專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含油潤(rùn)滑材料，特別涉及一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
潤(rùn)滑材料有4種氣體潤(rùn)滑劑、流體(以油為主)、潤(rùn)滑脂(半固態(tài))及固體潤(rùn)滑材料。液態(tài)、半固態(tài)潤(rùn)滑是傳統(tǒng)的潤(rùn)滑方式，也是應(yīng)用最為廣泛的一種潤(rùn)滑方式，但適用的溫度范圍較窄，在高溫作用下承載能力下降、潤(rùn)滑性能衰減，還會(huì)造成環(huán)境污染等問(wèn)題。 因此，工況惡劣的場(chǎng)合下，傳統(tǒng)的潤(rùn)滑方法已難以滿(mǎn)足要求。對(duì)于那些長(zhǎng)期處于高溫、高速、 重載、干摩擦或邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下的零部件，減小與控制摩擦與磨損顯得尤為必要。固體自潤(rùn)滑材料在性能上極大地突破了傳統(tǒng)材料的使用極限，廣泛地被應(yīng)用于電子、生物、航天航空等高科技領(lǐng)域，是潤(rùn)滑領(lǐng)域最具有發(fā)展前景的一個(gè)方向[18]。粉冶型潤(rùn)滑材料是在金屬微粉中加入適量的潤(rùn)滑劑顆粒并經(jīng)過(guò)壓制燒結(jié)而制成。 它綜合了金屬基材的機(jī)械強(qiáng)度和潤(rùn)滑組元的摩擦學(xué)特性，因而有較好的綜合性能，也是最常用的固體潤(rùn)滑材料。還可根據(jù)是否含油分為自潤(rùn)滑材料和含油潤(rùn)滑材料兩類(lèi)，其使用的工況條件也不同。通常，含油潤(rùn)滑材料用來(lái)制作滾動(dòng)軸承保持架、小型套筒軸承、滑動(dòng)電觸點(diǎn)材料等，由高熔點(diǎn)金屬作基材，與含量相當(dāng)高的固體潤(rùn)滑劑顆粒所組成的復(fù)合材料，是具有高的耐熱性、很小的摩擦系數(shù)和較長(zhǎng)的耐磨壽命的自潤(rùn)滑材料。鐵是最常用的金屬，來(lái)源廣且成本低，能滿(mǎn)足絕大多數(shù)使用的場(chǎng)合，但由于在鐵基材料中加入了潤(rùn)滑材料，一般使用石墨、二硫化鉬、二硫化鎢等，使鐵基自潤(rùn)滑材料的強(qiáng)度有所降低，一般抗壓強(qiáng)度僅在280 420Mpa，從而限制了在某些強(qiáng)度要求較高場(chǎng)合的使用， 本發(fā)明是一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料，在滿(mǎn)足潤(rùn)滑條件下，使材料具有較高的強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了解決現(xiàn)有技術(shù)中鐵基自潤(rùn)滑材料的強(qiáng)度低的問(wèn)題，而提供一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料，在滿(mǎn)足潤(rùn)滑條件下，使材料具有較高的強(qiáng)度。本發(fā)明的技術(shù)方案
本發(fā)明的一種新型鐵基自潤(rùn)滑材料，其原料由銅粉、錳粉、鎳粉、鉻粉、鐵粉、石墨粉和碳纖維粉組成。其中鐵粉為組成基體的材料；加入銅粉，是由于銅的熔點(diǎn)較低，有利于材料的燒結(jié)；加入錳粉，是由于錳是促進(jìn)珠光體的形成元素，使基體產(chǎn)生部分的珠光體；加入鎳粉，是由于鎳粉可以提高基體材料的高溫穩(wěn)定性；加入鉻粉，是由于鉻粉能形成碳化物，可以提高基體材料的硬度；加入石墨粉，以起潤(rùn)滑作用，從而促進(jìn)基體珠光體和碳化物的形成；加入碳纖維粉，可以增強(qiáng)基體的強(qiáng)度，輔助提高材料的潤(rùn)滑性能。其中碳纖維粉是一種新型的纖維材料，它不同于碳纖維材料，因?yàn)樘祭w維材料長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在與粉狀材料混合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生糾結(jié)和團(tuán)絮，在粉狀材料中的分散較為困難。而碳纖維粉屬粉狀材料，容易和粉狀材料混合，分散性好，但顆粒的形狀保持纖維狀的特點(diǎn)，在較小的尺度下對(duì)基體不同的部分起到牽拉作用，從而增強(qiáng)基體的強(qiáng)度。一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料，其原料組分按重量百分比計(jì)算其組成及含量如下 銅粉 5 5. 4%
錳粉m
鎳粉3. 8%
鉻粉8%
鐵粉80%
石墨粉0. 2%
碳纖維粉0. 6 1%
其中所述的鐵粉、石墨粉、碳纖維粉、鎳粉、錳粉、銅粉及鉻粉粒度分別小于200目。上述的一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、混料
將各種原料組分一起加入至混料機(jī)或球磨機(jī)進(jìn)行混料；
(2)、壓制
將步驟(1)混勻的原料加入鋼制的模具中后，通過(guò)壓桿進(jìn)行壓實(shí)成形，壓制過(guò)程控制壓力為250MPa，時(shí)間為50秒鐘，即得壓制成型后的壓坯；
(3 )、燒結(jié)
將步驟(2 )所得的壓制成型后的壓坯放入鐵制容器中，并向容器中加入灰鑄鐵鐵屑，使壓坯完全埋入鐵屑中，然后將裝有壓坯的容器在加熱爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程控制燒結(jié)溫度 900°C，時(shí)間2小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫，即得到本發(fā)明的一種采用粉末冶金方法制作的新型鐵基自潤(rùn)滑材料。本發(fā)明的技術(shù)效果
本發(fā)明的一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料，材料中加入了碳纖維粉，在保持自潤(rùn)滑材料的低摩擦性能的同時(shí)，由于碳纖維粉是極短的一種纖維，在鐵基自潤(rùn)滑材料受力時(shí)，在小尺度范圍內(nèi)的牽拉作用，使鐵基自潤(rùn)滑材料的抗壓強(qiáng)度提高，按國(guó)標(biāo)GB/T 4740-1999規(guī)定測(cè)定，其抗壓強(qiáng)度位480 520MPa，相對(duì)于沒(méi)有加入碳纖維粉的鐵基自潤(rùn)滑材料，其強(qiáng)度提高了 9. 5 24%。


圖1、含碳纖維金相顯微結(jié)構(gòu)圖(200倍) 圖2、含石墨粉金相顯微結(jié)構(gòu)圖(200倍)。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。本發(fā)明所用的混料機(jī)或球磨機(jī)的型號(hào)PMQW10L，上海精密儀器儀表有限公司； 本發(fā)明所用的鋼制的模具，由模具筒體、壓桿及墊塊組成，所述的模具筒體為內(nèi)部空心
的，所述的壓桿形狀與模具筒體的內(nèi)部空心形狀相適應(yīng)，將壓桿的一端插入到模具筒體一端的內(nèi)部空心中，筒體的另一端放置墊塊，將壓桿另一端加壓后以實(shí)現(xiàn)對(duì)放入模具筒體中的原料進(jìn)行壓實(shí)成形。本發(fā)明所用的顯微鏡型號(hào)102XB-PC，上海永亨光學(xué)儀器制造有限公司。本發(fā)明實(shí)施例所用的鐵粉、石墨粉、碳纖維粉、鎳粉、錳粉、銅粉及鉻粉的規(guī)格如下
所用的鐵粉，含鐵量為98.0%，粒度小于200目； 所用的石墨粉，廢電極破碎而成，粒度小于200目； 所用的碳纖維粉，含碳量為85.0%，粒度小于200目； 所用的鎳粉，含鎳量為99. 5%，粒度小于200目； 所用的錳粉，含錳量為99. 5%，粒度小于200目； 所用的銅粉，含銅量為99. 7%，粒度小于200目； 所用的鉻粉，含鉻量為99. 95%，粒度小于200目。實(shí)施例1
一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料，其原料組分按重量百分比計(jì)算其組成及含量如下
銅粉5%
錳粉m
鎳粉3.8%
鉻粉8%
鐵粉80%
石墨粉0. 2% 碳纖維粉 1%
上述的一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、混料
將各原料組分一起加入至混料機(jī)或球磨機(jī)進(jìn)行混料，混料時(shí)間10分鐘；
(2)、壓制
將步驟(1)混勻的原料加入至鋼制的模具中后，通過(guò)壓桿進(jìn)行壓實(shí)成形，壓制過(guò)程控制壓力250MPa，時(shí)間50秒鐘，即得壓制成型后的壓坯；
(3 )、燒結(jié)
將步驟(2 )所得的壓制成型后的壓坯放入鐵制容器中，并向容器中加入灰鑄鐵鐵屑，使壓坯完全埋入鐵屑中，然后將裝有壓坯的容器在加熱爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程控制燒結(jié)溫度 900°C，時(shí)間2小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫，即得到本發(fā)明的一種采用粉末冶金方法制作的新型鐵基自潤(rùn)滑材料。所得的新型鐵基自潤(rùn)滑材料的含碳纖維金相顯微結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1，從圖1中可以看出碳纖維粉在材料中均勻分布，無(wú)方向性，因此材料具有較好的組織和性能。另外，按國(guó)標(biāo) GB/T 4740-1999規(guī)定測(cè)定，試樣的抗壓強(qiáng)度480MPa。實(shí)施例2
一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料，其原料組分按重量百分比計(jì)算其組成及含量如下 銅粉5.4%
錳粉1鎳粉3.8%
鉻粉8%
鐵粉80%
石墨粉0. 2%
碳纖維粉0. 6/%。上述的一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、混料
將各原料組分一起加入至混料機(jī)或球磨機(jī)進(jìn)行混料，混料時(shí)間10分鐘；
(2)、壓制
將步驟(1)混勻的原料加入至鋼制的模具中后，通過(guò)壓桿進(jìn)行壓實(shí)成形，壓制過(guò)程控制壓力250MPa，時(shí)間50秒鐘，即得壓制成型后的壓坯；
(3 )、燒結(jié)
將步驟(2 )所得的壓制成型后的壓坯放入鐵制容器中，并向容器中加入灰鑄鐵鐵屑，使壓坯完全埋入鐵屑中，然后將裝有壓坯的容器在加熱爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程控制燒結(jié)溫度900°C，時(shí)間2小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫，即得到本發(fā)明的一種采用粉末冶金方法制作的新型鐵基自潤(rùn)滑材料。所得的新型鐵基自潤(rùn)滑材料按國(guó)標(biāo)GB/T 4740-1999規(guī)定測(cè)定，試樣的抗壓強(qiáng)度 520MPao對(duì)比實(shí)施例1
一種的鐵基自潤(rùn)滑材料，其原料組分按重量百分比計(jì)算其組成及含量如下
銅粉5%
錳粉m
鎳粉4%
鉻粉8%
鐵粉80%
石墨粉1%
上述的一種鐵基自潤(rùn)滑材料的制備方法，包括如下步驟
(1)、混料
將各原料組分一起加入至混料機(jī)或球磨機(jī)進(jìn)行混料，混料時(shí)間10分鐘；
(2)、壓制
將步驟(1)混勻的原料加入至鋼制的模具中后，通過(guò)壓桿進(jìn)行壓實(shí)成形，壓制過(guò)程控制壓力為250MPa，時(shí)間為50秒鐘，即得壓制成型后的壓坯；
(3 )、燒結(jié)
將步驟(2 )所得的壓制成型后的壓坯放入鐵制容器中，并向容器中加入灰鑄鐵鐵屑，使壓坯完全埋入鐵屑中，然后將裝有壓坯的容器在加熱爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程控制燒結(jié)溫度900°C，時(shí)間2小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫，即得到本發(fā)明的一種采用粉末冶金方法制作的鐵基自潤(rùn)滑材料。 所得的鐵基自潤(rùn)滑材料的含石墨粉金相顯微結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2，從圖2中可以看出材料中的石墨均勻分布，由于石墨的強(qiáng)度很小，在金屬的組織中類(lèi)似于孔洞，因此降低了材料的強(qiáng)度。另外，按國(guó)標(biāo)GB/T 4740-1999規(guī)定測(cè)定，試樣的抗壓強(qiáng)度420MPa。通過(guò)上述的實(shí)施例1、實(shí)施例2及對(duì)比實(shí)施例1可以看出，原料中加入了碳纖維粉的鐵基自潤(rùn)滑材料，其抗壓強(qiáng)度比不加入碳纖維粉的鐵基自潤(rùn)滑材料提高了 9. 5 對(duì)％。以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說(shuō)明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料，其特征在于其原料組分按重量百分比計(jì)算其組成及含量如下銅粉5 5.錳粉2%鎳粉3. 8%鉻粉8%鐵粉80%石墨粉0. 2%碳纖維粉0. 6 -其中所述的鐵粉、石墨粉、碳纖維粉、鎳粉、錳粉、銅粉及鉻粉粒度分別小于200目。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料，其特征在于其原料組分按重量百分比計(jì)算其組成及含量如下銅粉5%錳粉m鎳粉3.8%鉻粉8%鐵粉80%石墨粉0. 2%碳纖維粉1%。
3.如權(quán)利要求1所述的一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料，其特征在于其原料組分按重量百分比計(jì)算其組成及含量如下銅粉5.4%錳粉m鎳粉3.8%鉻粉8%鐵粉80%石墨粉0. 2%碳纖維粉0. 6/%。
4.如權(quán)利要求1、2或3任一權(quán)利要求所述的一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料的制備方法， 其特征在于包括如下步驟(1 )、將各種原料組分一起加入至混料機(jī)或球磨機(jī)進(jìn)行混料； (2)、壓制將步驟(1)混勻的原料加入鋼模模具中進(jìn)行壓制，壓制過(guò)程控制壓力為250MPa，時(shí)間為50秒鐘，即得壓制成型后的壓坯；(3 )、燒結(jié)將步驟(2)所得的壓制成型后的壓坯放入鐵制容器中，并向容器中加入灰鑄鐵鐵屑，使壓坯完全埋入鐵屑中，然后將裝有壓坯的容器在加熱爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程控制燒結(jié)溫度900°C，時(shí)間2小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫，即得到本發(fā)明的一種采用粉末冶金方法制作的新型鐵基自潤(rùn)滑材料；所述的灰鑄鐵鐵屑粒徑為1 5毫米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料及其制備方法，所述的鐵基自潤(rùn)滑材料，其原料組分按重量百分比計(jì)算由5~5.4%的銅粉、2%的錳粉、3.8%的鎳粉、8%的鉻粉、80%的鐵粉、0.2%的石墨粉和0.6~1%的碳纖維粉。其制備方法即將各種原料組分一起加入至混料機(jī)或球磨機(jī)進(jìn)行混料，混料均勻后將原料加入鋼模模具中進(jìn)行壓制，壓制過(guò)程控制壓力250MPa，時(shí)間50秒后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程控制燒結(jié)溫度900℃，時(shí)間2小時(shí)后隨爐冷卻至室溫，即得到本發(fā)明的一種采用粉末冶金方法制作的新型鐵基自潤(rùn)滑材料。本發(fā)明的一種新型的鐵基自潤(rùn)滑材料，在保持自潤(rùn)滑材料的低摩擦性能的同時(shí),其材料的抗壓強(qiáng)度提高了9.5～24%。
文檔編號(hào)B22F3/16GK102383056SQ201110287350
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者孫亞琴, 潘嘉祺, 陳麒忠 申請(qǐng)人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院