一種雙金屬自潤滑軸承材料的製造方法
2023-05-28 09:09:26 2
專利名稱：：一種雙金屬自潤滑軸承材料的製造方法
技術領域：
：本發明涉及軸承材料，尤其涉及一種雙金屬自潤滑軸承材料的製造方法。
背景技術：
：雙金屬自潤滑軸承材料是以低碳冷軋鋼板、不鏽鋼板或銅板為基體，以燒結青銅粉為摩擦表面層，且青銅粉層均勻分布固體潤滑劑的自潤滑雙金屬滑動軸承材料。該軸承材料的工作機理是在軸承初期運動時表面銅合金開始出現磨損，固體潤滑劑也從銅合金層中釋放出來，而且由於對磨偶件表面粗糙度的影響而機械地結合在對磨表面上，形成固體潤滑膜。在進一步的相對運動中，固體潤滑劑會源源不斷地向摩擦表面轉移，填補固體潤滑劑的流失。從此雙金屬軸承會在較低的磨損情況下運轉。為了幫助跑和，可以在使用前在軸承表面預塗上一層固體潤滑膜(石墨乳劑)，這樣從一開始就可以具有較低的摩擦係數。另外在小角度往復運動或有異物介入的情況下可將雙金屬軸承加工出各種形狀的清潔槽，以排除和存儲異物或磨屑。該軸承的主要特點是承載能力高、耐磨性能好、摩擦係數低、使用溫度範圍寬、尺寸穩定、結構緊湊等，自1999年研製開發成功以來，已應用於萬家寨、太平驛、棉花灘等國內水力發電廠，主要用在水輪機導水軸套。但是，國內的大型和超大型水輪發電機組中還仍然採用進口的DEVA-BM產品，原因之一是國產的雙金屬自潤滑軸承的摩擦磨損性能、尺寸精度和外觀質量與國外先進產品還有一定差距。因此在原有基礎上研製高性能雙金屬自潤滑滑動軸承的課題具有深遠的意義，符合國家目前"擴內需、調結構、保增長"的大政方針，為民族工業產品提高競爭力，經濟效益和社會效益非常顯著。目前國內製造這種軸承的工藝採取的是用青銅合金粉末(QSnlO-l)與固體潤滑劑石墨進行均勻混合，塗覆於低碳鋼板、不鏽鋼板或青銅板上，在氫氣保護條件下或者真空氣氛下進行燒結，實現與基體材料的冶金結合，然後經過軋制以提高其相對密度，再經退火等一系列過程製成複合材料板材。將該板材通過冷加工製作成各種形狀的滑動軸承零件，如軸套、滑道、抗磨板、球關節軸承等。以上工藝方法的缺點是固體潤滑劑石墨的含量不高，一般不能超過6%。其原因是銅合金粉末的密度遠大於石墨，石墨含量大會造成阻斷銅合金粉末之間的連接，無法燒結在一起。而國外產品的石墨含量為6_10%。石墨含量低會造成摩擦係數高，允許的滑動速度低，同時由於石墨對燒結的阻斷作用會使銅合金粉末之間的連接變得不牢固，影響結合牢度，承載能力低，耐磨性差。如圖1所示的現有技術所製造的雙金屬自潤滑材料的結構，顯示了現有燒結方法是一種單元系燒結，即單一成分的粉末的燒結，其特點是在燒結過程中只發生銅合金銅合金顆粒之間的冶金結合(同時也銅合金顆粒與鋼或銅基體的結合)，沒有化學成份和金相組織的變化。
發明內容鑑於現有技術所存在的不足，本發明旨在公開一種高性能的雙金屬自潤滑軸承材料的製造方法，具體說是一種瞬間液相燒結的方法。本發明的技術解決方案是這樣實現的—種雙金屬自潤滑軸承材料的製造方法，採用7090%的純銅粉、010%的純鉛粉、520%的純錫粉和佔上述金屬粉末總量510%的石墨粉在V形混料機上進行均勻混合，上述百分數為質量百分數；將混合粉體塗覆於鋼板、不鏽鋼板或青銅板上進行燒結。燒結分兩次第一步以高於鉛粉熔點但低於銅合金燒結溫度的溫度進行燒結，實現銅粉之間的有限連接。在此過程中低熔點的錫粉、鉛粉熔化為液相，致使燒結在有液相存在的情況下進行。由於錫在銅中有一定的溶解度，液相的錫會溶入固相的銅中，燒結後期液相消失，稱之為瞬間液相燒結。鉛粉在銅錫合金中無溶解度，且不生成化合物，因而以單獨鉛質點分布於銅錫固溶體晶界或枝晶網胞間。而原來錫粉和鉛粉的位置變成了空缺，石墨便分布在其中，這樣複合材料的石墨含量可以達到610%。第一次燒結後將板材軋制到一定密度，再按銅合金燒結溫度進行第二次燒結，再經軋制、退火，製成複合材料板材。將該板材通過冷加工製作成各種形狀的滑動軸承零件，如軸套、滑道、抗磨板、球關節軸承等。液相燒結是至少具有兩種組分的粉末在形成一種液相的狀態下進行的燒結。即當燒結溫度高於壓坯中低熔點成分的熔點時，低熔點金屬熔化為液相，致使燒結在有液相存在的情況下進行。如果液相只存在燒結過程中的一段時間，燒結後期消失，這類燒結通常稱之為瞬間液相燒結。液相具有流動性、毛細管力和更大的擴展性，所以液相會促進燒結體的合金化和緻密化。通過液相燒結可獲得高密度的燒結合金，甚至可以得到完全緻密的合金。另外液相燒結還應用於高熔點金屬合金的燒結，即在高熔點金屬粉末中混以低熔點金屬粉末共同燒結，通過液相的存在使高熔點的金屬燒結在一起。在本發明所述的技術方案中，借鑑了瞬間液相燒結的方法，但其所針對的技術問題和所達到的技術效果與傳統液相燒結方法不同傳統液相燒結旨在實現燒結體的緻密化，而本發明採用瞬間液相燒結方法的目的在於利用液相產生之後留下的空缺，以利於固體潤滑劑石墨的填充。相比現有技術，本發明具有以下突出特點(1)本發明採用純金屬混合粉末通過先進的瞬間液相燒結法實現較高的固體潤滑劑石墨含量(可達10%)，大大提高了自潤滑性能、允許的最大滑動速度和極限PV值；而現有技術中由於採用銅合金粉末與石墨相混合，固體潤滑劑含量不高於6%;(2)採用本發明所述製造方法製造的雙金屬自潤滑軸承，相對於現有的軸承其摩擦係數降低，耐磨性能明顯提高。總之，採用本發明所述製造方法製造的雙金屬自潤滑軸承無論從機械性能還是工藝穩定性上都是穩定可靠的，可在重載、低速、高溫、含有泥沙、腐蝕等環境下工作，可靠地應用於水輪機導葉軸承、水工金屬結構、冶金設備等機械行業。圖1是傳統固相燒結斷面示意圖；圖2是本發明實施例燒結前的斷面示意4圖3是本發明實施例燒結後的斷面示意圖；圖4是本發明實施例的工藝流程圖。圖中，1純銅粉2純錫粉3石墨粉4鉛粉12錫青銅粉末或銅錫合金20鋼(銅)基體具體實施例方式採用82%的純銅粉、5%的純鉛粉、13%的純錫粉和佔上述金屬粉末總量8%的石墨粉，粒度均在200目以上，在V形混料機上進行均勻混合，上述百分數為質量百分數；將混合粉體塗覆於鋼板、不鏽鋼板或青銅板上進行燒結，如圖2所示，氣氛為真空度《10Pa，或者在純度為99.9%以上的純氫氣，或液氨分解氣體(75%的氫氣，25%的氮氣)。燒結分兩次第一次燒結溫度為300°CSO(TC，實現銅粉之間的有限連接。在此過程中低熔點的錫粉、鉛粉熔化為液相，致使燒結在有液相存在的情況下進行。由於錫在銅中有一定的溶解度，液相的錫會溶入固相的銅中，在其表面一定深度範圍內形成置換固溶體，即合金。同時在銅粉之間、銅粉和鋼基體之間形成燒結頸，實現有限連接。錫和銅之間形成的固溶體使銅的晶格發生畸變，使合金的強度和塑性提高。含錫量在15%時強度達到最大值，而塑性則在含錫量為12%時達到最大值。燒結後期液相消失，稱之為瞬間液相燒結。鉛粉在銅錫合金中無溶解度，且不生成化合物，因而以單獨鉛質點分布於銅錫固溶體晶界或枝晶網胞間，其作用是提高材料的減摩性能。同時通過這一過程的燒結，原來錫粉和鉛粉的位置變成了空缺，石墨便分布在其中，這樣複合材料的石墨含量可以達到610%。燒結後的燒結斷面示意圖，如圖3所示。第一次燒結後將板材軋制到一定密度，再於60(TC90(rC進行第二次燒結。這個過程有兩個目的一是通過軋制使已形成的合金粉末之間的接觸面積增大，提高了密度；再次燒結實現粉末之間完全的連接，達到需要的燒結牢度；二是已形成的合金組織中含有不穩定的(a+S)共析體，經過二次燒結相當於退火處理，使S相減少甚至全部消失，而促使強度和塑性提高。經過上述兩次燒結後的板材再經軋制、退火，製成複合材料板材。將該板材通過冷加工製作成各種形狀的滑動軸承零件，如軸套、滑道、抗磨板、球關節軸承等。上述工藝流程如圖4所示。將採用本發明的製造方法所生產的雙金屬自潤滑軸承材料的各項性能參數列於下表中tableseeoriginaldocumentpage5上述性能指標均來源於大連理工大學振動與強度測試中心的測試報告。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本
技術領域：
的技術人員在本發明披露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。權利要求一種雙金屬自潤滑軸承材料的製造方法，包括如下工藝步驟(1)粉體混合將混合純金屬粉末和佔所述混合純金屬粉末總質量的5～10％的石墨粉在混料機上進行均勻混合；所述混合金屬粉末包括70～90％的純銅粉，0～10％的純鉛粉，5～20％的純錫粉，上述百分數均為質量百分數；(2)二次燒結將上述混合粉體塗覆於鋼板、不鏽鋼板或青銅板上進行燒結；燒結分二次首先在高於錫粉熔點但低於銅合金燒結溫度的溫度進行燒結，燒結後期液相消失，稱之為瞬間液相燒結；在此過程中，銅粉之間及銅粉與鋼基體之間形成有限連接；同時錫銅之間形成固溶體；鉛粉以單獨鉛質點分布於銅錫固溶體晶界或枝晶網胞間；並使原來錫粉和鉛粉位置形成了空缺，石墨分布其中；一次燒結後的板材經軋制，繼而按銅合金的燒結溫度進行第二次燒結，實現粉末之間的完全連接並相當於退火處理，使δ相減少甚至全部消失；(3)精軋退火製成雙金屬自潤滑軸承材料。2.根據權利要求1所述的雙金屬自潤滑軸承材料的製造方法，其特徵在於所述混合金屬粉末包括8090%的純銅粉，010%的純鉛粉，1020%的純錫粉，上述百分數均為質量百分數。全文摘要本發明涉及一種雙金屬自潤滑軸承材料的製造方法，包括如下步驟粉體混合將一定比例的Cu、Sn、Pb混合純金屬粉末和佔所述混合純金屬粉末總質量的5～10％的石墨粉在混料機上進行均勻混合；將其塗覆於鋼板、不鏽鋼板或青銅板上進行二次燒結即首先在高於錫粉熔點但低於銅合金燒結溫度的溫度進行瞬間液相燒結；其間，銅粉之間形成有限連接，錫銅之間形成固溶體，鉛粉以單獨鉛質點分布於銅錫固溶體晶界或枝晶網胞間，並使原來錫粉和鉛粉位置形成了空缺，石墨分布其中；繼而按銅合金的燒結溫度進行第二次燒結；精軋退火製成雙金屬自潤滑軸承材料。其產品性能穩定可靠，廣泛應用於水輪機導葉軸承、水工金屬結構、冶金設備等機械行業。文檔編號F16C33/12GK101704104SQ20091022025公開日2010年5月12日申請日期2009年11月26日優先權日2009年11月26日發明者於海東,宋樹,李雲龍申請人:大連三環複合材料技術開發有限公司