【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自润滑材料领域，具体涉及一种铜-钢双金属自润滑材料及其制造方法。
技术介绍
1、铜-钢双金属自润滑材料既满足了摩擦副材料的匹配要求又提高了材料的疲劳强度，广泛在滑动轴承、轴套、滑块、滑轨等部件中应用，减少摩擦和磨损，延长使用寿命，特别是在难以进行常规润滑或需要长期免维护的场合。提供可靠的低摩擦和耐磨性能，在极端环境下保持稳定工作。铜-钢双金属自润滑材料具有独特的优势：能够在多种严苛环境下提高设备的工作效率和使用寿命，减少维护需求，同时降低能耗和运行成本。
2、由于铜合金价格较高且强度较低，为了降低成本，工业上不直接使用铜合金作为自润滑材料，而是在钢背上面组合一层铜合金层。钢与铜直接通过熔化焊、钎焊、固态扩散焊、粉末冶金方法等方法组合在一起。
3、采用熔化焊时，经常发生铜渗到钢晶粒之间，产生热应力，使焊缝发生断裂，同时合金元素易烧损、易蒸发，且在焊缝中易产生锡、铅等元素的偏析。而钎焊多用于钢与铜及铜合金较精密的焊接，钎焊虽然不会出现熔化焊时易产生的裂纹、气孔、偏析等问题，但钎焊时易降低接头的抗腐蚀性能，接头强度较低，且使用范围受一定限制。此外，对于铜-钢双金属自润滑材料，焊接面积过大，加热过程变形不均，难以保证铜-钢结合完整。
4、固态扩散焊以真空扩散焊应用的最为广泛，由于固态焊接头之间不产生熔化，没有熔合区，避免了接头因熔化而出现组织变化、成分偏析和晶粒长大等问题。但真空扩散焊首先需要将铜合金烧结成形。目前铜基合金层一般不直接使用常见的合金元素，需要额外添加减磨耐磨单元，例如二硫
5、例如，公告号为cn1775426a的中国专利技术申请提出了一种铜-钢双金属轴承材料制造工艺，该申请在钢铁基板上需增加一过渡层以保证铜与钢背基板结合完整，该方法需要反复轧制并且不易直接制造零件，制造效率低下。
6、因此需要对铜-钢双金属自润滑材料及其零件的制备工艺进行优化。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对上述技术现状提供一种钢背基体和铜合金层的强度更好的铜-钢双金属自润滑材料。
2、本专利技术所要解决的第二个技术问题是针对上述技术现状提供一种铜钢结合强度更高的铜-钢双金属自润滑材料的制造方法。
3、本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铜-钢双金属自润滑材料，其特征在于：包括钢背基体和设于钢背基体上的铜合金层；所述钢背基体包括以下重量份组分：0～1.2％磷、0～5％铜、0.1～1.0％碳、0～5％镍、0～2％钼、0～3.5％铬，余量为铁和不可避免杂质；
4、铜合金层包括以下重量份组分：0.05～1.2％磷、0～1.2％硫、0～1.8％钼、0～6.0％碳、0～7w％硅、0～15％锡、0～5.0％镍、0～10.0％锌，余量为铜和不可避免杂质。
5、本专利技术解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种铜-钢双金属自润滑材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
6、①制作钢背基体：按照重量份组成称取钢背基体的原料，将原料放于模具中模压得到钢背基体生胚；烧结钢背基体生坯得到钢背基体，所述烧结温度为1050～1200℃；
7、②制作铜合金层：按照重量份组成称取铜合金层的原料，将铜合金层的原料铺设至钢背基体上并放入烧结炉中烧结，所述烧结温度为700～1000℃，得到铜-钢双金属自润滑材料。
8、采用粉末冶金工艺制造钢背，相比于传统方法，粉末冶金工艺可以实现钢背的高效生产，提高生产效率，降低生产成本。
9、铜合金层中与钢背基板接触的铜磷合金粉熔化后有利于铜铁之间的扩散，利于提升钢背与铜合金层的结合强度。这一点是现有技术无法做到的，现有的铜-钢双金属复合材料的制备方法往往无法实现铜合金层与钢背基体之间的高强度结合。
10、为了使铜合金层进一步致密化，优选地，还包括后处理，所述后处理为：对步骤②制得的铜-钢双金属自润滑材料进行复压。此外，在步骤②与后处理之间可以增加一个步骤③：翻转步骤②得到的产品后重复步骤②；该方法不仅可以用于制备单面为铜合金层的铜-钢双金属复合材料，还可以用于制备三明治式的铜-钢双金属自润滑轴承，即钢背在中间层，两端为铜合金层，具有较强的适应性。
11、为了减少环境污染，符合环保的要求，优选地，所述步骤①和②的烧结气氛均为非氧化性气体或真空。
12、优选地，所述步骤①和②的烧结气氛均为氮气、氮氢混合气、分解氨、氢气或真空的一种。
13、优选地，所述步骤①的模压的压力为300～900mpa。
14、优选地，所述步骤①的钢背基体的原料按重量份为：0.1～1.2％石墨、0～5.0％电解铜粉、0.1～5％铁磷合金粉，0～5％镍、0.1～0.8％润滑剂粉末，余量为纯铁粉或铁合金粉。其中，铁磷合金粉中磷含量为13～25wt％，铁磷合金粉的d99小于80μm。
15、优选地，所述润滑剂为聚酰胺蜡。
16、优选地，所述石墨的d90＜100微米。
17、优选地，所述步骤②的铜合金层的原料按重量份包括：0.1～10％铜磷合金粉、0～3％二硫化钼、0～3.0％石墨、0～10％碳化硅、0～15％锡、0～5.0％镍、0～10.0％锌，余量为铜和不可避免杂质。铜磷合金粉通过水雾化、气雾化或水汽联合雾化制备。铜磷合金粉的p含量为5～15wt％，余量为铜；铜磷合金粉粒度d99小于90μm。为了提升铜合金层的耐磨性，原料中的碳化硅可以更换为al2o3，sio2，wc，tic，zro2，tio2，cbn，si3n4，tib2等。
18、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：在钢背基体中添加了磷作为合金元素，提高了钢背的强度，降低了烧结温度；在铜合金层中添加了铜磷合金粉末，降低了铜合金层的烧结温度，提升了铜合金层的密度和强度并且减少能源消耗、降低成本。
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1.一种铜-钢双金属自润滑材料，其特征在于：包括钢背基体和设于钢背基体上的铜合金层；所述钢背基体包括以下重量份组分：0～1.2％磷、0～5％铜、0.1～1.0％碳、0～5％镍、0～2％钼、0～3.5％铬，余量为铁和不可避免杂质；
2.一种权利要求1所述的铜-钢双金属自润滑材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：还包括后处理，所述后处理为：对步骤②制得的铜-钢双金属自润滑材料进行复压。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤①和②的烧结气氛均为非氧化性气体或真空。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤①和②的烧结气氛均为氮气、氮氢混合气、分解氨、氢气或真空的一种。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤①的模压的压力为300～900MPa。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤①的钢背基体的原料按重量份为：0.1～1.2％石墨、0～5.0％电解铜粉、0.1～5％铁磷合金粉，0～5％镍、0.1～0
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为聚酰胺蜡。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述石墨的D90＜100微米。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤②的铜合金层的原料按重量份包括：0.1～10％铜磷合金粉、0～3％二硫化钼、0～3.0％石墨、0～10％碳化硅、0～15％锡、0～5.0％镍、0～10.0％锌，余量为铜和不可避免杂质。
...【技术特征摘要】
1.一种铜-钢双金属自润滑材料，其特征在于：包括钢背基体和设于钢背基体上的铜合金层；所述钢背基体包括以下重量份组分：0～1.2％磷、0～5％铜、0.1～1.0％碳、0～5％镍、0～2％钼、0～3.5％铬，余量为铁和不可避免杂质；
2.一种权利要求1所述的铜-钢双金属自润滑材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：还包括后处理，所述后处理为：对步骤②制得的铜-钢双金属自润滑材料进行复压。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤①和②的烧结气氛均为非氧化性气体或真空。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤①和②的烧结气氛均为氮气、氮氢混合气、分解氨、氢气或真空的一种。
6.根据权利要求2...
【专利技术属性】
技术研发人员：包崇玺，陈志东，赵翔宇，
申请(专利权)人：东睦新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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