专利名称：一种环保无铅铜基自润滑材料及其制备工艺的利记博彩app
技术领域：
本发明属于一种新型铜基自润滑材料及其制备方法，具体地说是涉及用一种采用 Al替代传统铜基自润滑材料中的1 的新型材料及其制备工艺，属于冶金材料制备技术领域。
背景技术：
钢-铜双金属减摩材料不仅赋予材料良好的减摩性能和较好的抗咬合性，同时材料具有高的强度和硬度，增强材料的耐磨性能，可以较好的满足现代发动机轴瓦的要求。现有汽车轴瓦用青铜基自润滑材料中常含有大量的铅，如CuI^blOSnlO，CuI^bMSn， cuPb23sn3)等。由于1 及其化合物的剧毒性，发达国家出台了很多相关的法规限制和禁止使用含铅的材料，如从2006年7月1日开始实施的欧盟RoHS(有害物质限定规定)指令， 对我国约六成机电产品出口欧盟造成重大影响。随着国外限铅令的逐步实施和国内环保意识的不断提高，我国开发无铅铜基自润滑材料的呼声日益高涨。铝和铅同为面心立方结构，具有良好的塑性变形能力，国内外研究人员曾尝试采用铝代铅生产新型铜基自润滑材料，但由于采用粉末冶金烧结法制备铝代铅铜基自润滑材料时，在烧结过程中铝容易氧化，在自润滑材料与钢背之间易生成氧化铝，严重影响合金层和钢背的结合强度，目前，尚无成功研制的系统报道。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有较好的结合性能和良好的摩擦磨损性能的环保无铅铜基自润滑材料。本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种所制造的双金属自润滑材料具有较好的结合性能和良好的摩擦磨损性能的环保无铅铜基自润滑材料制备工艺。为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的环保无铅铜基自润滑材料，铜合金粉的成分为雾化CuSnSNi 1，粒度为-200目，Al粉粒度为-200目，质量配比为90 96雾化 CuSn8Nil 粉，4 10 铝。为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的制备环保无铅铜基自润滑材料的工艺如下(1)混料把成分为雾化CuSnSNi 1，粒度为-200目的铜合金粉和粒度为_200目的Al粉按质量配比为90 96雾化CuSnSNil粉，4 10铝先预混合在一起，在混料机中混合均勻；(2)制作支撑钢背采用钢板按压坯尺寸制作支撑钢背，支撑钢背表面电镀铜，电镀铜层厚度8 15 μ m ；⑶铺粉采用特殊的多层铺粉方式，且各层粉末成分配比不同，把混合均勻的原料粉均勻铺在钢背上。严格精确控制每层粉的厚度，确保操作规范。若铺粉左右不均勻，会造成板料后期轧制时侧弯；任何形式的铺粉不均勻均会影响合金层的表面质量，从而影响材料使用性能。(4)松装烧结采用松装烧结的方法，把铺粉后的样品放入烧结炉中进行烧结。初烧是保证材料具有优良性能的关键工序。初烧温度选择850士 10°C，保温30-45min。(5)初轧根据烧结后样品收缩率，决定初轧下率。设计时，根据最终成品厚度确定了相应的钢板预留轧制厚度和粉体的收缩率及轧制量，初烧收缩率越大，相应的初轧轧制量就变小； 反之，收缩率越小，相应的初轧轧制量就必然要加大。(6)复烧将经步骤0)(5)所得的无铅自润滑材料，在烧结炉中复烧。复烧温度选择 830 士 10°C，保温 15-30min。(7)复轧将经步骤(6)制得的自润滑材料在不可逆二辊冷轧机上进行复轧，使材料尺寸达到设计要求。复轧环节除考虑继续提高合金层的密度和改善组织的均勻性外，还要着重考虑批次合金板材的厚度一致性以及下道退火终轧工序的轧制收缩余量，轧制压下率控制为
3% — 5%。(8)退火及精轧将经步骤(7)制得的材料在烧结炉中进行退火处理，消除加工硬化。然后根据设计要求进行精轧校平。上述步骤(5)中初轧采用不可逆二辊冷轧机。上述步骤(7)中复轧采用不可逆二辊冷轧机。采用上述技术方案的环保无铅铜基自润滑材料及其制备工艺，采用Al来替代传统铜基自润滑材料中的1 。通过把Al粉和铜合金粉混合在一起，然后采用多层铺粉方式然后经松装烧结、轧制等工艺环节制得新型环保自润滑复合材料。本发明获得的新型自润滑材料主要物理机械性能见表1.本发明获得的新型自润滑轴瓦材料能满足汽车轴瓦的要求，具体性能见实施例。表1铝代铅自润滑材料主要物理机械性能
密度(g/cm3)孔隙度(％)表观硬度(HB)抗压强度(MPa)4. 0 6. 2< 10. 015 60^ 100本发明相对于现有含铅铜基自润滑材料，其优点如下(1)本发明在国内外首次采用Al替代1 ，用粉末冶金方法制备无铅自润滑材料， 其生产工艺简单易控，制备成本低。并避免了传统青铜自润滑材料含毒重金属铅从而对人体和环境带来污染的问题。(2)通过控制铜合金粉和Al粉的比例，采用特殊的梯度铺粉方式，解决了 Al烧结困难的问题，使铜自润滑层和钢背结合良好，确保自润滑复合材料有良好的力学性能。
(3)本发明制备的新型环保无铅自润滑复合材料，具有优异的摩擦磨损性能和良好的力学性能，同时还具有高强度、耐腐蚀等特点，在飞机、高速列车和汽车等军民领域具有广阔的应用前景。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明。实施例1 无铅环保自润滑轴承材料自润滑轴承材料组成为铜合金粉的成分为雾化CuSnSNi 1，粒度为-200目，Al粉粒度为-200目，质量配比为94%雾化CuSn8Nil粉，6%电解铝粉。制造工艺如下各组分按配比混合均勻后采用三维混料器混合均勻；采用厚度2. 5mm的45号钢板加工成钢背，镀铜，镀层厚度8 μ m，采用梯度铺粉的方式把混合均勻的原料均勻的铺在钢背上，合金粉厚度为8mm ；松装加压烧结工艺如下快速升温至850，保温45min，通氢气保护， 然后水冷至室温出炉；在不可逆二辊冷轧机上进行初轧，初轧使合金层厚度为4. 5mm ；再在 830下进行复烧，保温时间为30min，通氢气保护；在不可逆二辊冷轧机上进行复轧，轧下率为5% ；然后进行退火和精轧处理。摩擦磨损性能采用美国UMT3摩擦磨损试验机进行摩擦实验，介质为飞天玉柴油，转速η = 900rpm，载荷为50N，平均摩擦因数μ = 0.089，磨痕宽度为1095 μ m。市场上广泛使用的、经后续镀层处理CuSnlOI^blO轴瓦材料，在同样的实验条件下，其摩擦因数μ = 0.089，磨痕宽度为1163 μ m。实施例2 无铅环保自润滑轴承材料自润滑轴承材料组成为铜合金粉的成分为雾化CuSnSNi 1，粒度为-200目，Al粉粒度为-200目，质量配比为96%雾化CuSn8Nil粉，4%电解铝粉。制造工艺如下各组分按配比混合均勻后采用三维混料器混合均勻；采用厚度2. 5mm的45号钢板加工成钢背，镀铜，镀层厚度15 μ m，采用梯度铺粉的方式把混合均勻的原料均勻的铺在钢背上，合金粉厚度为8mm ；松装加压烧结工艺如下快速升温至850°C，保温45min，通氢气保护，然后水冷至室温出炉；在二辊不可逆冷轧机上进行初轧，初轧使合金层厚度为4. 5mm ； 再在830°C下进行复烧，保温时间为30min，通氢气保护；在不可逆二辊冷轧机上进行复轧， 轧下率为5% ；然后进行退火和精轧处理。摩擦磨损性能采用美国UMT3摩擦磨损试验机进行摩擦实验，介质为飞天玉柴油，转速η = 1500rpm，载荷为50N，平均摩擦因数μ = 0. 068，磨痕宽度为995 μ m。实施例3 无铅环保自润滑轴承材料自润滑轴承材料组成为铜合金粉的成分为雾化CuSnSNi 1，粒度为-200目，Al粉粒度为-200目，质量配比为:90%雾化CuSnSNil粉，10%铝。制造工艺如下
各组分按配比混合均勻后采用三维混料器混合均勻；采用厚度2. 5mm的45号钢板加工成钢背，镀铜，镀层厚度12 μ m，采用梯度铺粉的方式把混合均勻的原料均勻的铺在钢背上，合金粉厚度为8mm ；松装加压烧结工艺如下快速升温至840°C，保温30min，通氢气保护，然后水冷至室温出炉；在不可逆二辊冷轧机上进行初轧，初轧使合金层厚度为4. 5mm ； 再在820°C下进行复烧，保温时间为15min，通氢气保护；在不可逆二辊冷轧机上进行复轧， 轧下率为3% ；然后进行退火和精轧处理。摩擦磨损性能采用美国UMT3摩擦磨损试验机进行摩擦实验，介质为飞天玉柴油，转速η = 1500rpm，载荷为50N，平均摩擦因数较低，磨损量也较小。实施例4 无铅环保自润滑轴承材料自润滑轴承材料组成为铜合金粉的成分为雾化CuSnSNi 1，粒度为-200目，Al粉粒度为-200目，质量配比为:92%雾化CuSnSNil粉，8%铝。制造工艺如下各组分按配比混合并采用三维混料器混合40min ；采用厚度2. 5mm的低碳镀铜钢板加工成钢背，采用梯度铺粉的方式把混合均勻的原料均勻的铺在钢背上，合金粉厚度为 8mm ；松装加压烧结工艺如下快速升温至860°C，保温40min，通氢气保护，然后水冷至室温出炉；在不可逆二辊冷轧机上进行初轧，初轧使合金层厚度为4. 5mm ；再在840°C下进行复烧，保温时间为20min，通氢气保护；在不可逆二辊冷轧机上进行复轧，轧下率为4% ；然后进行退火和精轧处理。摩擦磨损性能采用美国UMT3摩擦磨损试验机进行摩擦实验，介质为飞天玉柴油，转速η = 900rpm，载荷为120N，平均摩擦因数较小，低于0. 02，体积磨损也较小，自润滑材料层的磨痕宽度仅为1mm。
权利要求
1.一种环保无铅铜基自润滑材料，其特征是铜合金粉的成分为雾化CuSnSNil，粒度为-200目，Al粉粒度为-200目，质量配比为90 96雾化CuSn8Nil粉，4 10铝。
2.制备权利要求1所述的环保无铅铜基自润滑材料的工艺，其特征是步骤如下(1)混料把成分为雾化CuSnSNi 1，粒度为-200目的铜合金粉和粒度为-200目的Al粉按质量配比为90 96雾化CuSn8Nil粉，4 10铝先预混合在一起，混合均勻；(2)制作支撑钢背采用钢板按压坯尺寸制作支撑钢背，支撑钢背表面电镀铜，电镀铜层厚度8 15 μ m ；(3)铺粉采用梯度铺粉方式把混合均勻的原料粉均勻铺在钢背上；(4)松装烧结采用松装烧结的方法，把铺粉后的样品放入烧结炉中进行烧结，初烧温度850士 10°C， 保温 30-45min ；(5)初轧根据烧结后样品收缩率，决定初轧下率，设计时，根据最终成品厚度确定相应的钢板预留轧制厚度和粉体的收缩率及轧制量；(6)复烧将经步骤G)、(5)所得的无铅自润滑材料，在烧结炉中复烧，复烧温度830士 10°C，保温 15-30min ；(7)复轧将经步骤(6)制得的自润滑材料在冷轧机上进行复轧，使材料尺寸达到设计要求，轧制压下率控制为3% 5% ；(8)退火及精轧将经步骤(7)制得的材料在烧结炉中进行退火处理，消除加工硬化，然后根据设计要求进行精轧校平。
3.根据权利要求2所述的制备环保无铅铜基自润滑材料的工艺，其特征是上述步骤 (5)中初轧采用不可逆二辊冷轧机。
4.根据权利要求2或3所述的制备环保无铅铜基自润滑材料的工艺，其特征是上述步骤(7)中复轧采用不可逆二辊冷轧机。
全文摘要
本发明公开了一种环保无铅铜基自润滑材料及其制备工艺，铜合金粉的成分为雾化CuSn8i1，粒度为-200目，Al粉粒度为-200目，质量配比为90～96雾化CuSn8Ni1粉，4～10铝。制备工艺步骤如下(1)混料、(2)制作支撑钢背、(3)铺粉、(4)松装烧结、(5)初轧、(6)复烧、(7)复轧、(8)退火及精轧。本发明是具有较好的结合性能和良好的摩擦磨损性能的环保无铅铜基自润滑材料及其制备工艺。
文档编号B21B37/00GK102228991SQ201110163148
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者丁莉, 姚萍屏, 赵林 申请人:中南大学