一種銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法。該材料由以下重量份配比的原料制成：混合銅粉72-75份、鉛粉5-8份、氧化鋅3-7份、冶金炭黑2-5份、氟化石墨4-8份、微蠟粉4-8份、鉬粉3-7份、鐵粉10-14份、鈷粉2-5份和碳化硅粉3-6份。其制備方法包括：混合、壓制、燒結(jié)、整形和浸油處理。該方法具有原料易得、價(jià)格低廉、制備工藝簡單、參數(shù)易控，生產(chǎn)過程安全環(huán)保，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，特別涉及一種銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制取金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工業(yè)技術(shù)。粉末冶金具有獨(dú)特的化學(xué)組成和機(jī)械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的。運(yùn)用粉末冶金技術(shù)可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導(dǎo)桿、刀具等，是一種少無切削工藝。粉末冶金與傳統(tǒng)熔鑄方法相比，具有以下特點(diǎn):
(I)粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料(如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等)具有重要的作用。
[0003](2)可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。
[0004](3)可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復(fù)合材料的工藝技術(shù)。
[0005](4)可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。
[0006](5)可以實(shí)現(xiàn)近凈形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。
[0007](6)可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。
[0008]由于粉末冶金的種種優(yōu)點(diǎn)，粉末冶金相關(guān)企業(yè)已經(jīng)適用于汽車行業(yè)、裝備制造業(yè)、金屬行業(yè)、航空航天、軍事工業(yè)、儀器儀表、五金工具、電子家電等領(lǐng)域的零配件生產(chǎn)和研究，相關(guān)原料、輔料生產(chǎn)，各類粉末制備設(shè)備、燒結(jié)設(shè)備制造。產(chǎn)品包括軸承、齒輪、硬質(zhì)合金刀具、模具、摩擦制品等等。軍工企業(yè)中，重型的武器裝備如穿甲彈，魚雷等，飛機(jī)坦克等剎車副均需采用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)。粉末冶金汽車零件近年來已成為為中國粉末冶金行業(yè)最大的市場，約50%的汽車零部件為粉末冶金零部件。
[0009]目前，全球制造業(yè)正加速向中國轉(zhuǎn)移，汽車行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來了不可多得的發(fā)展機(jī)遇和巨大的市場空間。粉末冶金技術(shù)具備顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、產(chǎn)品精度高且穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，非常適合于大批量生產(chǎn)。另外，部分用傳統(tǒng)鑄造方法和機(jī)械加工方法無法制備的材料和復(fù)雜零件也可用粉末冶金技術(shù)制造，因而備受工業(yè)界的重視。另外，粉末冶金產(chǎn)業(yè)被中國列入優(yōu)先發(fā)展和鼓勵(lì)外商投資項(xiàng)目，發(fā)展前景廣闊。
[0010]隨著我國加入WTO以后，市場逐漸國際化，粉末冶金市場將得到進(jìn)一步擴(kuò)大的機(jī)會；但是我國粉末冶金行業(yè)已經(jīng)經(jīng)過了近10年的高速發(fā)展，但與國外的同行業(yè)仍存在很大的差距:絕大多數(shù)企業(yè)缺乏技術(shù)支持，研發(fā)能力落后，產(chǎn)品檔次低，難以與國外競爭，工藝裝備、配套設(shè)施落后。粉末冶金分類主要為:粉末冶金多孔材料、粉末冶金減摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金結(jié)構(gòu)零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金電磁材料和粉末冶金高溫材料等。其中，粉末冶金減摩材料，是用粉末冶金方法制造的、在相對運(yùn)動(dòng)中相互摩擦表面之間的摩擦系數(shù)較小的金屬、合金或金屬復(fù)合材料，又稱燒結(jié)減摩材料。燒結(jié)減摩材料廣泛用于制造滑動(dòng)軸承、止推軸承、端面密封、支承襯套等。其主要優(yōu)點(diǎn)是在有限潤滑油的條件下，使用壽命較長和可靠性較高。燒結(jié)減摩材料按其制造方法可分為兩類。一類是在材料孔隙中浸有潤滑油或在材料成分中加有(或在其表層充復(fù))減摩劑或固體潤滑劑(石墨、氧化物、硫化物、氮化物、氟塑料或其他塑料)。這類材料在干摩擦條件下依靠自身或表層含有的潤滑劑潤滑，即具有自潤滑效果。另一類是鋼與燒結(jié)合金的復(fù)合材料，如在鋼帶上燒結(jié)一層銅鉛合金粉末等。這類材料的承載能力比前一類大，一般用以制造重載軸承。燒結(jié)減摩材料的發(fā)展趨向是提高多孔鐵基和銅基材料的承載能力，發(fā)展能在較高溫度和更惡劣的摩擦條件下使用的材料，研制能在真空和惰性氣體中工作的材料。其中。銅基復(fù)合材料強(qiáng)度高，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性與純銅相近，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型材料。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于其力學(xué)性能和導(dǎo)電率不能滿足一定的要求，其應(yīng)用范圍受到極大的限制。如何提高銅基復(fù)合材料的強(qiáng)、硬度，同時(shí)保持良好的導(dǎo)電性和高溫?zé)岱€(wěn)定性，成為了當(dāng)前研究的主要任務(wù)。而我國目前有關(guān)粉末冶金減摩材料的原料配方和燒結(jié)工藝相對于國外還處于落后階段，制備得到的復(fù)合材料孔隙率高、致密度較低，且需要后續(xù)的熱壓致密化處理，制備工序復(fù)雜。與國外技術(shù)相比還存在很大的差距。所以，要想將以上種種不足和弱點(diǎn)得以改善，那粉末冶金及相關(guān)的技術(shù)水平必需得到提高和發(fā)展。因此迫切需要尋找一種具有較好強(qiáng)、硬度，同時(shí)保持良好的導(dǎo)電性和高溫?zé)岱€(wěn)定性的銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有較好強(qiáng)、硬度，同時(shí)保持良好的導(dǎo)電性和高溫?zé)岱€(wěn)定性的銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種銅基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合銅粉72-75份、鉛粉5-8份、氧化鋅3-7份、冶金炭黑2_5份、氟化石墨4-8份、微臘粉4-8份、鑰粉3-7份、鐵粉10-14份、鈷粉2_5份和碳化娃粉3_6份。
[0013]所述所述混合銅粉由青銅粉和電解銅粉混合而成，青銅粉的質(zhì)量百分比為45?48%，電解銅粉的質(zhì)量百分比為52飛5%。
[0014]所述混合銅粉為300目、鉛粉為200目、氧化鋅為200目、冶金炭黑為100目、氟化石墨為100目、微臘粉為100目、鑰粉為200目、鐵粉為250目、鈷粉為200目和碳化娃粉為100 目。
[0015]一種銅基粉末冶金減摩材料的制備方法，該方法包括以下制備步驟:
A、混合:將粉料按所述配比進(jìn)行稱量，放入雙錐混合器中以300r/min的轉(zhuǎn)速混合60分鐘，制成混合均勻的粉料；B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在780?800MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為4?6T/cm2; C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，在保護(hù)氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程中壓力為4.8兆帕，壓坯首先經(jīng)過88(T90(TC的預(yù)熱帶，預(yù)熱時(shí)間為1.5h，然后進(jìn)入1140°C的燒結(jié)帶，保溫2h，最后以25-30°C /分鐘將加壓燒結(jié)后的產(chǎn)物從燒結(jié)溫度降溫至室溫，得到燒結(jié)體；D、整形:將燒結(jié)體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負(fù)一個(gè)大氣壓下浸入潤滑油中進(jìn)行浸油處理，浸油時(shí)間為30分鐘。
[0016]所述潤滑油由艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質(zhì)量百分比為50:45:3:2的比例組成。
[0017]所述保護(hù)氣氛為氫氣或氮?dú)狻１景l(fā)明具有以下有益效果:原料易得、價(jià)格低廉、制備工藝簡單、參數(shù)易控，生產(chǎn)過程安全環(huán)保，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)；通過對材料成分的調(diào)整和優(yōu)化，形成了以高強(qiáng)度的硬質(zhì)增強(qiáng)相和分散均勻的潤滑減摩相牢固結(jié)合的新型減摩材料，具有較好強(qiáng)、硬度，同時(shí)保持良好的導(dǎo)電性和高溫?zé)岱€(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、能源等機(jī)械裝備中。

【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
一種銅基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合銅粉72份、鉛粉5份、氧化鋅3份、冶金炭黑2份、氟化石墨4份、微蠟粉4份、鑰粉3份、鐵粉10份、鈷粉2份和碳化硅粉3份。其中，混合銅粉由青銅粉和電解銅粉混合而成，青銅粉的質(zhì)量百分比為45%，電解銅粉的質(zhì)量百分比為55%。
[0019]混合銅粉為300目、鉛粉為200目、氧化鋅為200目、冶金炭黑為100目、氟化石墨為100目、微蠟粉為100目、鑰粉為200目、鐵粉為250目、鈷粉為200目和碳化硅粉為100目。
[0020]其制備方法如下:
A、混合:將粉料按所述配比進(jìn)行稱量，放入雙錐混合器中以300r/min的轉(zhuǎn)速混合60分鐘，制成混合均勻的粉料；B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在780MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為4T/cm2; C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，在保護(hù)氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程中壓力為4.8兆帕，壓坯首先經(jīng)過880°C的預(yù)熱帶，預(yù)熱時(shí)間為1.5h，然后進(jìn)入1140°C的燒結(jié)帶，保溫2h，最后以25°C /分鐘將加壓燒結(jié)后的產(chǎn)物從燒結(jié)溫度降溫至室溫，得到燒結(jié)體；D、整形:將燒結(jié)體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負(fù)一個(gè)大氣壓下浸入潤滑油中進(jìn)行浸油處理，浸油時(shí)間為30分鐘。
[0021]潤滑油由艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質(zhì)量百分比為50:45:3:2的比例組成。
[0022]所述保護(hù)氣氛為氫氣。
[0023]經(jīng)過檢測，本實(shí)施例產(chǎn)品的密度為6.54g/cm3、硬度為91HRB、摩擦系數(shù)為0.081、磨痕深度為0.011mm、摩擦溫升為92 °C。
[0024]實(shí)施例2
一種銅基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合銅粉73份、鉛粉6份、氧化鋅4份、冶金炭黑3份、氟化石墨6份、微蠟粉5份、鑰粉4份、鐵粉11份、鈷粉3份和碳化硅粉4份。其中，混合銅粉由青銅粉和電解銅粉混合而成，青銅粉的質(zhì)量百分比為46%，電解銅粉的質(zhì)量百分比為54%。
[0025]混合銅粉為300目、鉛粉為200目、氧化鋅為200目、冶金炭黑為100目、氟化石墨為100目、微蠟粉為100目、鑰粉為200目、鐵粉為250目、鈷粉為200目和碳化硅粉為100目。
[0026]其制備方法如下:
A、混合:將粉料按所述配比進(jìn)行稱量，放入雙錐混合器中以300r/min的轉(zhuǎn)速混合60分鐘，制成混合均勻的粉料；B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在790MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為5T/cm2; C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，在保護(hù)氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程中壓力為4.8兆帕，壓坯首先經(jīng)過880°C的預(yù)熱帶，預(yù)熱時(shí)間為1.5h，然后進(jìn)入1140°C的燒結(jié)帶，保溫2h，最后以26°C /分鐘將加壓燒結(jié)后的產(chǎn)物從燒結(jié)溫度降溫至室溫，得到燒結(jié)體；D、整形:將燒結(jié)體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負(fù)一個(gè)大氣壓下浸入潤滑油中進(jìn)行浸油處理，浸油時(shí)間為30分鐘。
[0027]潤滑油由艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質(zhì)量百分比為50:45:3:2的比例組成。
[0028]所述保護(hù)氣氛為氫氣。
[0029]經(jīng)過檢測，本實(shí)施例產(chǎn)品的密度為6.59g/cm3、硬度為93HRB、摩擦系數(shù)為0.084、磨痕深度為0.013mm、摩擦溫升為97°C。
[0030]實(shí)施例3
一種銅基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合銅粉74份、鉛粉7份、氧化鋅6份、冶金炭黑4份、氟化石墨7份、微蠟粉7份、鑰粉6份、鐵粉13份、鈷粉4份和碳化硅粉5份。其中，混合銅粉由青銅粉和電解銅粉混合而成，青銅粉的質(zhì)量百分比為47%，電解銅粉的質(zhì)量百分比為53%。
[0031]混合銅粉為300目、鉛粉為200目、氧化鋅為200目、冶金炭黑為100目、氟化石墨為100目、微蠟粉為100目、鑰粉為200目、鐵粉為250目、鈷粉為200目和碳化硅粉為100目。
[0032]其制備方法如下:
A、混合:將粉料按所述配比進(jìn)行稱量，放入雙錐混合器中以300r/min的轉(zhuǎn)速混合60分鐘，制成混合均勻的粉料；B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在790MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為5T/cm2; C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，在保護(hù)氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程中壓力為4.8兆帕，壓坯首先經(jīng)過890°C的預(yù)熱帶，預(yù)熱時(shí)間為1.5h，然后進(jìn)入1140°C的燒結(jié)帶，保溫2h，最后以28°C /分鐘將加壓燒結(jié)后的產(chǎn)物從燒結(jié)溫度降溫至室溫，得到燒結(jié)體；D、整形:將燒結(jié)體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負(fù)一個(gè)大氣壓下浸入潤滑油中進(jìn)行浸油處理，浸油時(shí)間為30分鐘。
[0033]潤滑油由艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質(zhì)量百分比為50:45:3:2的比例組成。
[0034]所述保護(hù)氣氛為氮?dú)狻?br> [0035]經(jīng)過檢測，本實(shí)施例產(chǎn)品的密度為6.64g/cm3、硬度為94HRB、摩擦系數(shù)為0.086、磨痕深度為0.015mm、摩擦溫升為99°C。
[0036]實(shí)施例4
一種銅基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合銅粉75份、鉛粉8份、氧化鋅7份、冶金炭黑5份、氟化石墨8份、微蠟粉8份、鑰粉7份、鐵粉10-14份、鈷粉5份和碳化硅粉6份。其中，混合銅粉由青銅粉和電解銅粉混合而成，青銅粉的質(zhì)量百分比為48%，電解銅粉的質(zhì)量百分比為55%。
[0037]混合銅粉為300目、鉛粉為200目、氧化鋅為200目、冶金炭黑為100目、氟化石墨為100目、微蠟粉為100目、鑰粉為200目、鐵粉為250目、鈷粉為200目和碳化硅粉為100目。
[0038]其制備方法如下:
A、混合:將粉料按所述配比進(jìn)行稱量，放入雙錐混合器中以300r/min的轉(zhuǎn)速混合60分鐘，制成混合均勻的粉料；B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在SOOMPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為6T/cm2; C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，在保護(hù)氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程中壓力為4.8兆帕，壓坯首先經(jīng)過900°C的預(yù)熱帶，預(yù)熱時(shí)間為1.5h，然后進(jìn)入1140°C的燒結(jié)帶，保溫2h，最后以30°C /分鐘將加壓燒結(jié)后的產(chǎn)物從燒結(jié)溫度降溫至室溫，得到燒結(jié)體；D、整形:將燒結(jié)體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負(fù)一個(gè)大氣壓下浸入潤滑油中進(jìn)行浸油處理，浸油時(shí)間為30分鐘。
[0039]潤滑油由艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質(zhì)量百分比為50:45:3:2的比例組成。
[0040]所述保護(hù)氣氛為氮?dú)狻?br> [0041]經(jīng)過檢測，本實(shí)施例產(chǎn)品的密度為6.74g/cm3、硬度為94HRB、摩擦系數(shù)為0.086、磨痕深度為0.009mm、摩擦溫升為97°C。
【權(quán)利要求】
1.一種銅基粉末冶金減摩材料，其特征在于由以下重量份配比的原料制成:混合銅粉72-75份、鉛粉5-8份、氧化鋅3-7份、冶金炭黑2_5份、氟化石墨4_8份、微蠟粉4_8份、鑰粉3-7份、鐵粉10-14份、鈷粉2-5份和碳化硅粉3-6份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅基粉末冶金減摩材料，其特征在于:所述所述混合銅粉由青銅粉和電解銅粉混合而成，青銅粉的質(zhì)量百分比為45?48%，電解銅粉的質(zhì)量百分比為52?55%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅基粉末冶金減摩材料，其特征在于:所述混合銅粉為300目、鉛粉為200目、氧化鋅為200目、冶金炭黑為100目、氟化石墨為100目、微臘粉為100目、鑰粉為200目、鐵粉為250目、鈷粉為200目和碳化娃粉為100目。
4.一種權(quán)利要求1所述的銅基粉末冶金減摩材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下制備步驟: A、混合:將粉料按所述配比進(jìn)行稱量，放入雙錐混合器中以300r/min的轉(zhuǎn)速混合60分鐘，制成混合均勻的粉料；B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在780?800MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為4?6T/cm2; C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，在保護(hù)氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程中壓力為4.8兆帕，壓坯首先經(jīng)過88(T90(TC的預(yù)熱帶，預(yù)熱時(shí)間為1.5h，然后進(jìn)入1140°C的燒結(jié)帶，保溫2h，最后以25-30°C /分鐘將加壓燒結(jié)后的產(chǎn)物從燒結(jié)溫度降溫至室溫，得到燒結(jié)體；D、整形:將燒結(jié)體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負(fù)一個(gè)大氣壓下浸入潤滑油中進(jìn)行浸油處理，浸油時(shí)間為30分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅基粉末冶金減摩材料的制備方法，其特征在于:所述潤滑油由艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質(zhì)量百分比為50:45:3:2的比例組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅基粉末冶金減摩材料的制備方法，其特征在于:所述保護(hù)氣氛為氫氣或氮?dú)狻?br> 【文檔編號】C22C1/05GK104399967SQ201410594130
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】劉莉, 王爽, 邱晶 申請人:蘇州萊特復(fù)合材料有限公司