CN108326316A - 一种无铅铜基双金属耐磨材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种无铅铜基双金属耐磨材料及其制备方法，其在无铅青铜粉中添加镀铜二硫化钼、镀铜石墨和镀铜六方氮化硼，将合金粉末铺覆在钢板上，通过粉末冶金复烧、复轧工艺制备铜—钢双金属无铅耐磨复合材料，协同发挥二硫化钼、石墨、六方氮化硼优异的减摩、耐磨作用。所得复合材料减摩耐磨性好，力学性能优异，且不含有毒元素铅，对环境无任何污染，适用于医药、食品、机械等行业。
Description
技术领域
本发明涉及无铅铜基减摩耐磨材料领域，具体说是一种复合减摩组元、复合耐磨组元与铜合金基体构成的无铅铜基双金属耐磨材料及其制备方法。
背景技术
现有技术中，由于铅具有质软、熔点低的特点，具有较好减摩、抗粘着性能，被广泛应用于铜基滑动轴承材料与铜基减摩耐磨材料中，燃而铅是一种有害物质，对人体和环境都有着严重的危害。目前，欧美等发达国家都对铅的使用进行了严格的限制。
二硫化钼与石墨都是良好的固体润滑剂。石墨的层状晶体结构及其良好的吸附能力使其具有良好的润滑减摩作用；但石墨的润滑作用受吸附气体支配，当吸附气体消失，润滑作用丧失，即石墨的润滑作用在真空中消失。与石墨相比，二硫化钼在真空状态下仍具有摩擦系数小、热稳定性好、屈服强度高和抗辐射等优良性能，石墨与二硫化钼组合使用，存在良好的协同润滑作用。六方氮化硼具有与石墨和二硫化钼相同的层状结构，也是一种固体润滑剂，其特点是耐高温性能好，六方氮化硼的复合添加正好弥补石墨和二硫化钼在高温条件下减摩耐磨性能的不足。复合润滑组元(石墨、二硫化钼、六方氮化硼)的协同作用，在更宽泛工况条件下具有良好的润滑减摩作用。即添加复合润滑组元的铜基材料在无铅化基础上实现了良好自润滑减摩、抗粘着效果。
但是石墨、六方氮化硼与铜基体润湿性差，界面结合质量差，界面结合处存在孔隙，割裂基体较为严重，削弱材料的机械性能和摩擦学性能；二硫化钼在高温烧结时容易氧化和分解，不但润滑作用消失，还降低烧结效果。为解决上述问题，在石墨、六方氮化硼和二硫化钼表面通过电镀或化学镀的方法制备铜镀层，既可以改善石墨、六方氮化硼与铜基体之间的湿润性，提高界面结合质量和材料的力学性能，而且可以保护二硫化钼烧结时不受氧化和分解，充分发挥了二硫化钼和石墨、六方氮化硼协同减摩作用。
为进一步提高铜基材料的耐磨性能，选用添加复合耐磨组元(Al2O3、SiO2、Fe3P)，利用硬质颗粒的弥散分布，提高材料的耐磨性能，为改善硬质颗粒的弥散分布及其耐磨效果，约束硬质颗粒的尺寸为0.1～10μm。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种无铅铜基双金属耐磨材料及其制备方法。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：本发明旨在提供一种无铅铜基双金属耐磨材料，利用石墨、六方氮化硼与二硫化钼的复合协同作用，发挥良好减摩自润滑效果，取代铜基复合材料中的铅，实现铜基复合材料的无铅化。选用添加复合耐磨组元，利用硬质颗粒的弥散分布，提高材料的耐磨性能。
一种无铅铜基双金属耐磨材料，其是由钢板和铜基合金减摩耐磨层组成。
进一步的：所述钢板选用SPCC或SPHC。
进一步的：所述铜基合金减摩耐磨层按质量百分比构成为0.5～12％的复合减摩组元和0.5～5％的复合耐磨组元，余量青铜合金粉。
进一步的：所述青铜合金粉按质量百分比构成为：镍粉0.25～1.8％，锡粉6～16％，磷粉0～0.25％，铁粉0～0.25％，锌粉0.5～7％，余量为铜粉。
进一步的：所述复合减摩组元按质量百分比构成为，镀铜二硫化钼1～15％、镀铜石墨1～65％、余量为镀铜六方氮化硼。
进一步的：所述复合耐磨组元由Al2O3、SiO2和Fe3P三者当中的任一种、或任两种组合、或全部三种组合。
进一步的：所述Al2O3、SiO2和Fe3P三者的颗粒尺寸为0.1～10m。
一种无铅铜基双金属耐磨材料的制备方法，所述无铅铜基双金属耐磨材料采用粉末冶金方法制备。
进一步的：
所述粉末冶金方法制备工艺程序依次为：钢板剪切下料—粗化—铺粉—初烧—初轧—复烧—复轧；
其中：
铺粉：将相应组分的粉末按质量百分比混合成合金粉，并均匀平整铺在洁净、粗化的钢板上，铺粉厚度为1.5～4mm；
初烧：在氨分解气氛N2、H2保护条件下烧结，烧结温度800～920℃，保温20～50min；
初轧：将初烧后的双金属耐磨材料进行双辊轧制，轧制量为0.2～0.5mm；
复烧：将初轧后的双金属耐磨材料在氨分解气氛N2、H2保护条件下烧结，烧结温度820～920℃，保温10～30min；
复轧：将复烧后的双金属耐磨材料进行双辊轧制，轧制量为0.1～0.3mm。
本发明的有益效果：与原有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明利用复合润滑组元(石墨、二硫化钼、六方氮化硼)的协同作用，取代铜基复合材料中铅的作用，实现了轴承材料的无铅化，符合绿色、环保的发展趋势。
2、石墨、二硫化钼与六方氮化硼颗粒表面镀铜层，实现非金属表面的金属化，有效改善了复合润滑组元与铜合金基体的湿润性，同时保护了二硫化钼，使其烧结过程中不受氧化和分解，提高复合润滑组元与铜合金基体界面结合强度，从而提高铜基耐磨材料的力学及摩擦学性能。
3、选用添加复合耐磨组元(Al2O3、SiO2、Fe3P)，利用硬质颗粒的弥散分布，提高铜基复合材料的耐磨性能。
具体实施方式
本发明公开了一种无铅铜基双金属耐磨材料，其是由钢板和铜基合金减摩耐磨层组成。进一步的方案是：所述钢板选用SPCC或SPHC。
进一步的方案是：所述铜基合金减摩耐磨层按质量百分比构成为0.5～12％的复合减摩组元和0.5～5％的复合耐磨组元，余量青铜合金粉。
进一步的方案是：所述青铜合金粉按质量百分比构成为：镍粉0.25～1.8％，锡粉6～16％，磷粉0～0.25％，铁粉0～0.25％，锌粉0.5～7％，余量为铜粉。
进一步的方案是：所述复合减摩组元按质量百分比构成为，镀铜二硫化钼1～15％、镀铜石墨1～65％、余量为镀铜六方氮化硼。
进一步的方案是：所述复合耐磨组元由Al2O3、SiO2和Fe3P三者当中的任一种、或任两种组合、或全部三种组合。
进一步的方案是：所述Al2O3、SiO2和Fe3P三者的颗粒尺寸为0.1～10m。
一种无铅铜基双金属耐磨材料的制备方法，所述无铅铜基双金属耐磨材料采用粉末冶金方法制备。
进一步的方案是：
所述粉末冶金方法制备工艺程序依次为：钢板剪切下料—粗化—铺粉—初烧—初轧—复烧—复轧；
其中：
铺粉：将相应组分的粉末按质量百分比混合成合金粉，并均匀平整铺在洁净、粗化的钢板上，铺粉厚度为1.5～4mm；
初烧：在氨分解气氛N2、H2保护条件下烧结，烧结温度800～920℃，保温20～50min；
初轧：将初烧后的双金属耐磨材料进行双辊轧制，轧制量为0.2～0.5mm；
复烧：将初轧后的双金属耐磨材料在氨分解气氛N2、H2保护条件下烧结，烧结温度820～920℃，保温10～30min；
复轧：将复烧后的双金属耐磨材料进行双辊轧制，轧制量为0.1～0.3mm。
下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。
实施例1：
本实施案例按照以下步骤实施：
(1)按照表1质量百分比称取如下材料并混合均匀。
表1混合粉构成
(2)钢材准备，选用SPCC型号的优质碳素钢钢板，将大张的钢板剪切成2.5*126*625mm，进行除油除锈，改轧至2*126*780mm，表面粗化。
(3)双金属轴承材料制备：
铺粉：将混合粉末均匀平整铺在洁净的粗化钢板上，铺粉厚度为1.5mm；
初烧：在氨分解气氛N2、H2保护条件下烧结，烧结温度880℃，保温30min；
初轧校平：把初次烧结的材料放在冷轧机上进行轧制，轧制至厚度3.65mm；
复烧：在氨分解气氛N2、H2保护条件下烧结，烧结温度860℃，保温30min；
复轧：将复烧后的材料精轧至3.50mm。
将所得材料在往复试验机上进行摩擦磨损实验，干摩擦，速度0.1m/s，载荷为5Mpa，上试样材料40Cr钢，硬度为52HRC，试验时间1h。所得结果为：平均摩擦系数为0.22，平均磨痕深度为0.15mm。
实施例2：
本实施案例按照以下步骤实施：
(1)按照表2质量百分比称取如下材料并混合均匀。
表2混合粉构成
本实施例的制备方法同实施例1。
采用实施例1中所述摩擦实验工况，摩擦磨损试验结果为：摩擦系数为0.15、磨痕深度为0.085mm。
实施例3：
本实施案例按照以下步骤实施：
(1)按照表3质量百分比称取如下材料并混合均匀。
表3混合粉构成
本实施例的制备方法同实施例1。
采用实施例1中所述摩擦实验工况，摩擦磨损试验结果为：摩擦系数为0.18、磨痕深度为0.12mm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无铅铜基双金属耐磨材料，其特征在于：其是由钢板和铜基合金减摩耐磨层组成。
2.根据权利要求1所述的无铅铜基双金属耐磨材料，其特征在于：所述钢板选用SPCC或SPHC。
3.根据权利要求1所述的无铅铜基双金属耐磨材料，其特征在于：所述铜基合金减摩耐磨层按质量百分比构成为0.5～12％的复合减摩组元和0.5～5％的复合耐磨组元，余量青铜合金粉。
4.根据权利要求3所述的无铅铜基双金属耐磨材料，其特征在于：所述青铜合金粉按质量百分比构成为：镍粉0.25～1.8％，锡粉6～16％，磷粉0～0.25％，铁粉0～0.25％，锌粉0.5～7％，余量为铜粉。
5.根据权利要求3所述的无铅铜基双金属耐磨材料，其特征在于：所述复合减摩组元按质量百分比构成为，镀铜二硫化钼1～15％、镀铜石墨1～65％、余量为镀铜六方氮化硼。
6.根据权利要求3所述的无铅铜基双金属耐磨材料，其特征在于：所述复合耐磨组元由Al2O3、SiO2和Fe3P三者当中的任一种、或任两种组合、或全部三种组合。
7.根据权利要求6所述的无铅铜基双金属耐磨材料，其特征在于：所述Al2O3、SiO2和Fe3P三者的颗粒尺寸为0.1～10m。
8.一种根据权利要求1至7任意一项所述的无铅铜基双金属耐磨材料的制备方法，其特征在于：
所述无铅铜基双金属耐磨材料采用粉末冶金方法制备。
9.根据权利要求8所述的无铅铜基双金属耐磨材料的制备方法，其特征在于：
所述粉末冶金方法制备工艺程序依次为：钢板剪切下料—粗化—铺粉—初烧—初轧—复烧—复轧；
其中：
铺粉：将相应组分的粉末按质量百分比混合成合金粉，并均匀平整铺在洁净、粗化的钢板上，铺粉厚度为1.5～4mm；
初烧：在氨分解气氛N2、H2保护条件下烧结，烧结温度800～920℃，保温20～50min；
初轧：将初烧后的双金属耐磨材料进行双辊轧制，轧制量为0.2～0.5mm；
复烧：将初轧后的双金属耐磨材料在氨分解气氛N2、H2保护条件下烧结，烧结温度820～920℃，保温10～30min；
复轧：将复烧后的双金属耐磨材料进行双辊轧制，轧制量为0.1～0.3mm。
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