-3为本发明对比例三组含铅双金属CuSn10Pb10定速定载浸油润滑试验曲线图；
图4-6为本发明对比例三组含铅双金属CuSn10Pb10逐级加载油循环试验曲线图；
图7-9为本发明对比例三组含铅双金属CuSn10Bi3定速定载浸油润滑试验曲线图；
图10-12为本发明对比例三组含铅双金属CuSn10Bi3逐级加载油循环试验曲线图；
图13为本发明实施例1制得的双金属材料板材的定速定载浸油润滑试验曲线图；
图14为本发明实施例2制得的双金属材料板材的定速定载浸油润滑试验曲线图；
图15为本发明实施例3制得的双金属材料板材的定速定载浸油润滑试验曲线图；
图16为本发明实施例1制得的双金属材料板材的逐级加载油循环试验曲线图；
图17为本发明实施例2制得的双金属材料板材的逐级加载油循环试验曲线图；
图18为本发明实施例3制得的双金属材料板材的逐级加载油循环试验曲线图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本专利申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利申请的其他优点与功效。本专利申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1-18，本发明提供如下技术方案：
一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，将粉体混合物通过一烧、一轧、二烧、二轧在低碳钢钢背表面烧结形成钢基合金减摩层，形成双金属材料板材，具体包括如下步骤：
S1、一烧：将铺设好粉体混合物的低碳钢板材放入传送钢带上进行烧结，得到板材毛坯；
S2、一轧：对一烧后的板材进行轧制，轧制量为一烧后板材毛坯厚度的5-15％，通过多次轧制达到轧制量；
S3、二烧：将一轧后的板材毛坯放入传送钢带上进行烧结，得到修整板材；
S4、二轧：对二烧后的板材进行轧制，轧制量为二烧后修整板材厚度的3-7％，通过多次轧制达到轧制量，得到表面光洁的双金属材料板材。
步骤S1和S3中的烧结均是在氨分解气氛保护网带炉内进行，步骤S1中的烧结温度为810-840℃，烧结频率为25-35Hz，烧结时间为50-70min，步骤S3中的烧结温度为800-830℃，烧结频率为25-35Hz，烧结时间为50-70min。
粉体混合物是由以下组分按质量百分比构成：
铜锡铋预合金粉90％-98％；
铜包石墨1％-5％；
磷酸氢锆1％-5％。
铜锡铋预合金粉中，铋占铜锡铋预合金粉总质量的1-3％，锡占铜锡铋预合金粉总质量的5-11％，余量为铜；铜包石墨中的铜含量占铜包石墨总质量的18-22％；磷酸氢锆为3250目粉末，铜锡铋预合金粉和铜包石墨为150目粉末。
粉体混合物在步骤S1前需经配粉和混粉，然后在低碳钢钢背上进行铺粉，粉体混合物的配粉、混粉和铺粉方法具体如下：
配粉：按质量比将铜锡铋预合金粉、铜包石墨粉和磷酸氢锆粉混合成粉体混合物；
混粉：使用双锥混粉机将上述粉体混合物搅拌均匀，混粉机频率30-60r/min，混合0.5-1.5h；
铺粉：使用铺粉机将混合均匀的粉体混合物粉末铺设到低碳钢钢背上，其中，低碳钢的厚度为2.08-2.14mm，粉体混合物的铺设厚度为1.0-1.1mm，铺粉机的上部传送带的频率为40-60Hz、下部传送带的频率为10-20Hz。
实施例1
一种高承载减摩无铅双金属材料板材，其包括低碳钢和烧结在低碳钢钢背上的铜基合金减摩层组成；铜基合金以铜锡铋预合金粉为基体，在其中添加铜包石墨和磷酸氢锆，各组分按质量百分比构成为：铜锡铋预合金粉90％，铜包石墨5％，磷酸氢锆5％；其中，铜包石墨中的铜含量占铜包石墨总质量的18％，其中，磷酸氢锆粉末为3250目，其余粉末目数都为150目；
双金属材料板材制作方法主要包括配粉、混粉，铺粉，一烧，一轧，二烧，二轧；
配粉：按质量比将铜锡铋预合金粉、铜包石墨粉和磷酸氢锆粉混合成粉体混合物；
混粉：采用双锥混粉机将上述混合物搅拌均匀，混粉机频率30r/min，混合0.5h；
铺粉：使用铺粉机将混合均匀的粉体混合物粉末铺设到低碳钢钢背上，其中，低碳钢的厚度为2.08mm，粉体混合物的铺设厚度为1.0mm，铺粉机的上部传送带的频率为40Hz、下部传送带的频率为10Hz；
一烧：烧结采用氨分解气氛保护网带炉进行，将铺设好的板材放入到传送钢带上，一次烧结温度为810℃，烧结频率为25Hz，烧结时间为50min；
一轧：对一烧后板材进行轧制，轧制量为一烧后板材厚度的5％，通过多次轧制达到轧制量；
二烧：烧结采用氨分解气氛保护网带炉进行，将一烧后的板材放入到传送钢带上，二次烧结温度为800℃，烧结频率为25Hz，烧结时间为50min；
二轧：对二烧后板材进行轧制，轧制量为二烧后板材厚度的3％，通过多次轧制达到轧制量后即可获得表面光洁的双金属板材。
实施例2
一种高承载减摩无铅双金属材料板材，其包括低碳钢和烧结在低碳钢钢背上的铜基合金减摩层组成；铜基合金以铜锡铋预合金粉为基体，在其中添加铜包石墨和磷酸氢锆，各组分按质量百分比构成为：铜锡铋预合金粉95％，铜包石墨3％，磷酸氢锆2％；其中，铜包石墨中的铜含量占铜包石墨总质量的20％，其中，磷酸氢锆粉末为3250目，其余粉末目数都为150目；
双金属材料板材制作方法主要包括配粉、混粉，铺粉，一烧，一轧，二烧，二轧；
配粉：按质量比将铜锡铋预合金粉、铜包石墨粉和磷酸氢锆粉混合成粉体混合物；
混粉：采用双锥混粉机将上述混合物搅拌均匀，混粉机频率45r/min，混合1.0h；
铺粉：使用铺粉机将混合均匀的粉体混合物粉末铺设到低碳钢钢背上，其中，低碳钢的厚度为2.11mm，粉体混合物的铺设厚度为1.05mm，铺粉机的上部传送带的频率为50Hz、下部传送带的频率为15Hz；
一烧：烧结采用氨分解气氛保护网带炉进行，将铺设好的板材放入到传送钢带上，一次烧结温度为825℃，烧结频率为30Hz，烧结时间为60min；
一轧：对一烧后板材进行轧制，轧制量为一烧后板材厚度的10％，通过多次轧制达到轧制量；
二烧：烧结采用氨分解气氛保护网带炉进行，将一烧后的板材放入到传送钢带上，二次烧结温度为815℃，烧结频率为30Hz，烧结时间为60min；
二轧：对二烧后板材进行轧制，轧制量为二烧后板材厚度的5％，通过多次轧制达到轧制量后即可获得表面光洁的双金属板材。
实施例3
一种高承载减摩无铅双金属材料板材，其包括低碳钢和烧结在低碳钢钢背上的铜基合金减摩层组成；铜基合金以铜锡铋预合金粉为基体，在其中添加铜包石墨和磷酸氢锆，各组分按质量百分比构成为：铜锡铋预合金粉98％，铜包石墨1％，磷酸氢锆1％；其中，铜包石墨中的铜含量占铜包石墨总质量的22％，其中，磷酸氢锆粉末为3250目，其余粉末目数都为150目；
双金属材料板材制作方法主要包括配粉、混粉，铺粉，一烧，一轧，二烧，二轧；
配粉：按质量比将铜锡铋预合金粉、铜包石墨粉和磷酸氢锆粉混合成粉体混合物；
混粉：采用双锥混粉机将上述混合物搅拌均匀，混粉机频率60r/min，混合1.5h；
铺粉：使用铺粉机将混合均匀的粉体混合物粉末铺设到低碳钢钢背上，其中，低碳钢的厚度为2.14mm，粉体混合物的铺设厚度为1.1mm，铺粉机的上部传送带的频率为60Hz、下部传送带的频率为20Hz；
一烧：烧结采用氨分解气氛保护网带炉进行，将铺设好的板材放入到传送钢带上，一次烧结温度为840℃，烧结频率为35Hz，烧结时间为70min；
一轧：对一烧后板材进行轧制，轧制量为一烧后板材厚度的15％，通过多次轧制达到轧制量；
二烧：烧结采用氨分解气氛保护网带炉进行，将一烧后的板材放入到传送钢带上，二次烧结温度为830℃，烧结频率为35Hz，烧结时间为70min；
二轧：对二烧后板材进行轧制，轧制量为二烧后板材厚度的7％，通过多次轧制达到轧制量后即可获得表面光洁的双金属板材。
为了体现本发明制得的双金属材料的高承载减摩性能，做出如下摩擦试验。
摩擦试验条件：
一、摩擦因数的获取：采用HDM-20端面摩擦磨损试验机进行定速定载浸油润滑试验，载荷为3.5MPa，线速度为0.4m/s，浸油3小时后取摩擦因数平均值。
二、极限PV值的获取：采用HDM-20端面摩擦磨损试验机进行逐级加载油循环试验，线速度为1m/s，初级载荷1MPa，跑合5分钟，跑合完成后每5分钟加载1MPa。极限PV中的载荷取试验结束前的前一级载荷。
两试验都直至出现下列情况之一，试验终止。
1、扭矩到达5N·m或机器出现异常声响或震动；
2、时间达到180min，温度达到180℃。
以CuSn10Pb10、CuSn10Bi3材料制得的两种板材作为对比例，实施例1-3制得的双金属材料板材为试验例，在上述摩擦试验条件下进行试验，每个对比例选取三个板材分别进行试验。
传统的含铅双金属CuSn10Pb10的结果如图1-6所示，图1-3为三组含铅双金属CuSn10Pb10定速定载浸油润滑试验曲线图，由图1-3可知，三组含铅双金属CuSn10Pb10的平均摩擦因数分别为0.058、0.063、0.049，图4-6为三组含铅双金属CuSn10Pb10逐级加载油循环试验曲线图，三组含铅双金属CuSn10Pb10的极限PV值分别为10MPa·m/s、14MPa·m/s、14MPa·m/s。
传统的含铅双金属CuSn10Bi3的结果如图7-12所示，图7-9为三组含铅双金属CuSn10Bi3定速定载浸油润滑试验曲线图，由图7-9可知，三组含铅双金属CuSn10Bi3的平均摩擦因数分别为0.086、0.078、0.074，图10-12为三组含铅双金属CuSn10Pb10逐级加载油循环试验曲线图，由图10-12可知，三组含铅双金属CuSn10Pb10的极限PV值分别为5MPa·m/s、8MPa·m/s、8MPa·m/s。
本发明实施例1-3制得的双金属板材的结果如图13-18所示，图13-15为本发明实施例1-3的定速定载浸油润滑试验曲线图，由图13-15可知，本发明实施例1-3的平均摩擦因数分别为0.032、0.041、0.051，图16-18为本发明实施例1-3的逐级加载油循环试验曲线图，由图16-18可知，本发明实施例1-3的极限PV值分别为13MPa·m/s、13MPa·m/s、14MPa·m/s。
根据图1-18的曲线图得出如下表1所示结果。
表1摩擦因数和平均极限PV值
从表1试验结果可知，传统的含铅双金属CuSn10Pb10，端面油润滑摩擦因数在0.04-0.07，而CuSn10Bi3的端面油润滑摩擦因数在0.07-0.09；本发明材料的摩擦因数在0.03-0.06；传统含铅双金属CuSn10Pb10，承载PV极限在13MPa·m/s左右，而CuSn10Bi3的PV极限仅为7MPa·m/s左右，约为铜铅合金的一半。而本发明在铜锡铋预合金粉中添加一定量的铜包石墨和磷酸氢锆后，材料的PV极限提高到13MPa·m/s左右，显著大于铜铋合金，几乎提升了一倍，与含铅双金属极限PV相近，提高了材料的应用范围。
本发明的铜合金层以铋、铜包石墨和磷酸氢锆为减摩元素，铋作为软金属，具有一定的润滑功能，铜包石墨能够保证石墨在烧结过程中的稳定性，使其在后续摩擦过程中正常发挥减摩的作用。同时，磷酸氢锆的片层状结构，也易于滑移，形成润滑膜，起到减摩的作用，它们的协同作用能够有效降低摩擦因数。传统的含铅双金属，如CuSn10Pb10，端面油润滑摩擦因数在0.04-0.07，而CuSn10Bi3的端面油润滑摩擦因数在0.07-0.09。本发明材料的摩擦因数在0.03-0.06；同时，石墨和磷酸氢锆本身具有一定的承载能力，铜包石墨能够很好的与铜合金结合，不至于在摩擦中快速脱落，磷酸氢锆选择无镀层的更细小的样品，目的是使其更易于转移到摩擦副之间，阻止摩擦副的直接接触，提供减摩性和提高摩擦稳定性。石墨和磷酸氢锆共同作用提升材料的减摩性和承载能力。传统含铅双金属CuSn10Pb10，承载PV极限在13MPa·m/s左右，而CuSn10Bi3的PV极限仅为7MPa·m/s左右，约为铜铅合金的一半。而本发明在铜锡铋预合金粉中添加一定量的铜包石墨和磷酸氢锆后，材料的PV极限提高到13MPa·m/s左右，显著大于铜铋合金，几乎提升了一倍，与含铅双金属极限PV相近，提高了材料的应用范围。
与其它技术方案相比，本发明制备工艺简单，尤其是混粉简便，混粉时间较短，原料不必进行其它处理，可控性好，成本低廉，适用于工业批量生产。
上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利申请的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于：将粉体混合物通过一烧、一轧、二烧、二轧在低碳钢钢背表面烧结形成钢基合金减摩层，形成双金属材料板材。
2.根据权利要求1所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、一烧：将铺设好粉体混合物的低碳钢板材放入传送钢带上进行烧结，得到板材毛坯；
S2、一轧：对一烧后的板材进行轧制，轧制量为一烧后板材毛坯厚度的5-15％，通过多次轧制达到轧制量；
S3、二烧：将一轧后的板材毛坯放入传送钢带上进行烧结，得到修整板材；
S4、二轧：对二烧后的板材进行轧制，轧制量为二烧后修整板材厚度的3-7％，通过多次轧制达到轧制量，得到表面光洁的双金属材料板材。
3.根据权利要求2所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1和S3中的烧结均是在氨分解气氛保护网带炉内进行。
4.根据权利要求3所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的烧结温度为810-840℃，烧结频率为25-35Hz，烧结时间为50-70min。
5.根据权利要求3所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的烧结温度为800-830℃，烧结频率为25-35Hz，烧结时间为50-70min。
6.根据权利要求2所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于，所述粉体混合物是由以下组分按质量百分比构成：
铜锡铋预合金粉90％-98％；
铜包石墨1％-5％；
磷酸氢锆1％-5％。
7.根据权利要求6所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于：所述铜锡铋预合金粉中，铋占铜锡铋预合金粉总质量的1-3％，锡占铜锡铋预合金粉总质量的5-11％，余量为铜；
所述铜包石墨中的铜含量占铜包石墨总质量的18-22％。
8.根据权利要求6所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于：所述磷酸氢锆为3250目粉末，铜锡铋预合金粉和铜包石墨为150目粉末。
9.根据权利要求6所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于：所述粉体混合物在步骤S1前需经配粉和混粉，然后在低碳钢钢背上进行铺粉。
10.根据权利要求9所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于：所述粉体混合物的配粉、混粉和铺粉方法具体如下：
配粉：按质量比将铜锡铋预合金粉、铜包石墨粉和磷酸氢锆粉混合成粉体混合物；
混粉：使用双锥混粉机将上述粉体混合物搅拌均匀，混粉机频率30-60r/min，混合0.5-1.5h；
铺粉：使用铺粉机将混合均匀的粉体混合物粉末铺设到低碳钢钢背上，其中，低碳钢的厚度为2.08-2.14mm，粉体混合物的铺设厚度为1.0-1.1mm，铺粉机的上部传送带的频率为40-60Hz、下部传送带的频率为10-20Hz。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5093207A (en) * | 1988-04-23 | 1992-03-03 | Glyco Aktiengesellschaft | Laminate material or laminate workpiece with a functional layer, especially a friction bearing layer, disposed on a backing layer |
| CN1641237A (zh) * | 2004-01-12 | 2005-07-20 | 合肥波林新材料有限公司 | 铜基高温自润滑复合材料 |
| JP2009001850A (ja) * | 2007-06-20 | 2009-01-08 | Hitachi Cable Ltd | 銅合金材料 |
| CN101576118A (zh) * | 2009-06-15 | 2009-11-11 | 合肥工业大学 | 无铅铜基滑动轴承材料及其制备方法 |
| WO2015147937A2 (en) * | 2013-12-23 | 2015-10-01 | The Texas A&M University System | Nanosheet compositions and their use in lubricants and polishing slurries |
| WO2016208839A1 (ko) * | 2015-06-24 | 2016-12-29 | (주)창성 | 구리-탄소결합분말 및 이를 이용하여 제조되는 압분체 및 슬라이드재 |
| CN106756214A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-05-31 | 荣成远海滑动轴承有限公司 | 一种减摩铜基双金属轴承材料及其制作方法 |
| CN112608783A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-06 | 合肥波林新材料股份有限公司 | 一种三层复合自润滑材料及其制备方法 |
-
2021
- 2021-08-19 CN CN202110955511.9A patent/CN113695578A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5093207A (en) * | 1988-04-23 | 1992-03-03 | Glyco Aktiengesellschaft | Laminate material or laminate workpiece with a functional layer, especially a friction bearing layer, disposed on a backing layer |
| CN1641237A (zh) * | 2004-01-12 | 2005-07-20 | 合肥波林新材料有限公司 | 铜基高温自润滑复合材料 |
| JP2009001850A (ja) * | 2007-06-20 | 2009-01-08 | Hitachi Cable Ltd | 銅合金材料 |
| CN101576118A (zh) * | 2009-06-15 | 2009-11-11 | 合肥工业大学 | 无铅铜基滑动轴承材料及其制备方法 |
| WO2015147937A2 (en) * | 2013-12-23 | 2015-10-01 | The Texas A&M University System | Nanosheet compositions and their use in lubricants and polishing slurries |
| WO2016208839A1 (ko) * | 2015-06-24 | 2016-12-29 | (주)창성 | 구리-탄소결합분말 및 이를 이용하여 제조되는 압분체 및 슬라이드재 |
| CN106756214A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-05-31 | 荣成远海滑动轴承有限公司 | 一种减摩铜基双金属轴承材料及其制作方法 |
| CN112608783A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-06 | 合肥波林新材料股份有限公司 | 一种三层复合自润滑材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 代莹静等: "层状磷酸锆固体润滑特性的研究进展", 《太原理工大学学报》 * |
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