CN102107278A - 一种含油轴承合金用铝铋锡复合粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含油轴承合金用铝铋锡复合粉体及其制备方法，涉及一种自包裹核/壳结构的复合粉体。提供一种含油轴承合金用铝铋锡复合粉体及其制备方法。复合粉体包括核和壳，核为铝锡基合金，壳为铋锡基合金，按原子百分比，成分为：铋：5％～50％，锡：5％～45％，余为铝。将铝、铋、锡各原料放入真空感应炉内熔化后制得母合金；将母合金置入雾化器的氧化铝坩埚中，感应熔融后，启动气压装置将熔融合金液体压入雾化室，喷射氩气或氮气，即得含油轴承合金用铝铋锡复合粉体。
Description
技术领域
本发明涉及一种自包裹核/壳结构的复合粉体，尤其是涉及一种新型含油轴承合金用自包裹核/壳结构的铝铋锡复合粉体的制备方法。
背景技术
滑动轴承是汽车、拖拉机、机床及其他机器中的重要部件，轴承合金是制造滑动轴承中的轴瓦及内衬材料。轴承支撑着轴，当轴旋转时，轴瓦和轴发生强烈的摩擦，并承受轴颈传给的周期性载荷。轴承合金应既软且硬，其组织特点是：在软基体上分布硬质点，或者在硬基体上分布软质点(1、石力开主编，材料辞典[M]，北京：化学工业出版社，2006，870)。若含油轴承合金的组织是软基体上分布硬质点，则运转时软基体受磨损而凹陷，硬质点将凸出于基体上，使轴和轴瓦的接触面积减小，而凹坑能储存润滑油，降低轴和轴瓦之间的摩擦系数，减少轴和轴承的磨损。另外，软基体能承受冲击和震动，使轴和轴瓦能很好地结合，并能起嵌藏外来小硬物的作用，保证轴颈不被擦伤(2、朱张校主编.工程材料[M]，北京：清华大学出版社，242-243)。
粉末冶金技术是制造金属粉末和利用金属粉末为基本原料制造金属材料与异形制品的工艺与技术。运用粉末冶金技术制备含油轴承已经得到广泛应用(3、韩凤麟.粉末冶金基础教程--基本原理与应用[M]，广州：华南理工大学出版社，1-13)。粉末冶金烧结含油轴承是把金属粉末及添加物压缩成形后，放入还原性或中性介质气体中，加热到不超过金属熔点的温度，使其烧结成多孔质体，然后渗入润滑油而制成的。这种轴承发明于20世纪初，并逐渐得到应用，现在已成为汽车、家电、音响设备、办公设备、农业机械、机械等各种工业制品发展不可或缺的一类基础零件(4、渡边侊尚.烧结含油轴承[J]粉末冶金技术，2002，20(3)：121-127)。
传统的粉末冶金技术，是将两种或多种金属粉体按所需合金配比用机械法混合，或者用化学镀法，在复合粉体上镀上所需合金层，然后烧结制得轴承。由于机械混合会产生成分不均匀，含油轴承不可避免地产生成分及金相组织偏析，造成硬质相及性能的不均匀性，导致轴承运行噪音升高和使用寿命缩短，使得在大规模自动化生产过程中，不利于保证产品性能的一致性和稳定性。而化学镀法在制备诸如青铜合金包覆铁复合粉末时，也不可避免地产生对环境的污染问题。所以，进一步开发新的包覆技术来提高烧结轴承的应用性能，特别是耐蚀性，是降低轴承产品成本，提高产品市场竞争力的关键。利用已发展成熟的雾化法制粉工艺，通过合金体系和成分设计，可以一次性制备自包裹核/壳型复合粉体，从而可以解决传统的粉末冶金法制造轴承合金的不足。
铝锡基合金是一种综合性能良好的轴承合金，它具有良好的抗粘咬性、耐磨减磨性、耐腐蚀性、顺应性和嵌入性等综合性能，同时又具有密度小、导热性好、承载能力大、疲劳强度高等优越性，因而正愈来愈多地应用，以代替传统的锡青铜和巴氏合金。铝锡合金轴承在高速机床、柴油发动机等高速重载机械设备中广泛使用，是当今一种重要的轴承材料(5、高岩，曾建民，司家勇等.铝锡合金摩擦磨损性能的研究[J].铸造，2005，54：591-594)。合金成分为79Al-20Sn-1Cu(wt.％)的铝锡基轴承合金，其显微组织为硬的铝基体上均匀分布着软的锡质点，目前已广泛使用。锡铋合金是一种低熔点合金，其机械性能良好，合金成分为42Bi58Sn的锡铋合金，其抗拉强度为54.9MPa，硬度为HBS 22，蠕变性小，摩擦系数小，光滑耐磨(6、韩福忠.锡铋合金压型在熔模铸造中的应用[J].山西煤炭，2003，3：51-52)。
发明内容
本发明的目的是针对含油轴承合金组织特点为软基体、硬质点的结构要求，提供一种含油轴承合金用铝铋锡复合粉体及其制备方法。
本发明所述一种含油轴承合金用铝铋锡复合粉体包括核和壳，核为铝锡基合金，壳为铋锡基合金，按原子百分比，成分为：铋：5％～50％，锡：5％～45％，余为铝。
本发明所述一种含油轴承合金用铝铋锡复合粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将铝、铋、锡各原料放入真空感应炉内熔化后制得母合金；
2)将母合金置入雾化器的氧化铝坩埚中，感应熔融后，启动气压装置将熔融合金液体压入雾化室，喷射氩气或氮气，即得含油轴承合金用铝铋锡复合粉体。
在步骤1)中，所述真空感应炉的工作频率可为150～250kHz。
在步骤2)中，所述喷射喷射氩气或氮气的气压可为3～10MPa。
所述含油轴承合金用铝铋锡复合粉体的粒度可小于150μm。
本发明所述含油轴承合金用铝铋锡复合粉体的粒度为150μm以下，且粒度可通过改变气流速度进行调控。该复合粉体的核为铝锡基合金核，可作为含油轴承合金的硬质点；壳为铋锡基合金壳，可作为含油轴承合金的软基体。利用粉末冶金技术，烧结该复合粉体，可制得显微组织为软基体上均匀分布硬质点的合金。软基体为锡铋合金基体，硬质点为铝锡合金硬质点。该合金在1atm，100℃的低温下烧结1h即可制得显微组织为软基体上均匀分布硬质点的烧结合金，且烧结致密度可控。烧结合金的软基体为锡铋合金基体，硬质点为铝锡合金硬质点。烧结温度远远低于传统轴承合金烧结温度，且烧结体成分和组织分布均匀，能够有效地避免传统粉末冶金烧结的成分偏析等烧结难题。制得的烧结合金可成为性能优异的新型含油轴承合金，在工业领域有着广泛的应用前景。本发明采用雾化法制粉工艺，一次性制备出自包裹核/壳结构的铝铋锡复合粉体，其工艺简单、成本低、效率高、污染少；制备出的自包裹核/壳结构的铝铋锡复合粉体，其界面结合良好，可满足对机械性和功能性的双重要求。
附图说明
图1为本发明所述含油轴承合金用铝铋锡复合粉体的微观组织示意图。在图1中，核为铝锡基((Al，Sn)-rich)合金，壳为铋锡基((Bi，Sn)-rich)合金；标尺为100μm；右上角放大图中的标尺为10μm。
图2为本发明所述含油轴承合金用铝铋锡复合粉体经压片后，在1atm，100℃的低温下烧结1h后的微观组织示意图。在图2中，标尺为10μm。
具体实施方式
将56g纯铝(纯度为99.9wt.％)，164g纯铋(纯度为99.99wt.％)，280g纯锡(纯度为99.99wt.％)放置于真空电磁感应炉中，感应熔融后制得合金。将合金放入氧化铝坩埚中，置入雾化设备的真空感应炉(电源电压：110V/220VAC；电源频率：50～60Hz；工作频率：150～250kHz)中，关闭炉门后抽真空至真空感应炉内的真空度至1×10-3Pa，加大电流至10A左右，将合金完全熔化至液体。启动气压装置，将熔融液体流入雾化室，与此同时，打开高压氩气(气压为3～10MPa)进行喷射，在雾化室的最下端可得铝铋锡复合粉体。关闭氩气气流阀，同时将电流值减小至零，当雾化设备冷却到常温(约25℃)时，打开充气阀注入空气，至雾化设备内外压强平衡时开启出料门，取出铝铋锡复合粉体。将该复合粉体封入环氧树脂中，硬化后分别用1000#、1200#、1500#、2000#砂纸及金刚石抛光膏打磨，用电子探针(EPMA)(日本电子制，JEOL，JXA8100)观察到的微观组织如图1所示，为自包裹核/壳结构。用电子探针进行成分分析可知，铝铋锡复合粉体的核为铝锡基((Al，Sn)-rich)合金，导热性好而且耐腐蚀性佳；壳为铋锡基((Bi，Sn)-rich)合金，熔点低，且机械性能良好。
将该核壳复合粉体，在压片机中加压5MPa压制成圆片状合金块体，放入1atm，100℃的低温烧结炉中，烧结1h后取出，空冷至室温。将样品取出后分别用1000#、1200#、1500#、2000#砂纸及金刚石抛光膏打磨，用电子探针(EPMA)(日本电子制，JEOL，JXA8100)观察到的微观组织如图2所示。用电子探针进行成分分析可知，图中黑色质点为铝锡基((Al，Sn)-rich)合金，白色部分为铋锡基((Bi，Sn)-rich)合金。由图可知，该核壳复合粉体烧结体的微观组织特点为：铋锡基合金基体上均匀分布着铝锡基合金硬质点。
Claims (5)
1.一种含油轴承合金用铝铋锡复合粉体，其特征在于包括核和壳，核为铝锡基合金，壳为铋锡基合金。
2.如权利要求1所述的一种含油轴承合金用铝铋锡复合粉体，其特征在于按原子百分比，成分为：铋：5％～50％，锡：5％～45％，余为铝。
3.如权利要求1所述的一种含油轴承合金用铝铋锡复合粉体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将铝、铋、锡各原料放入真空感应炉内熔化后制得母合金；
2)将母合金置入雾化器的氧化铝坩埚中，感应熔融后，启动气压装置将熔融合金液体压入雾化室，喷射氩气或氮气，即得含油轴承合金用铝铋锡复合粉体。
4.如权利要求3所述的一种含油轴承合金用铝铋锡复合粉体的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述真空感应炉的工作频率为150～250kHz。
5.如权利要求3所述的一种含油轴承合金用铝铋锡复合粉体的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述喷射喷射氩气或氮气的气压为3～10MPa。
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