CN1367269A

CN1367269A - 一种金属自润滑复合材料

Info

Publication number: CN1367269A
Application number: CN 01141398
Authority: CN
Inventors: 宁莉萍; 简令奇; 王齐华; 杨生荣; 王宏刚; 张国强; 薛群基
Original assignee: Jiashan Zhongda Bearing Co ltd; Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Jiashan Zhongda Bearing Co ltd; Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2002-09-04

Abstract

本发明公开了一种金属自润滑复合材料及其制备方法。其制备过程是将锡青铜、镀铜石墨、锡粉和氧化铅粉按一定比例混合均匀后,用粉末冶金法在镀铜钢背上烧结一层自润滑层。该材料适合于高负荷、长寿命、水蒸汽、水、气体中及－200～400℃高温下使用,主要用于干摩擦或在化学溶液等低粘性流体中使用的轴承材料。

Description

一种金属自润滑复合材料

所属领域

本发明叙述了一种具有低摩擦、高耐磨、高机械强度，适合于高负荷、长寿命、水蒸汽、水、气体中及-200～400℃高温下使用的双金属自润滑复合材料及其制备方法。该类材料主要用于干摩擦或在化学溶液等低粘性流体中使用的轴承材料。

背景技术

粉末冶金制作的石墨-铜基复合材料，因其具有优良的减摩耐磨性能，耐高温、抗氧化和耐腐蚀等，是一类重要的轴承材料。但由于其制作的滑动部件，石墨含量低时，在干摩擦及高温等条件下，滑动摩擦阻力大，温升高，磨损剧烈，甚至抱轴卡死等，即使在水蒸气或水润滑的条件下，摩擦阻力和温升也较高；而石墨含量高时，减摩性能及温升虽得以很大的改善，但机械性能却大大降低，甚至耐磨性也由于材料硬度等性能降低而受到一定的不良影响。航空、航天、武器系统及民用机械在水蒸气、水、气体中及-200～400℃高温条件下所使用的滑动部件，要求轴承材料不仅具有低的摩擦系数、耐磨损等特性，还要有优良的物理、机械性能。而金属自润滑复合材料兼具低摩擦、高耐磨、高机械强度以及节约材料、降低成本、减小轴承占据空间的优势，尤为突出的是其机械强度比粉末冶金材料高的多，甚至可以与结构材料相媲美。另外，由于石墨的强粘附性和高温氧化性，在混料与烧结过程中石墨的损耗很大，再者石墨颗粒对金属基体颗粒的隔离作用和石墨颗粒的团聚对材料强度具有破坏作用，因此，采用了在微细石墨颗粒表面镀铜的方法解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可在水蒸气、水、气体中及-200～400℃高温下使用的，具有低摩擦、高耐磨、高机械强度的金属润滑复合材料及其制备方法。

本发明的复合材料其自润滑层选用锡青铜作为该材料的基体，加入大量的微细镀铜石墨粉和适量的一氧化铅。首先依靠石墨的铜镀层与基体锡青铜间的互溶性，增强了石墨颗粒与锡青铜颗粒间的结合强度，同时缩小了石墨颗粒与锡青铜颗粒间的孔隙，减少了由于石墨团聚造成的材料缺陷，也减小了石墨分布中的锐角造成的应力集中现象；另外由于选取的石墨粉粒度较小，因此增大了石墨粉的表面积，增大了镀铜石墨与基体锡青铜颗粒间的接触面积，当然也增大了镀铜石墨与基体锡青铜的结合强度。因此，相比于石墨-铜基润滑材料，加入相同数量石墨粉的镀铜石墨-铜基润滑材料的强度远远大于前者，并且具有同样优良的减摩性和更高的耐磨性。一氧化铅是良好的固体润滑剂，其摩擦系数在0～400℃的温度范围内，随温度的上升而减少，并在400℃的高温下呈最低值，由于摩擦面上机械化学作用，一氧化铅的分解产物铅也是良好的固体润滑剂；另外，在材料制备过程中，加一氧化铅不会出现表面偏析，即“出汗”现象，而加铅量大时则会出现表面偏析。

一种金属润滑复合材料，材料是在镀铜钢背上烧结自润滑层，其特征在于自润滑层重量百分含量组成为：镀铜石墨4～20％，氧化铅2～8％，锡2～10％，余量为锡青铜。

本发明组分的粒度要求是：锡青铜50～100μm，镀铜石墨10～100μm，氧化铅20～100μm，锡50～100μm。

本发明的制备方法包括以下步骤：(1)按照重量百分含量组成为镀铜石墨粉4～20％，氧化铅粉2～8％，锡粉 2～10％，锡青铜粉余量称取物料混合均匀铺在镀铜钢背上，厚度0.5～10mm，在氢气气氛中，于700～800℃烧结，保温30～60min，冷却。(2)为了将自润滑层烧结到最佳程度强化自润滑层与钢带的结合，对烧结过的金属带材进行冷轧和第二次烧结。通氢气保护进行第二次烧结，烧结温度700～800℃，保温30～60min，冷却。

按上述配方和工艺制得的金属润滑复合材料的摩擦磨损特性如表1、表2所列。

表1 金属润滑复合材料的干摩擦磨损性能

硬度(HB)	试验条件	平均摩擦系数	磨痕(mm)
硬度(HB)	试验条件	平均摩擦系数	磨痕(mm)	50～100	干摩擦	0.25～0.40	4.00～7.50

备注：此实验在MM-200型磨擦磨损试验机下进行，测试条件：负荷200N，转速0.494m/s，时间120min，大气环境。

表2 金属润滑复合材料的水润滑摩擦磨损性能

试验条件	平均摩擦系数	磨痕宽度(mm)
试验条件	平均摩擦系数	磨痕宽度(mm)	水润滑	0.20～0.35	2.5～3.5

备注：此实验在MM-200型磨擦磨损试验机下进行，测试条件：负荷200N，转速0.494m/s，时间120min，有连续水流射入摩擦面上，大气环境。

由表1和表2可看出，该材料具有优异的摩擦磨损性能。按照本发明的配方和工艺过程制作的实用部件可在水蒸气、水、气体中及-200～400℃高温下使用，具有低摩擦、高耐磨、高机械强度性能。

具体实施方式

实施例1：1)按照重量百分含量组成为镀铜石墨粉6.5％，氧化铅粉：4％，锡粉：6％，锡青铜粉余量称取物料混合均匀铺在镀铜钢背上，厚度0.5～10mm，在氢气气氛中，于700～800℃烧结，保温30～60min，冷却。2)通氢气保护，进行第二次烧结，烧结温度700～800℃，保温30～60min，冷却。

使用结果：

用该材料制作的滑动轴承可在干摩擦或在水蒸汽、水、气体中及-200～400℃高温下使用，性能达到或超过同类进口材料，在汽轮机上的试验，完全满足实用要求。

实施例2：

自润滑层重量百分含量组成为镀铜石墨粉8％，氧化铅粉：3％，锡粉：9％，锡青铜粉余量，制备方法同实施例1。

实施例3：

自润滑层重量百分含量组成为镀铜石墨粉10％，氧化铅粉：6％，锡粉：4％，锡青铜粉余量，制备方法同实施例1。

Claims

1、一种金属润滑复合材料，材料是在镀铜钢背上烧结自润滑层其特征在于自润滑层重量百分含量组成为镀铜石墨4～20％，氧化铅2～8％，锡2～10％，余量为锡青铜。

2、如权利要求1所述的材料其特征在于自润滑层组分的粒度为：锡青铜50～100μm，石墨10～100μm，氧化铅20～100μm，锡50～100μm。

3、如权利要求1所述的金属润滑复合材料，该方法包括以下步骤：(1)按照重量百分含量组成为镀铜石墨粉4～20％，氧化铅粉2～8％，锡粉2～10％，锡青铜粉余量称取物料混合均匀铺在镀铜钢背上，厚度0.5～10mm，在氢气气氛中，于700～800℃烧结，保温30～60min，冷却；(2)通氢气保护，进行第二次烧结，烧结温度700～800℃，保温30～60min，冷却。