一种多尺度结构铝锡基轴承合金的制造方法技术

本发明专利技术的一种多尺度结构铝锡基轴承合金的制造方法，是在具有纳米相复合结构的机械合金化粉体中添加相同成分的具有粗晶结构的原始混合粉体，其具体步骤为：将高纯度的粒度在200目左右的Al、Sn粉体按一定的质量比，在氩气保护下进行高能球磨，制备出具有纳米相复合结构的Al-Sn合金粉体；将Al、Sn粉体按上述相同的质量比进行普通混粉，得到原始混合粉体；将Al-Sn合金粉体和原始混合粉体均匀混合；将混合后的粉体冷压成型，得到生坯；生坯真空烧结制备出具有优良摩擦学性能的Al-Sn系轴承合金。本发明专利技术的这种铝锡基轴承合金具有多尺度结构，其致密度、耐磨性都有了大幅度提高，硬度的可调幅度变大，与轴的匹配度较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械合金化制备铝锡基轴承合金
，具体涉及一种多尺度结构 铝锡基轴承合金的制造方法。
技术介绍
铝基轴承合金具有表面性能优良、导热性好、比重小和抗疲劳强度高等优点，被广 泛使用在制造汽车发动机轴瓦领域。铝基轴承合金主要指Al-Sn系和Al-H3系合金等。近 年来，随着人们环保意识的提高和世界各国工业领域“无铅化”的推进，Pb作为对环境有污 染的重金属将逐步被禁止大量使用于工业生产中。因此，Al-Sn系轴承合金作为一种有发 展前景的轴瓦材料逐步成为各国研究的重点。对于铝基轴承合金的制备方法，主要以铸造为主，国外只有很少几篇关于Al-Pb 系轴承合金的粉末烧结专利，而国内关于Al-Sn系轴承合金的粉末烧结专利尚未发现。制备铝锡轴承合金，首先是Sn的分布至关重要，若Sn分布均勻，则轴瓦的整个接 触面可以得到有效的润滑；若Sn分布不均勻，则在贫Sn处，会造成Al基体与轴的粘着以至 迅速磨损甚至咬合，导致轴瓦报废。最初人们是采用传统的铸造方法生产Al-Sn系合金，但 是遇到许多问题，其中以比重偏析为最。其次是Al、Sn的晶粒尺寸控制，若Al、Sn晶粒尺寸 细小，则轴瓦的硬度、磨损性能和疲劳强度等都十分优良，特别是在高温、高载条件下表现 更加出色。一些研究者近年来采用粉末冶金方法制备Al-Sn轴承合金使Sn相均勻分散到 Al基体上，但所分散的Sn相其晶粒和颗粒尺寸较大。具有优良摩擦学性能的Al-Sn合金， 要求Sn相要细小均勻且弥散分布在Al基体中。通过机械合金化方法可获得Al基体的晶 粒尺寸为几百纳米，弥散分布在Al基体上的Sn相平均尺寸为几十纳米。从易实现工业化 上来看，机械合金化制备的Al-Sn合金粉体满足了粉末烧结的制粉需求。同时，在国内外工 业轴瓦上这种工艺使用非常少，研究前景较大。公开号为CN 1539578A的专利申请文件中公开了一种利用机械合金化方法制备 Al-I^b轴承合金的方法，但是由于Al-Sn相比于Al-I^b更难烧结，烧结强度不高，造成单纯使 用Al-Sn机械合金化粉体很难制备出优良力学性能的轴承合金；同时，通过高能球磨制备 出的MA Al-Pb/Sn合金硬度过高且变化范围较窄，与常用轴的匹配度很低。
技术实现思路
为了克服和解决现有制备铝锡基轴承合金技术中存在的缺点，并着力解决Al-Sn 系合金的粉末烧结问题，本专利技术提供。本专利技术是将具有不同晶粒、颗粒大小的Al-Sn合金粉(MA)与未由经球磨的Al粉 体、Sn粉体混合而成的原始混合粉体(SM)复合制备出具有多尺度结构的轴承合金。通过不 同尺度结构相在硬度上的相互配合，以期获得优良的摩擦学性能和其他力学性能。本专利技术的原理是将不同成分配比的Al粉体和Sn粉体放在高能球磨机中，经球磨 碰撞，粉体产生反复塑性变形、冷焊、破碎、细化，并发生扩散和固态反应形成Al-Sn合金粉体(MA粉体)。由于球磨后的MA粉体晶粒为几十到一百多纳米，表面能高、存在较大应力，导 致MA粉体颗粒硬度较大(MA Al-U%Sn显微硬度108HVa5)，从而获得一种具有纳米相复合 结构的细小硬质颗粒。这种细小硬质颗粒难以压制和烧结。而原始粉体未经过球磨，其晶粒 粗大(微米尺寸)，不存在应力，硬度(SM Al-U%Sn显微硬度MHVa5)只为MA粉体的1/5倍。 因此，采用将具有纳米相复合结构的硬质颗粒和原始混合粉体(粗晶结构的软质颗粒)相互 复合的办法，克服了样品的压制和烧结困难问题。必须指出的是，相比单纯利用MA粉体或 SM粉体获得的样品，所制备多尺度结构样品，由于其在晶粒、颗粒和硬度上都存在着很大的 可协调性，不但提高了压制和烧结致密度，更令人惊喜的是获得了极其优良的摩擦学性能。本专利技术的目的具体通过以下技术方案实现(1)将纯度>99.9%、粒度为100 200目的Al粉体、Sn粉体在氩气保护下进行球磨； 球磨机转速为250 300rpm，球磨时间为40小时，得到Al-Sn合金粉体；所述Sn粉体的 质量占Al-Sn合金粉体质量的12 20% ；(2)将粒度为200 1000目的原始Al粉体、Sn粉体，按照和所述Al-Sn合金粉体相同 成分的配比进行均勻混合，得到原始混合粉体；将上述Al-Sn合金粉体与原始混合粉体均 勻混合，得到二次混合粉体；所述原始混合粉体的质量占二次混合粉体质量的10 90% ；(3)所述二次混合粉体冷压成型，采用单轴向压制成块，压制压力为250 350KN，得到 压制后样品；(4)所述压制后样品放入真空炉内烧结，先抽真空到0.008 0. 08Pa,随后通入氩气， 加热到100 200°C并保温0. 5 1. 5小时，然后升温到450 600°C并保温0. 5 2小时， 再随炉冷却即可。所述步骤(1)的球磨机配以淬火不锈钢球作为高能球磨工作载体，所述淬火不锈 钢球与Al-Sn合金粉体的质量比为10 15:1。所述步骤(2)的原始混合粉体中的Al粉体、Sn粉体颗粒尺寸控制在 200 1000目范围内；所述原始混合粉体的粗晶结构的晶粒尺寸在微米尺寸范围。与现有技术相比，本专利技术具有如下的优点(1)本专利技术制备的Al-Sn系合金克服了Sn的比重偏析，使之尽量均勻细小弥散地分布 于Al基体上，从而增强合金的摩擦学性能；(2)本专利技术所制备的多尺度结构的Al-Sn系合金中，一方面Sn和Al元素组成一对软 硬相，即软相Sn细小均勻弥散分布于硬的Al基体上；另一方面SM粉体和MA粉体又组成 另外一对软硬相，即软的较大SM颗粒均勻分布于MA区域中。这种不同尺度结构相的复合， 可以根据实际工业生产需要从两个方面(Al和Sn元素的成分配比，MA粉和SM粉的成分配 比)灵活调整合金的成分配比，从而调整合金的硬度，最终获得与轴有着最大匹配度的轴承 合金；(3)本专利技术制成的多尺度结构铝锡基轴承合金的摩擦磨损性能比其他方法都有显著提 高，应用前景广泛；(4)本专利技术相比其他方法，克服了传统材料在个别性能上的局限性，增强了合金各种性 能的相互协调性，由此可获得更优良的综合性能。附图说明图1为本专利技术制造多尺度结构铝锡基轴承合金的工艺流程图；图2为本专利技术实施例1制备的具有多尺度结构Al - 12%Sn (SM :MA=3:7)轴承合金的 SEM 图3是采用同本专利技术实施例1至实施例5的相同制备工艺，不同MA和SM粉体比例的 显微硬度随变化曲线图4为本专利技术的实施例1至实施例5制备的多尺度结构铝锡基轴承合金和其他工艺合 金的磨损体积对比图5是采用同实施例1至实施例5制备的相同工艺下，不同MA和SM粉体比例在100N 载荷下磨损体积对比图6为本专利技术的实施例6至实施例9制备的具有多尺度结构Al - 12%Sn(SM :MA=3:7) 轴承合金在100N载荷下的磨损量变化图7为本专利技术的实施例10至实施例13制备的多尺度结构Al - 20%Sn轴承合金和其 他工艺合金的磨损体积对比图。具体实施例方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。多尺度结构铝锡基轴承合金的工艺流程如图1所示，主要包含高能球磨、混粉、冷 压成型和真空烧结等工艺。实施例1将纯度为99. 9%、粒度为200目的88wt%Al、12wt%Sn粉在氩气保护下进行球磨，球磨机 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种多尺度结构铝锡基轴承合金的制造方法，其特征在于将Ａｌ粉体、Ｓｎ粉体高能球磨，制备出Ａｌ－Ｓｎ合金粉体，Ｓｎ粉体质量占Ａｌ－Ｓｎ合金粉体质量的１２～２０％；将原始Ａｌ粉体、Ｓｎ粉体按照与Ａｌ－Ｓｎ合金粉体相同的质量比进行普通混粉，获得原始混合粉体；将所述Ａｌ－Ｓｎ合金粉体与原始混合粉体均匀混合，得二次混合粉体，所述原始混合粉体的质量占二次混合粉体总质量的１０～９０％；将二次混合粉体直接冷压成型，得到生坯；将所述的生坯进行真空烧结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱敏，鲁忠臣，曾美琴，舒小飞，王辉，高岩，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81