CN117086312A - 一种Fe-Cu系含油轴承及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Fe‑Cu系含油轴承及其制备方法，涉及含油轴承的技术领域。一种Fe‑Cu系含油轴承的制备方法，包括以下步骤：(1)将Cu粉、掺杂金属元素粉末、NaCl粉末、环氧树脂混合均匀，加入溶剂，搅拌均匀，干燥，得到预混合粉料；(2)往预混合粉料中加入Fe粉，混合均匀，得到混合粉料；(3)将混合粉料压制成形，得到生胚；(4)对生胚进行烧结，得到烧结半成品；(5)将烧结半成品压制整形，得到烧结产品；(6)将烧结产品于真空浸油处理，得到Fe‑Cu系含油轴承。本发明通过调整NaCl粉末的尺寸和数量来控制轴承中“储油孔隙”的尺寸和数量，从而在保证满足要求的强度同时，实现良好的自润滑性能。
Description
技术领域
本发明涉及含油轴承的技术领域，尤其涉及一种Fe-Cu系含油轴承及其制备方法。
背景技术
含油轴承目前主要有铁基、铜基两大类型。相比铜基，铁基含油轴承具备力学性能好，能承受高载荷。且原料粉末便宜等优点，需求量逐步增加。铁基含油轴承常用的材料体系有Fe-石墨、Fe-Cu等。铜加入铁，主要起到减磨作用，此外，可活化烧结过程，提高材料的强度和承载能力。含油轴承要具有良好的自润滑功能，就必须包含两类孔隙。一类为“储油孔隙”，一类为“毛细孔隙”。储油孔隙要粗大，在轴没有运转时，润滑油能大部分储存在此类孔隙中。轴运转时，通过“毛细孔隙”将“储油孔隙中”储存的油输出到轴承摩擦表面。轴停止转动时，将轴承表面的润滑油吸收到储油孔隙内。
目前铁基含油轴承的制备一般为将原料粉末混合均匀，再进行压制烧结和浸油。在Fe-Cu系含油轴承烧结过程中，为了强化基体，烧结温度需超过铜的熔点(1083℃)。铜粉熔化后，由于铜在γ-Fe中的溶解度仅为8％，因此，铜液相大部分会剩余下来，冷却后残留在孔隙中，将孔隙变成孤立封闭的孔隙，造成轴承闭孔率增加，易堵塞连通毛细孔隙，从而降低轴运转时轴承的供油性。此外，铜液相的残留也会导致获得粗大“储油孔隙”的难度，从而影响轴承的自润滑功能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供了一种Fe-Cu系含油轴承及其制备方法。本发明通过调整原材料粉末中NaCl粉末的尺寸和数量来控制轴承中“储油孔隙”的尺寸和数量，从而在保证满足要求的强度同时，实现良好的自润滑性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种Fe-Cu系含油轴承的制备方法，包括以下步骤：
(1)将Cu粉、掺杂金属元素粉末、NaCl粉末以及环氧树脂混合均匀，然后加入溶剂，搅拌均匀，干燥，得到预混合粉料，所述NaCl粉末的重量为Cu粉和掺杂金属元素粉末总重量的1.5-2.5倍，所述NaCl粉末的粒径为-150+325目，所述掺杂金属元素粉末包括锡粉、铬粉中的至少一种；
(2)往预混合粉料中加入Fe粉，混合均匀，得到混合粉料；
(3)将混合粉料压制成形，得到生胚；
(4)然后对生胚进行烧结，烧结温度为920-950℃，保温时间为0.5-1h，得到烧结半成品；
(5)将烧结半成品压制整形，得到烧结产品；
(6)将烧结产品于真空浸油处理，即得到Fe-Cu系含油轴承。
本发明的原理是：NaCl粉末熔化后，残留的空间即构成了“储油孔隙”，构建了一个由粗大NaCl粉末熔化形成孔隙和在其周边形成的毛细孔隙的连通孔隙网络，从而使烧结含油轴承具备既能储存油又能通过毛细孔隙给摩擦表面供油的良好自润滑功能，从而具有优异的保油性和供油性。增强基体的掺杂金属元素粉末均匀包覆在NaCl粉末表面，在升温过程中与Fe粉接触面积大，可有效扩散固溶于Fe粉，从而增大基体的强度和硬度。
在烧结过程中，NaCl粉末在801℃熔化，均匀包覆在NaCl表面的金属粉末在烧结过程中跟铁粉发生扩散合金化，从而增加轴承基体的强度和硬度。烧结时间和烧结温度均会对含油轴承的性能产生影响，若烧结温度太高，轴承致密度提高，孔隙率降低。若烧结温度太低，烧结不充分，导致含油轴承的强度下降。若烧结时间太长，则会出现过烧现象，并且增加能耗，若烧结时间太短，容易影响含油轴承的性能。因此，将烧结温度和烧结时间控制在本发明的范围内，使得含油轴承具有良好的供油性和保油性，同时，能够达到含油轴承使用所要求的强度。
在本发明中，环氧树脂用于造粒中的胶黏，可以更好地将细小的粉包覆在粗粉表面。
优选地，所述步骤(1)中NaCl粉末的重量为Cu粉和掺杂金属元素粉末总重量的2倍。
优选地，所述步骤(1)中NaCl粉末的粒径为-150+200目。
本发明控制NaCl粉末的粒径在上述范围内，能很好地控制含油轴承中“储油孔隙”的孔隙大小，使轴承内部“储油孔隙”储满润滑油，进一步提高含油轴承的供油性和保油性，使得含油轴承具有较高的强度的同时，实现良好的自润滑性能。
优选地，所述步骤(1)中Cu粉占含油轴承的重量百分比为5-15％，所述掺杂金属元素粉末占含油轴承的重量百分比为1-2％。
优选地，所述步骤(1)中环氧树脂的重量为Cu粉和元素粉末总重量的1-1.5％。
优选地，所述步骤(1)中Cu粉的粒径为-500目。
本发明将Cu粉的粒径控制在上述范围内，使Cu粉能够很好地包覆在NaCl粉末的表面，并提高扩散固溶速度，进而提高含油轴承的减磨效果，有利于降低含油轴承的表面摩擦系数。
优选地，所述步骤(1)中掺杂金属元素粉末的粒径为-500目。
本发明将掺杂金属元素粉末的粒径控制在上述范围内，使得掺杂金属元素粉末能很好地包覆在NaCl粉末的表面，并提高扩散固溶速度，从而使得含油轴承的强度得到进一步提高。
优选地，所述步骤(1)中环氧树脂的粒径为-600目。
优选地，所述步骤(1)中溶剂为丙酮。
优选地，所述步骤(2)中Fe粉的粒径为-100+200目。
优选地，所述步骤(2)中还加入有粘结剂，所述粘结剂的重量为Cu粉、Fe粉以及掺杂金属元素粉末总重量的0.5-1％。优选地，所述粘结剂为硬脂酸锌、微粉蜡中的至少一种。
在本发明中，粘结剂起润滑的作用，使得粉末之间更好地压制成型。
第二方面，本发明提供了一种由上述方法制得的Fe-Cu系含油轴承。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在Fe-Cu-X系含油轴承中添加特定比例和粒径范围的NaCl粉末，先通过造粒使Cu粉和增强基体性能的掺杂金属元素粉末X(如锡粉、铬粉)包裹在NaCl粉末的表面，再和铁粉混合均匀。通过调整NaCl粉末的尺寸和数量来控制轴承中“储油孔隙”的尺寸和数量，从而在保证满足要求的强度同时，实现良好的自润滑性能。
附图说明
图1是本发明中实施例1中Fe-Cu系含油轴承的金相显微照片。
图2是本发明中对比例7中Fe-Cu系含油轴承的金相显微照片。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。
下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径获得的试剂和材料。
实施例1
本实施例公开一种Fe-Cu系含油轴承的制备方法，包括以下步骤：
(1)将环氧树脂粉末和Cu粉、锡粉、NaCl粉末在V形混料机中混合均匀，倒入丙酮，环氧树脂溶于丙酮，可以将粒径小的Cu粉和锡粉粘结包覆在较粗的NaCl粉末的表面，搅拌均匀后放置干燥，然后在振筛机上振动筛分得到-60目的预混合粉料；
含油轴承中，Cu粉的重量百分比为5％，锡粉的重量百分比为1％，环氧树脂的重量为Cu粉和锡粉总重量的1％，环氧树脂的粒径为-600目，NaCl粉末的重量为Cu粉和锡粉总重量的1.5倍；NaCl粉末的粒径为-150+325目；
(2)将造粒得到的预混合粉料与Fe粉、硬脂酸锌在V形混料机中混合均匀，得到混合粉料，Fe粉的粒径为-100+150目，硬脂酸锌的重量为Cu粉、Fe粉以及锡粉总重量的0.5％；
(3)将混合粉料在模具中进行压制成形，得到生坯；
(4)在分解氨气氛下，对压制生坯进行烧结，烧结温度为920℃，保温时间为0.5h，得到烧结半成品；
(5)对烧结半成品用压模进行压制整形，得到烧结轴承；
(6)将烧结轴承置于碳氢超声清洗机清洗烘干后放入真空浸油机内进行真空浸油处理，使轴承内部孔隙充满润滑油，即得到Fe-Cu系含油轴承。
实施例2
本实施例公开一种Fe-Cu系含油轴承的制备方法，包括以下步骤：
(1)将环氧树脂粉末和Cu粉、铬粉、NaCl粉末在V形混料机中混合均匀，倒入丙酮，环氧树脂溶于丙酮，可以将粒径小的Cu粉和铬粉粘结包覆在较粗的NaCl粉末的表面，搅拌均匀后放置干燥，然后在振筛机上振动筛分得到-60目的预混合粉料；
含油轴承中，Cu粉的重量百分比为15％，铬粉的重量百分比为2％，环氧树脂的重量为Cu粉和铬粉总重量的1.5％，环氧树脂的粒径为-600目，NaCl粉末的重量为Cu粉和铬粉总重量的2.5倍；NaCl粉末的粒径为-150+325目；
(2)将得到的预混合粉料与Fe粉、微粉蜡在V形混料机中混合均匀，得到混合粉料，Fe粉的粒径为-150+200目，硬脂酸锌的重量为Cu粉、Fe粉以及铬粉总重量的1％；
(3)将混合粉料在模具中进行压制成形，得到生坯；
(4)在分解氨气氛下，对压制生坯进行烧结，烧结温度为950℃，保温时间为1h，得到烧结半成品；
(5)对烧结半成品用压模进行压制整形，得到烧结轴承；
(6)将烧结轴承置于碳氢超声清洗机清洗烘干后放入真空浸油机内进行真空浸油处理，使轴承内部孔隙充满润滑油，即得到Fe-Cu系含油轴承。
实施例3
与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中NaCl粉末的粒径为-150+200目，其他均与实施例1相同。
实施例4
与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中NaCl粉末的粒径为-200+325目，其他均与实施例1相同。
实施例5
与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中Cu粉的粒径为-500目，锡粉的粒径为-400目，其他均与实施例1相同。
实施例6
与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中Cu粉的粒径为-400目，锡粉的粒径为-500目，其他均与实施例1相同。
实施例7
与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中NaCl粉末的重量为Cu粉和掺杂金属元素粉末总重量的2倍，其他均与实施例1相同。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中NaCl粉末的重量等于Cu粉和掺杂金属元素粉末总重量，其他均与实施例1相同。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中NaCl粉末的重量为Cu粉和掺杂金属元素粉末总重量的3倍，其他均与实施例1相同。
对比例3
与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中NaCl粉末的粒径为-100+150目，其他均与实施例1相同。
对比例4
与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中NaCl粉末的粒径为-325+400目，其他均与实施例1相同。
对比例5
与实施例1的不同之处在于，步骤(4)中烧结温度为1100℃，保温时间为1h，其他均与实施例1相同。
对比例6
与实施例1的不同之处在于，步骤(4)中烧结温度为850℃，保温时间为3h，其他均与实施例1相同。
对比例7
与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中无添加NaCl粉末，无造粒工艺。其他均与实施例1相同。
性能检测实验：
含油轴承的保油性优劣可测量其在高温保温一段时间后油量损失率，油量损失率大，反映其保油性相对差。测量上述实施例以及对比例所制备得到的含油轴承浸油前后重量，浸油后在80℃环境下烘24小时，冷却24小时后取出，测试烘干后重量。油量损失率n＝单个轴承损失油量/单个轴承浸油总量。测量30个轴承样品，取其平均值。
摩擦系数：在ZRH-5型环块摩擦磨损试验机上测量烧结含油轴承的摩擦系数，对磨时间为20分钟，转速为200r/min，压力为50N。测量30个轴承样品，取其平均值。
压溃强度：采用压溃测试仪，将烧结样品放置在试验台上，施加压力，记录轴承被压扁时的压力，并计算出相应压溃强度。每组实施例或对比例各检测30个烧结含油轴承的压溃强度，并计算样品压溃强度平均值，
表1产品的性能检测结果
| 检测项目 | 油量损失率n | 摩擦系数 | 压溃强度(MPa) |
| 实施例1 | 8.1％ | 0.37 | 378 |
| 实施例2 | 9.0％ | 0.26 | 417 |
| 实施例3 | 7.9％ | 0.34 | 365 |
| 实施例4 | 8.3％ | 0.39 | 388 |
| 实施例5 | 8.2％ | 0.39 | 364 |
| 实施例6 | 8.4％ | 0.43 | 362 |
| 实施例7 | 7.8％ | 0.40 | 352 |
| 对比例1 | 13.6％ | 0.51 | 465 |
| 对比例2 | 7.8％ | 0.48 | 329 |
| 对比例3 | 7.7％ | 0.41 | 306 |
| 对比例4 | 14.3％ | 0.53 | 428 |
| 对比例5 | 12.6％ | 0.58 | 439 |
| 对比例6 | 8.5％ | 0.46 | 337 |
| 对比例7 | 16.8％ | 0.58 | 486 |
根据表1中对比例1-2分别与实施例1对比可得，对比例1中NaCl粉末的用量等于Cu粉和掺杂金属元素粉末总重量，对比例1中含油轴承的压溃强度虽然大于实施例1，但是对比例1中含油轴承的油量损失率高于实施例1，摩擦系数也高于实施例1，说明NaCl粉末的用量太少会影响含油轴承的保油性和自润滑性能。同理，对比例2中NaCl粉末的用量高于Cu粉和掺杂金属元素粉末总重量，对比例2中虽然含油轴承的油量损失率低于实施例1，但是对比例2中压溃强度低于实施例1，摩擦系数也高于实施例1，说明NaCl粉末的用量太多会影响含油轴承的强度和自润滑性能。因此，在本申请中，控制NaCl粉末的用量在一定的范围内，能够使得含油轴承在保证满足要求的强度的同时，实现良好的自润滑性能。
根据表1中对比例3-4分别与实施例1对比可得，对比例3中NaCl粉末的粒径太大，虽然对比例3中含油轴承的油量损失率低于实施例1，但是对比例3中含油轴承的强度低于实施例1，说明NaCl粉末的粒径太大，使得含油轴承内的粗大孔隙过大，进而影响含油轴承的强度。同理，对比例4中NaCl粉末的粒径太小，虽然对比例4中含油轴承的强度大于实施例1，但是对比例4中含油轴承的油量损失率高于实施例1，说明NaCl粉末的粒径太小，使得含油轴承中“储油孔隙”的孔隙过小，不能很好地使轴承内部“储油孔隙”储满润滑油，进而影响含油轴承的供油性和保油性。因此，本发明控制NaCl粉末粒径在一定范围内，能很好地调整含油轴承中“储油孔隙”的大小，使得含油轴承具有较高的强度的同时，实现良好的自润滑性能。
根据表1中对比例5-6分别与实施例1对比可得，对比例5中烧结温度太高，含油轴承的油量损失率高于实施例1，这是由于烧结温度太高，轴承致密度提高，使得孔隙率降低；对比例6中烧结温度太低，含油轴承的压溃强度低于实施例1，这是由于烧结不充分，导致含油轴承的强度下降。因此，本发明将烧结温度控制在一定的范围内，使得含油轴承具有良好的供油性和保油性，同时，能够达到含油轴承使用所要求的强度。
根据表1中对比例7与实施例1对比可得，对比例7中没有加入NaCl粉末，对比例7中含油轴承的油量损失率远大于实施例1，摩擦系数高于实施例1，说明不加入NaCl粉末，含油轴承中的孔隙大小均匀，没有形成粗大的孔隙(如图2所示)，不能很好地储存油，进而导致含油轴承的保油性较差。
综上所述，根据表1中实施例1-7可知，本发明中，Fe-Cu系含油轴承中构建了一个经NaCl粉末熔化形成粗大孔隙和在其周边形成的毛细孔隙的连通孔隙网络(如图1所示)，其油量损失率小，即在与轴摩擦过程中，保油性好。同时，由于其自润滑性能好，储存在大孔隙的油能通过毛细孔隙输送到轴承表面，摩擦系数更低。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种Fe-Cu系含油轴承的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将Cu粉、掺杂金属元素粉末、NaCl粉末以及环氧树脂混合均匀，然后加入溶剂，搅拌均匀，干燥，得到预混合粉料，所述NaCl粉末的重量为Cu粉和掺杂金属元素粉末总重量的1.5-2.5倍，所述NaCl粉末的粒径为-150+325目，所述掺杂金属元素粉末包括锡粉、铬粉中的至少一种；
(2)往预混合粉料中加入Fe粉，混合均匀，得到混合粉料；
(3)将混合粉料压制成形，得到生胚；
(4)然后对生胚进行烧结，烧结温度为920-950℃，保温时间为0.5-1h，得到烧结半成品；
(5)将烧结半成品压制整形，得到烧结产品；
(6)将烧结产品于真空浸油处理，即得到Fe-Cu系含油轴承。
2.如权利要求1所述的Fe-Cu系含油轴承的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中NaCl粉末的重量为Cu粉和掺杂金属元素粉末总重量的2倍。
3.如权利要求1所述的Fe-Cu系含油轴承的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中NaCl粉末的粒径为-150+200目。
4.如权利要求1所述的Fe-Cu系含油轴承的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中Cu粉占含油轴承的重量百分比为5-15％，所述掺杂金属元素粉末占含油轴承的重量百分比为1-2％。
5.如权利要求1所述的Fe-Cu系含油轴承的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中Cu粉的粒径为-500目。
6.如权利要求1所述的Fe-Cu系含油轴承的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中掺杂金属元素粉末的粒径为-500目。
7.如权利要求1所述的Fe-Cu系含油轴承的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中环氧树脂的粒径为-600目。
8.如权利要求1所述的Fe-Cu系含油轴承的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中Fe粉的粒径为-100+200目。
9.如权利要求1所述的Fe-Cu系含油轴承的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中还加入有粘结剂，所述粘结剂的重量为Cu粉、Fe粉以及掺杂金属元素粉末总重量的0.5-1％。
10.如权利要求1-9任一项所述方法制备所得的Fe-Cu系含油轴承。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310962660.7A CN117086312A (zh) | 2023-08-02 | 2023-08-02 | 一种Fe-Cu系含油轴承及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310962660.7A CN117086312A (zh) | 2023-08-02 | 2023-08-02 | 一种Fe-Cu系含油轴承及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117086312A true CN117086312A (zh) | 2023-11-21 |
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| CN202310962660.7A Pending CN117086312A (zh) | 2023-08-02 | 2023-08-02 | 一种Fe-Cu系含油轴承及其制备方法 |
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2023
- 2023-08-02 CN CN202310962660.7A patent/CN117086312A/zh active Pending
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