一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，将粉体混合物通过一烧、一轧、二烧、二轧在低碳钢钢背表面烧结形成钢基合金减摩层，形成双金属材料板材。本发明专利技术的铜合金层以铋、铜包石墨和磷酸氢锆为减摩元素，铋作为软金属，具有一定的润滑功能，铜包石墨能够保证石墨与合金基体的结合以及在烧结过程中的稳定性，使其在后续摩擦过程中正常发挥减摩的作用。同时，磷酸氢锆的片层状结构，也易于滑移，形成润滑膜，起到减摩的作用，它们的协同作用能够有效降低摩擦因数。本发明专利技术制备工艺简单，尤其是混粉简便，混粉时间较短，原料不必进行其它处理，可控性好，成本低廉，适用于工业批量生产。量生产。量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法


[0001]本专利申请涉及金属材料
，特别是涉及一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法。

技术介绍

[0002]传统的铜铅双金属板材由于其承载能力大、减摩性和导热性好等优点，被广泛制造滑动轴承等摩擦材料应用于航空航天、汽车和船舶等领域。然而，近些年，人们对绿色、环保、健康的要求愈发限制了铅的应用。因而，诸如铋等各种替代固体润滑材料应运而生，其具有一定的减摩抗咬合性。然而，铋是一种脆性金属，延展性差，摩擦过程中容易从表面剥落，导致摩擦稳定性和抗粘着作用变差；而石墨则更适用于大气环境下，且与铜基体的界面湿润性差，结合不牢固。因此，可以通过在石墨上镀铜来改善石墨与铜基体的结合，同时保护石墨在烧结时的稳定性。
[0003]此外，对于替代传统含铅双金属板材的方法上，大家广泛聚焦于板材的减摩抗咬合性能，忽视了板材的承载能力。传统的含铅双金属，如CuSn10Pb10，承载PV极限在13MPa
·
m/s左右，而CuSn10Bi3的PV极限仅为7MPa
·
m/s左右，约为铜铅合金的一半。较低的PV极限限制了铜铋双金属的应用场景。为此，我们提出一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利申请的目的在于提供一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，解决上述现有技术的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，将粉体混合物通过一烧、一轧、二烧、二轧在低碳钢钢背表面烧结形成钢基合金减摩层，形成双金属材料板材。
[0007]进一步的，具体包括如下步骤：
[0008]S1、一烧：将铺设好粉体混合物的低碳钢板材放入传送钢带上进行烧结，得到板材毛坯；
[0009]S2、一轧：对一烧后的板材进行轧制，轧制量为一烧后板材毛坯厚度的5
‑
15％，通过多次轧制达到轧制量；
[0010]S3、二烧：将一轧后的板材毛坯放入传送钢带上进行烧结，得到修整板材；
[0011]S4、二轧：对二烧后的板材进行轧制，轧制量为二烧后修整板材厚度的3
‑
7％，通过多次轧制达到轧制量，得到表面光洁的双金属材料板材。
[0012]进一步的，所述步骤S1和S3中的烧结均是在氨分解气氛保护网带炉内进行。
[0013]进一步的，所述步骤S1中的烧结温度为810
‑
840℃，烧结频率为25
‑
35Hz，烧结时间为50
‑
70min。
[0014]进一步的，所述步骤S3中的烧结温度为800
‑
830℃，烧结频率为25
‑
35Hz，烧结时间
为50
‑
70min。
[0015]进一步的，所述粉体混合物是由以下组分按质量百分比构成：
[0016]铜锡铋预合金粉90％
‑
98％；
[0017]铜包石墨1％
‑
5％；
[0018]磷酸氢锆1％
‑
5％。
[0019]进一步的，所述铜锡铋预合金粉中，铋占铜锡铋预合金粉总质量的1
‑
3％，锡占铜锡铋预合金粉总质量的5
‑
11％，余量为铜；
[0020]所述铜包石墨中的铜含量占铜包石墨总质量的18
‑
22％。
[0021]进一步的，所述磷酸氢锆为3250目粉末，铜锡铋预合金粉和铜包石墨为150目粉末。
[0022]进一步的，所述粉体混合物在步骤S1前需经配粉和混粉，然后在低碳钢钢背上进行铺粉。
[0023]进一步的，所述粉体混合物的配粉、混粉和铺粉方法具体如下：
[0024]配粉：按质量比将铜锡铋预合金粉、铜包石墨粉和磷酸氢锆粉混合成粉体混合物；
[0025]混粉：使用双锥混粉机将上述粉体混合物搅拌均匀，混粉机频率30
‑
60r/min，混合0.5
‑
1.5h；
[0026]铺粉：使用铺粉机将混合均匀的粉体混合物粉末铺设到低碳钢钢背上，其中，低碳钢的厚度为2.08
‑
2.14mm，粉体混合物的铺设厚度为1.0
‑
1.1mm，铺粉机的上部传送带的频率为40
‑
60Hz、下部传送带的频率为10
‑
20Hz。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0028]一、本专利技术的铜合金层以铋、铜包石墨和磷酸氢锆为减摩元素，铋作为软金属，具有一定的润滑功能，铜包石墨能够保证石墨与合金基体的结合以及在烧结过程中的稳定性，使其在后续摩擦过程中正常发挥减摩的作用。同时，磷酸氢锆的片层状结构，也易于滑移，形成润滑膜，起到减摩的作用，它们的协同作用能够有效降低摩擦因数。
[0029]二、同时，石墨和磷酸氢锆本身具有一定的承载能力，铜包石墨能够很好的与铜合金结合，不至于在摩擦中快速脱落，磷酸氢锆选择无镀层的更细小的样品，目的是使其更易于转移到摩擦副之间，阻止摩擦副的直接接触，提供减摩性和提高摩擦稳定性。石墨和磷酸氢锆共同作用提升材料的减摩性和承载能力。
[0030]三、传统含铅双金属CuSn10Pb10，承载PV极限在13MPa
·
m/s左右，而CuSn10Bi3的PV极限仅为7MPa
·
m/s左右，约为铜铅合金的一半。而本专利技术在铜锡铋预合金粉中添加一定量的铜包石墨和磷酸氢锆后，材料的PV极限提高到13MPa
·
m/s左右，显著大于铜铋合金，几乎提升了一倍，与含铅双金属极限PV相近，提高了材料的应用范围。
[0031]四、本专利技术制备工艺简单，尤其是混粉简便，混粉时间较短，原料不必进行其它处理，可控性好，成本低廉，适用于工业批量生产。
附图说明
[0032]图1
‑
3为本专利技术对比例三组含铅双金属CuSn10Pb10定速定载浸油润滑试验曲线图；
[0033]图4
‑
6为本专利技术对比例三组含铅双金属CuSn10Pb10逐级加载油循环试验曲线图；
[0034]图7
‑
9为本专利技术对比例三组含铅双金属CuSn10Bi3定速定载浸油润滑试验曲线图；
[0035]图10
‑
12为本专利技术对比例三组含铅双金属CuSn10Bi3逐级加载油循环试验曲线图；
[0036]图13为本专利技术实施例1制得的双金属材料板材的定速定载浸油润滑试验曲线图；
[0037]图14为本专利技术实施例2制得的双金属材料板材的定速定载浸油润滑试验曲线图；
[0038]图15为本专利技术实施例3制得的双金属材料板材的定速定载浸油润滑试验曲线图；
[0039]图16为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于：将粉体混合物通过一烧、一轧、二烧、二轧在低碳钢钢背表面烧结形成钢基合金减摩层，形成双金属材料板材。2.根据权利要求1所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、一烧：将铺设好粉体混合物的低碳钢板材放入传送钢带上进行烧结，得到板材毛坯；S2、一轧：对一烧后的板材进行轧制，轧制量为一烧后板材毛坯厚度的5
‑
15％，通过多次轧制达到轧制量；S3、二烧：将一轧后的板材毛坯放入传送钢带上进行烧结，得到修整板材；S4、二轧：对二烧后的板材进行轧制，轧制量为二烧后修整板材厚度的3
‑
7％，通过多次轧制达到轧制量，得到表面光洁的双金属材料板材。3.根据权利要求2所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1和S3中的烧结均是在氨分解气氛保护网带炉内进行。4.根据权利要求3所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的烧结温度为810
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840℃，烧结频率为25
‑
35Hz，烧结时间为50
‑
70min。5.根据权利要求3所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的烧结温度为800
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830℃，烧结频率为25
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35Hz，烧结时间为50
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70min。6.根据权利要求2所述的一种高承载减摩无铅双金属材料的制备方法，其特征在于，所述粉体混合物是由以下组分按质量百分比构成：铜锡铋预合...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兆方，丁晓龙，郑合静，章然，
申请(专利权)人：合肥波林新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：