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CN108774695A - 一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法 - Google Patents

一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法 Download PDF

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CN108774695A
CN108774695A CN201810600950.6A CN201810600950A CN108774695A CN 108774695 A CN108774695 A CN 108774695A CN 201810600950 A CN201810600950 A CN 201810600950A CN 108774695 A CN108774695 A CN 108774695A
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Abstract

本发明属于无铅铜轴承材料加工技术领域，具体涉及一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法，按元素重量百分比包括：铋1%、锡10%、锌1.2‑1.6%、铟0.4‑0.8%、磷0.08‑0.16%、余量为铜及不可避免的杂质，杂质含量综合不超过0.05%。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中无铅含铜铋基合金进一步调整原料，调整铋含量小于2%，同时合理调整锌、铟、磷的含量，使其能在铋含量减小的同时保证无铅铜铋轴承材料的抗粘着和咬合性能，与铋含量为3.0%时基本相同，同时避免了由于铋质脆的特点引起的导致轴承材料表面会出现犁沟和粘着剥落现象，也为高性能无铅含铜铋基合金轴承提供了更多的原料选择。

Description

一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法
技术领域
本发明属于无铅铜轴承材料加工技术领域，具体涉及一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法。
背景技术
传统的制造轴承轴瓦材料的铜基合金材料是由铜、铅、锡、锌（或磷）组成的，由于含有铅，对人体有毒害，对环境有污染，铅和其化合物对人体各组织均有毒性，中毒途径可由呼吸道吸入其蒸汽或粉末，然后呼吸道中吞噬细胞将其迅速带至血液，或经消化道吸收，进入血循环而发生中毒，随着人们对环境保护意识和自身健康要求的日益提高以及机械化交通、生产以及日用生活工具的普及，人们意识到各种工具在使用中产生的废物会对人及环境造成污染，因此无铅铜基合金材料是现在的主要研究方向，现有技术中通过添加铋得到无铅铜合金材料，在具体研究中发现，当铋含量为1.0%的无铅铜铋轴承材料具有较差的减摩和抗粘着性，当载荷超过1.6kN时，摩擦副会发生严重粘着和咬合而失效，因为铋含量较小时，局部接触区域渗出的铋含量较小，使得粘着和撕裂发生的几率较大；当铋含量为2.0-3.0%时，无铅铜铋轴承材料的性能最好，当载荷从0.8kN升到2.0kN时，其减摩和抗粘着性能几乎不受载荷的影响，摩擦副的摩擦因数一直维持在0.05左右；当载荷上升到2.4kN时，摩擦副的摩擦因数与表面温度明显上升，当载荷上升到2.8kN时，摩擦副的摩擦因数与表面温度快速上升，并伴有明显的振动与噪声，摩擦副因发生严重粘着和咬合而失效；当铋含量为4.0-5.0%时的无铅铜铋轴承材料也呈现较差的抗粘着和咬合性能，当载荷分别为1.2和1.6kN时，摩擦副因发生严重粘着和咬合而失效，在油润滑条件下，低熔点铋的析出主要起到协同和辅助作用，有利于改善摩擦副的减摩和抗粘着特性，而铋和铅相比较脆，当铋含量较高时，溶出基体的铋相增多，当较高的闪电温度下降后，不在处于融化状态的铋易在局部区域形成堆积而导致在摩擦过程中从摩擦表面脱落，反而使得摩擦副运行不稳定，因此，在变载和便捷润滑条件下，无铅铜铋轴承材料中铋含量过高和过低均不利于材料减摩、抗粘着和抗咬合性能的提高，而当铋含量为3.0%时，无铅铜铋轴承材料的抗粘着和咬合性能较好，承载能力较强，但由于铋较脆使表层的铋容易脱落，导致轴承材料表面会出现一定的犁沟和粘着剥落现象，基本结晶与铜铅轴承材料，但还需要继续研究改进。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法，包括以下内容：
（1）按元素重量百分比包括：铋1%、锡10%、锌1.2-1.6%、铟0.4-0.8%、磷0.08-0.16%、余量为铜及不可避免的杂质，杂质含量综合不超过0.05%；
（2）按照配方准备原料，将铋、锌、磷原料在氮气氛围下加入球磨罐中，密封，以球磨质量比30-40、转速为400-600转/分钟，球磨3-4小时，然后调节转速为1000-1400转/分钟，球磨1-2小时，完成后得到混合粉料；
（3）调节熔炉功率为220kw，加入铜原料，至完全熔化后将功率调节至160kw，依次加入混合粉料与锡、铟，待完全熔化后，调节熔炉功率为100kw，在温度为180-220℃的条件下过热处理5分钟，得到过热熔融液；
（4）对过热熔融液经抗氧化处理、捞渣后进行雾化，雾化完成后冷却、筛分得到铜铋基合金粉料；
（5）将所得铜铋基合金粉料铺覆在结晶的冷轧镀铜低碳钢板的底层基材上，铺粉厚度为0.6-0.7mm，在高温网带烧结炉中烧结、保温，再经轧制、复烧、复轧后得到。
作为对上述方案的进一步改进，所述抗氧化处理方法为，加入木炭块，对与空气接触部分的过热熔融液处理2-3分钟，然后将木炭块取出即可。
作为对上述方案的进一步改进，加入玻璃碎块对抗氧化处理后的过热熔融液进行捞渣，捞渣前调节熔炉功率为35-40kw。
作为对上述方案的进一步改进，所述雾化包括三个过程，第一个过程调节熔炉功率为84-88kw，完成后过热熔融液的剩余量为其总量的2/3；第二个过程调节熔炉功率为40-45kw，完成后过热熔融液的剩余量为其总量的1/3；第三个过程调节熔炉功率为10-15kw，雾化完成。
作为对上述方案的进一步改进，所述烧结过程中用氢气和氩气混合作为烧结保护气氛，氢气和氩气的体积比为3-5:1。
作为对上述方案的进一步改进，所述烧结过程分为两个阶段，第一阶段烧结温度为865-875℃，保温时间为15-20分钟；第二阶段烧结温度为725-745℃，保温时间为15-20分钟。
作为对上述方案的进一步改进，所述压轧和复轧压力均为400-600MPa。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中无铅含铜铋基合金进一步调整原料，调整铋含量小于2%，同时合理调整锌、铟、磷的含量，使其能在铋含量减小的同时保证无铅铜铋轴承材料的抗粘着和咬合性能，与铋含量为3.0%时基本相同，同时避免了由于铋质脆的特点引起的导致轴承材料表面会出现犁沟和粘着剥落现象，也为高性能无铅含铜铋基合金轴承提供了更多的原料选择。
具体实施方式
实施例1
一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法，包括以下内容：
（1）按元素重量百分比包括：铋1%、锡10%、锌1.4%、铟0.6%、磷0.12%、余量为铜及不可避免的杂质，杂质含量综合不超过0.05%；
（2）按照配方准备原料，将铋、锌、磷原料在氮气氛围下加入球磨罐中，密封，以球磨质量比35、转速为500转/分钟，球磨3.5小时，然后调节转速为1200转/分钟，球磨1.5小时，完成后得到混合粉料；
（3）调节熔炉功率为220kw，加入铜原料，至完全熔化后将功率调节至160kw，依次加入混合粉料与锡、铟，待完全熔化后，调节熔炉功率为100kw，在温度为200℃的条件下过热处理5分钟，得到过热熔融液；
（4）对过热熔融液经抗氧化处理、捞渣后进行雾化，雾化完成后冷却、筛分得到铜铋基合金粉料；
（5）将所得铜铋基合金粉料铺覆在结晶的冷轧镀铜低碳钢板的底层基材上，铺粉厚度为0.65mm，在高温网带烧结炉中烧结、保温，再经轧制、复烧、复轧后得到。
其中，所述抗氧化处理方法为，加入木炭块，对与空气接触部分的过热熔融液处理2.5分钟，然后将木炭块取出即可。
其中，加入玻璃碎块对抗氧化处理后的过热熔融液进行捞渣，捞渣前调节熔炉功率为38kw。
其中，所述雾化包括三个过程，第一个过程调节熔炉功率为86kw，完成后过热熔融液的剩余量为其总量的2/3；第二个过程调节熔炉功率为42kw，完成后过热熔融液的剩余量为其总量的1/3；第三个过程调节熔炉功率为12kw，雾化完成。
其中，所述烧结过程中用氢气和氩气混合作为烧结保护气氛，氢气和氩气的体积比为4:1；
所述烧结过程分为两个阶段，第一阶段烧结温度为870℃，保温时间为18分钟；第二阶段烧结温度为735℃，保温时间为18分钟；所述压轧和复轧压力均为500MPa。
实施例2
一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法，包括以下内容：
（1）按元素重量百分比包括：铋1%、锡10%、锌1.2%、铟0.8%、磷0.16%、余量为铜及不可避免的杂质，杂质含量综合不超过0.05%；
（2）按照配方准备原料，将铋、锌、磷原料在氮气氛围下加入球磨罐中，密封，以球磨质量比40、转速为400转/分钟，球磨3小时，然后调节转速为1000转/分钟，球磨2小时，完成后得到混合粉料；
（3）调节熔炉功率为220kw，加入铜原料，至完全熔化后将功率调节至160kw，依次加入混合粉料与锡、铟，待完全熔化后，调节熔炉功率为100kw，在温度为180℃的条件下过热处理5分钟，得到过热熔融液；
（4）对过热熔融液经抗氧化处理、捞渣后进行雾化，雾化完成后冷却、筛分得到铜铋基合金粉料；
（5）将所得铜铋基合金粉料铺覆在结晶的冷轧镀铜低碳钢板的底层基材上，铺粉厚度为0.6mm，在高温网带烧结炉中烧结、保温，再经轧制、复烧、复轧后得到。
其中，所述抗氧化处理方法为，加入木炭块，对与空气接触部分的过热熔融液处理2分钟，然后将木炭块取出即可。
其中，加入玻璃碎块对抗氧化处理后的过热熔融液进行捞渣，捞渣前调节熔炉功率为40kw。
其中，所述雾化包括三个过程，第一个过程调节熔炉功率为88kw，完成后过热熔融液的剩余量为其总量的2/3；第二个过程调节熔炉功率为40kw，完成后过热熔融液的剩余量为其总量的1/3；第三个过程调节熔炉功率为15kw，雾化完成。
其中，所述烧结过程中用氢气和氩气混合作为烧结保护气氛，氢气和氩气的体积比为3:1；
所述烧结过程分为两个阶段，第一阶段烧结温度为875℃，保温时间为20分钟；第二阶段烧结温度为745℃，保温时间为20分钟；所述压轧和复轧压力均为600MPa。
实施例3
一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法，包括以下内容：
（1）按元素重量百分比包括：铋1%、锡10%、锌1.6%、铟0.4%、磷0.08%、余量为铜及不可避免的杂质，杂质含量综合不超过0.05%；
（2）按照配方准备原料，将铋、锌、磷原料在氮气氛围下加入球磨罐中，密封，以球磨质量比30、转速为600转/分钟，球磨4小时，然后调节转速为1400转/分钟，球磨1小时，完成后得到混合粉料；
（3）调节熔炉功率为220kw，加入铜原料，至完全熔化后将功率调节至160kw，依次加入混合粉料与锡、铟，待完全熔化后，调节熔炉功率为100kw，在温度为220℃的条件下过热处理5分钟，得到过热熔融液；
（4）对过热熔融液经抗氧化处理、捞渣后进行雾化，雾化完成后冷却、筛分得到铜铋基合金粉料；
（5）将所得铜铋基合金粉料铺覆在结晶的冷轧镀铜低碳钢板的底层基材上，铺粉厚度为0.7mm，在高温网带烧结炉中烧结、保温，再经轧制、复烧、复轧后得到。
其中，所述抗氧化处理方法为，加入木炭块，对与空气接触部分的过热熔融液处理3分钟，然后将木炭块取出即可。
其中，加入玻璃碎块对抗氧化处理后的过热熔融液进行捞渣，捞渣前调节熔炉功率为35kw。
其中，所述雾化包括三个过程，第一个过程调节熔炉功率为84kw，完成后过热熔融液的剩余量为其总量的2/3；第二个过程调节熔炉功率为45kw，完成后过热熔融液的剩余量为其总量的1/3；第三个过程调节熔炉功率为10kw，雾化完成。
其中，所述烧结过程中用氢气和氩气混合作为烧结保护气氛，氢气和氩气的体积比为5:1；
所述烧结过程分为两个阶段，第一阶段烧结温度为865℃，保温时间为15分钟；第二阶段烧结温度为735℃，保温时间为15分钟；所述压轧和复轧压力均为400MPa。
设置对照组1，将实施例1中铟替换成等重量的铋，其余内容不变；设置的最好组2，将实施例1中锌替换成等重量的铋，其余内容不变；设置对照组3，将实施例1中步骤（2）去掉，步骤（3）中加入混合粉料时，加入相应原料，其余内容不变；设置对照组4，原料组分重量配比为：铜87%、锡10%、铋3%；直接将原料混合后进行实施例1步骤（5）中操作即可；
对各组在2.0kN载荷条件下的无铅铜铋轴承摩擦副摩擦因数进行统计，同时对摩擦60分钟后的表面平均磨痕深度进行测量，
表1
实施例1 摩擦因数 磨痕深度（μm）
实施例1 0.038 8.96
实施例2 0.036 8.74
实施例3 0.037 8.85
对照组1 0.059 13.57
对照组2 0.062 10.62
对照组3 0.057 12.85
对照组4 0.037 13.72
通过表1中数据可以看出，本发明中摩擦因数与对照组4基本小童，说明其具有较好的减摩和抗摩擦特性，在摩擦处理60分钟后，表面平均磨痕深度比对照组4明显降低。

Claims (7)

1.一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法，其特征在于，包括以下内容：
（1）按元素重量百分比包括：铋1%、锡10%、锌1.2-1.6%、铟0.4-0.8%、磷0.08-0.16%、余量为铜及不可避免的杂质，杂质含量综合不超过0.05%；
（2）按照配方准备原料，将铋、锌、磷原料在氮气氛围下加入球磨罐中，密封，以球磨质量比30-40、转速为400-600转/分钟，球磨3-4小时，然后调节转速为1000-1400转/分钟，球磨1-2小时，完成后得到混合粉料；
（3）调节熔炉功率为220kw，加入铜原料，至完全熔化后将功率调节至160kw，依次加入混合粉料与锡、铟，待完全熔化后，调节熔炉功率为100kw，在温度为180-220℃的条件下过热处理5分钟，得到过热熔融液；
（4）对过热熔融液经抗氧化处理、捞渣后进行雾化，雾化完成后冷却、筛分得到铜铋基合金粉料；
（5）将所得铜铋基合金粉料铺覆在结晶的冷轧镀铜低碳钢板的底层基材上，铺粉厚度为0.6-0.7mm，在高温网带烧结炉中烧结、保温，再经轧制、复烧、复轧后得到。
2.如权利要求1所述一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法，其特征在于，所述抗氧化处理方法为，加入木炭块，对与空气接触部分的过热熔融液处理2-3分钟，然后将木炭块取出即可。
3.如权利要求1所述一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法，其特征在于，加入玻璃碎块对抗氧化处理后的过热熔融液进行捞渣，捞渣前调节熔炉功率为35-40kw。
4.如权利要求1所述一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法，其特征在于，所述雾化包括三个过程，第一个过程调节熔炉功率为84-88kw，完成后过热熔融液的剩余量为其总量的2/3；第二个过程调节熔炉功率为40-45kw，完成后过热熔融液的剩余量为其总量的1/3；第三个过程调节熔炉功率为10-15kw，雾化完成。
5.如权利要求1所述一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法，其特征在于，所述烧结过程中用氢气和氩气混合作为烧结保护气氛，氢气和氩气的体积比为3-5:1。
6.如权利要求1所述一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法，其特征在于，所述烧结过程分为两个阶段，第一阶段烧结温度为865-875℃，保温时间为15-20分钟；第二阶段烧结温度为725-745℃，保温时间为15-20分钟。
7.如权利要求1所述一种无铅含铜铋基合金轴承的制备方法，其特征在于，所述压轧和复轧压力均为400-600MPa。
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