本發(fā)明涉及一種用于滑動(dòng)軸承電弧熔覆的鉍青銅復(fù)合絲材及其制備工藝和應(yīng)用，屬于合金材料。

背景技術(shù)：

1、鉍青銅由于銅鉍不互溶，較軟的鉍分布在銅基體上，有自潤滑作用，因此作為軸承合金材料其摩擦系數(shù)小，耐磨性能優(yōu)良，具備良好的應(yīng)用前景。目前，鉍青銅材料的主要研發(fā)方向有鉍青銅粉材和鉍青銅絲材，其中采用鉍青銅粉材進(jìn)行激光熔覆時(shí)，存在的缺點(diǎn)是由于銅基材料對(duì)激光的高反射率和粉材利用率影響，使得激光熔覆銅基材料還存在較為明顯的效率和氣孔等缺陷問題。電弧熔覆對(duì)銅基材料的熔覆加工有更好的熱效率，更具優(yōu)勢(shì)。而電弧熔覆所需鉍青銅絲材的研發(fā)存在技術(shù)瓶頸：鉍青銅中鉍的存在形式是單質(zhì)相，往往富集在銅相的晶界處，導(dǎo)致鉍青銅材料的強(qiáng)度降低，加工塑性下降，因此在絲材成型加工過程中極易發(fā)生脆性斷裂，絲材加工難度極大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中鉍青銅絲材成型加工過程中極易發(fā)生脆性斷裂問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于滑動(dòng)軸承電弧熔覆的鉍青銅復(fù)合絲材的制備工藝，通過成分與工藝的改進(jìn)，將銅和鉍在絲材結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分離，制備一種復(fù)合焊絲。具體是按照熔點(diǎn)的高低將絲材截面分為兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)芯為高熔點(diǎn)，高強(qiáng)度的錫青銅，外層為低熔點(diǎn)，低強(qiáng)度的錫鉍二元合金；并采用液相通道連續(xù)復(fù)合工藝將低熔點(diǎn)的外層材料復(fù)合在內(nèi)芯錫青銅上。

2、同時(shí)，本發(fā)明提供一種用于滑動(dòng)軸承電弧熔覆的鉍青銅復(fù)合絲材。

3、同時(shí)，本發(fā)明提供一種用于滑動(dòng)軸承電弧熔覆的鉍青銅復(fù)合絲材在軸承合金中的應(yīng)用。

4、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

5、一種用于滑動(dòng)軸承電弧熔覆的鉍青銅復(fù)合絲材，鉍青銅復(fù)合絲材包括兩層結(jié)構(gòu)，按重量百分比計(jì)，

6、內(nèi)芯結(jié)構(gòu)為錫青銅，其中sn含量4.36％-7.24％，余量為cu；

7、外層結(jié)構(gòu)為錫鉍二元合金層，其中sn含量30％-70％wt，bi含量30％-70％wt。

8、一種用于滑動(dòng)軸承電弧熔覆的鉍青銅復(fù)合絲材的制備工藝，包括以下步驟：

9、s1，將錫青銅焊絲穿過錫槽；

10、s2，開啟局部冷卻裝置進(jìn)行局部過冷工藝；

11、s3，向錫槽中注入錫鉍合金液；

12、s4，待錫青銅焊絲周圍錫鉍合金液凝固后，形成固相錫鉍合金區(qū)，開啟激光-電弧定向能量沉積裝置，通過激光-電弧復(fù)合定向能量沉積工藝在凝固的錫鉍合金中形成以錫青銅焊絲為中心的液相通道后，錫青銅焊絲以5mm/s-15mm/s的速度開始自上而下運(yùn)動(dòng)；通過調(diào)節(jié)激光能量控制液相通道底孔孔徑的大小，控制鉍青銅復(fù)合焊絲絲徑；鎢針電極為圍繞錫青銅焊絲進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)電極，鎢針電極距離錫青銅焊絲6-8mm，轉(zhuǎn)速為40-80r/min；

13、s5，經(jīng)拉拔工藝將鉍青銅復(fù)合焊絲直徑拉拔至0.8-1.6mm，獲得用于滑動(dòng)軸承電弧熔覆的鉍青銅復(fù)合絲材。

14、優(yōu)選地，局部過冷工藝的溫度為40-45℃。

15、優(yōu)選地，錫青銅焊絲的直徑為2-4mm。

16、優(yōu)選地，錫鉍合金液中sn含量30％-70％wt，bi含量30％-70％wt，錫槽中錫鉍合金液的深度為5mm-10mm。

17、優(yōu)選地，激光-電弧復(fù)合定向能量沉積工藝的激光功率300w-600w，電弧電流60a-70a，電壓11v-12v，定向即為電弧固定向固相錫鉍合金區(qū)作用，激光固定向底孔方向作用。

18、一種用于滑動(dòng)軸承電弧熔覆的鉍青銅復(fù)合絲材的電弧熔覆工藝，電流90a，電壓12v，擺動(dòng)頻率0.6hz，擺幅寬度25mm，速度6cm/min。

19、本發(fā)明的電弧熔覆工藝獲得的電弧熔覆層，按重量百分比計(jì)，其成分為：bi：2.17-5.66％，sn：6.43-11.76％，余量為cu。

20、優(yōu)選地，本發(fā)明的電弧熔覆工藝獲得的電弧熔覆層，電弧熔覆層的成分還包括cr、zr、ti、p中的一種或多種，按重量百分比計(jì)，cr、zr、ti、p中的一種或多種的總含量為0.05-0.08％。

21、一種用于滑動(dòng)軸承電弧熔覆的鉍青銅復(fù)合絲材在軸承合金中的應(yīng)用。

22、優(yōu)選地，冷卻裝置中通入40-45℃恒溫循環(huán)冷卻水。

23、優(yōu)選地，錫青銅焊絲2-4mm，復(fù)合后錫鉍合金層厚度0.04-0.08mm，拉拔到0.8-1.6mm時(shí)錫鉍合金厚度0.015-0.03mm。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

25、1.目前尚無鉍青銅焊絲制備的成熟技術(shù)，與本技術(shù)方案相似的有光伏焊帶錫合金浸鍍技術(shù)，是將涂有助焊劑的焊帶浸入要浸鍍的錫合金液中，焊帶快速運(yùn)動(dòng)，從而使得表面浸鍍一層錫合金液。但此類浸鍍技術(shù)一是焊帶與錫合金液結(jié)合弱，容易出現(xiàn)錫合金層脫落。二是浸鍍錫合金層厚度非常薄，一般在2μm-5μm，很難突破厚度的限制，這就限制了復(fù)合焊絲成分設(shè)計(jì)空間，不具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。事實(shí)上，當(dāng)前涂層或鍍層技術(shù)只能制備微納米級(jí)厚度的涂層或鍍層，毫米級(jí)涂層或鍍層并無有效解決方案。本技術(shù)方案首先通過液相局部過冷在錫青銅焊絲周圍實(shí)現(xiàn)錫鉍合金液冷卻凝固，同時(shí)以激光-電弧定向能量沉積技術(shù)促使凝固后的錫鉍合金液重新熔化形成液相通道做為錫青銅焊絲的運(yùn)動(dòng)通道。并且通過激光能量控制液相通道底孔大小控制復(fù)合焊絲直徑。錫青銅焊絲在通過液相通道時(shí)經(jīng)電弧作用實(shí)現(xiàn)錫鉍合金與錫青銅焊絲之間的復(fù)合。此時(shí)鉍青銅復(fù)合焊絲既能夠獲得足夠的錫鉍合金厚度，保證成分設(shè)計(jì)要求，也能夠?qū)崿F(xiàn)錫鉍合金與錫青銅之間的高強(qiáng)度結(jié)合，防止復(fù)合焊絲在后續(xù)拉拔和使用過程中發(fā)生錫鉍合金層脫落。

26、2.鉍青銅復(fù)合焊絲通過在錫青銅焊絲外層設(shè)置低熔點(diǎn)高流動(dòng)性的錫鉍合金，這使得在電弧熔覆過程中熔池邊緣的潤濕鋪展得到顯著的改善，從而改善了單道次熔覆層的邊緣潤濕，這就大幅減少了電弧熔覆前后道次之間因搭接產(chǎn)生的孔隙缺陷。

27、3.cr、zr、ti、p等微量合金元素的添加有利于提高復(fù)合焊絲電弧熔覆層的質(zhì)量，加入這些微量元素的熔覆層氣孔形成傾向明顯降低，同時(shí)在熔覆過程中抗氧化能力增強(qiáng)，熔覆層表面的氧化膜減少。

28、4.本發(fā)明獲得的鉍青銅復(fù)合絲材，加工塑性好，在絲材成型加工過程中，不會(huì)發(fā)生脆性斷裂。

29、5.本發(fā)明通過局部冷卻錫鉍合金液形成固相區(qū)，在固相區(qū)中通過激光電弧形成液相通道，電弧一方面熔化固相錫鉍合金，一方面對(duì)錫鉍合金和錫青銅焊絲進(jìn)行復(fù)合。激光作用主要是形成合適的底孔大小，以獲得所需的復(fù)合焊絲絲徑，此時(shí)的絲徑一致性難以滿足焊絲絲徑使用要求的，需要經(jīng)過拉拔對(duì)絲徑進(jìn)行嚴(yán)格精確的控制。通過上述方法將bi和cu分離制成焊絲，再經(jīng)電弧熔覆工藝制成鉍青銅/鋼雙金屬材料。

30、6.本發(fā)明的液相通道區(qū)域電弧能量在熔化錫鉍合金的同時(shí)使得錫鉍合金與錫青銅焊絲表面形成冶金結(jié)合。由于錫青銅焊絲絲徑較細(xì)且錫鉍合金熔點(diǎn)較低，若電弧長時(shí)間作用容易引起錫青銅焊絲熔斷及錫鉍合金快速熔化至底孔，導(dǎo)致難以形成理想的液相通道，過低的電弧能量也將大幅降低電弧自身穩(wěn)定性。所以鎢針電極為圍繞錫青銅焊絲進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)電極，鎢針電極距離錫青銅焊絲6-8mm，轉(zhuǎn)速為40-80r/min。此時(shí)通過液相通道連續(xù)復(fù)合的鉍青銅復(fù)合焊絲既能夠獲得足夠的錫鉍合金厚度，保證成分符合設(shè)計(jì)要求，也能夠?qū)崿F(xiàn)錫鉍合金與錫青銅之間的高強(qiáng)度結(jié)合，防止復(fù)合焊絲在后續(xù)拉拔和使用過程中發(fā)生錫鉍合金層脫落。