一種鐵銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵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：混合粉72-75份、氧化鋁粉5-8份、氧化鋅3-7份、氧化鋇2-5份、氟化石墨4-8份、微蠟粉4-8份、氧化鎳粉3-7份、錫粉10-14份、二氧化鋯粉2-5份和碳化硅粉3-6份。其制備方法包括：混合、壓制、燒結、整形和浸油處理。本發(fā)明提供的減摩材料耐磨性能優(yōu)越、摩擦系數低、運轉噪音低；力學性能得到提高，可承受載荷變大，適用范圍更廣；價格比較低廉；組成成分中不含有害鉛，滿足環(huán)保的要求，且制備工藝簡單、參數易控，生產過程安全環(huán)保，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產。
【專利說明】一種鐵銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合材料，特別涉及一種鐵銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法。

【背景技術】
[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，經過成形和燒結，制取金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工業(yè)技術。粉末冶金具有獨特的化學組成和機械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的。運用粉末冶金技術可以直接制成多孔、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:
(I)粉末冶金技術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構材料等)具有重要的作用。
[0003](2)可以制備非晶、微晶、準晶、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、磁學、光學和力學性能。
[0004](3)可以容易地實現多種類型的復合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產高性能金屬基和陶瓷復合材料的工藝技術。
[0005](4)可以生產普通熔煉法無法生產的具有特殊結構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、高性能結構陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。
[0006](5)可以實現近凈形成形和自動化批量生產，從而，可以有效地降低生產的資源和能源消耗。
[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，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術。
[0008]由于粉末冶金的種種優(yōu)點，粉末冶金相關企業(yè)已經適用于汽車行業(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、電子家電等領域的零配件生產和研究，相關原料、輔料生產，各類粉末制備設備、燒結設備制造。產品包括軸承、齒輪、硬質合金刀具、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，飛機坦克等剎車副均需采用粉末冶金技術生產。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)正加速向中國轉移，汽車行業(yè)、機械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機械、電子家電及高科技產業(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)展機遇和巨大的市場空間。粉末冶金技術具備顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、產品精度高且穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點，非常適合于大批量生產。另外，部分用傳統(tǒng)鑄造方法和機械加工方法無法制備的材料和復雜零件也可用粉末冶金技術制造，因而備受工業(yè)界的重視。另外，粉末冶金產業(yè)被中國列入優(yōu)先發(fā)展和鼓勵外商投資項目，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一步擴大的機會；但是我國粉末冶金行業(yè)已經經過了近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:絕大多數企業(yè)缺乏技術支持，研發(fā)能力落后，產品檔次低，難以與國外競爭，工藝裝備、配套設施落后。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、粉末冶金結構零件、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、在相對運動中相互摩擦表面之間的摩擦系數較小的金屬、合金或金屬復合材料，又稱燒結減摩材料。燒結減摩材料廣泛用于制造滑動軸承、止推軸承、端面密封、支承襯套等。其主要優(yōu)點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)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。另一類是鋼與燒結合金的復合材料，如在鋼帶上燒結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。在現有技術中，粉末冶金鐵銅基減摩材料兼具銅基和鐵基減摩材料的特點，具有耐磨性好、承載力高、耐腐蝕等優(yōu)點，銅含量高的鐵銅基減摩材料耐腐蝕性能、磨合性能突出，運轉噪音也比較低；但是過高的銅含量將損害基體的力學性能，從而降低材料承受載荷和使用壽命，這就限制這類銅含量高的鐵銅基減摩材料在更廣范圍的應用。而我國目前有關粉末冶金減摩材料的原料配方和燒結工藝相對于國外還處于落后階段，從而導致粉末冶金減摩材料的物理性能和工藝性能偏低。與國外技術相比還存在很大的差距。所以，要想將以上種種不足和弱點得以改善，那粉末冶金及相關的技術水平必需得到提高和發(fā)展。因此迫切需要尋找一種具有良好物理性能和工藝性能的鐵銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法。


【發(fā)明內容】

[0011]針對現有技術存在的不足，本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種具有良好物理性能和工藝性能的鐵銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法。
[0012]為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是，一種鐵銅基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合粉72-75份、氧化鋁粉5-8份、氧化鋅3-7份、氧化鋇2_5份、氟化石墨4-8份、微蠟粉4-8份、氧化鎳粉3-7份、錫粉10-14份、二氧化鋯粉2_5份和碳化娃粉3_6份。
[0013]所述所述混合粉由青銅粉和羰基鐵粉混合而成，青銅粉的質量百分比為45?48%，羰基鐵粉的質量百分比為52飛5%。
[0014]所述混合粉為300目、氧化鋁粉為200目、氧化鋅為200目、氧化鋇為100目、氟化石墨為100目、微臘粉為100目、氧化鎳粉為200目、錫粉為250目、二氧化錯粉為200目和碳化硅粉為100目。
[0015]一種鐵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行稱量，放入雙錐混合器中以350r/min的轉速混合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810?830MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為6.2?6.4T/cm2; C、燒結:將壓坯置于網帶燒結爐中進行燒結，在保護氣氛中燒結，燒結過程中壓力為5.4兆帕，壓坯首先經過93(T950°C的預熱帶，預熱時間為1.5h，然后進入1240°C的燒結帶，保溫2h，最后以25-30°C /分鐘將加壓燒結后的產物從燒結溫度降溫至室溫，得到燒結體；D、整形:將燒結體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負一個大氣壓下浸入潤滑油中進行浸油處理，浸油時間為30分鐘。
[0016]所述潤滑油由艾克森美孚公司生產的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質量百分比為75:20:3:2的比例組成。
[0017]所述保護氣氛為氫氣或氮氣。本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明提供的減摩材料耐磨性能優(yōu)越、摩擦系數低、運轉噪音低；力學性能得到提高，可承受載荷變大，適用范圍更廣；價格比較低廉；組成成分中不含有害鉛，滿足環(huán)保的要求。且制備工藝簡單、參數易控，生產過程安全環(huán)保，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產；通過對材料成分的調整和優(yōu)化，形成了以高強度的硬質增強相和分散均勻的潤滑減摩相牢固結合的新型減摩材料，具有較好強、硬度，同時保持良好的導電性和高溫熱穩(wěn)定性，可廣泛應用于鋼鐵、冶金、能源等機械裝備中。

【具體實施方式】
[0018]實施例1
一種鐵銅基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合粉72份、氧化鋁粉5份、氧化鋅3份、氧化鋇2份、氟化石墨4份、微蠟粉4份、氧化鎳粉3份、錫粉10份、二氧化鋯粉2份和碳化硅粉3份。其中，混合粉由青銅粉和羰基鐵粉混合而成，青銅粉的質量百分比為45%，羰基鐵粉的質量百分比為55%。
[0019]混合粉為300目、氧化鋁粉為200目、氧化鋅為200目、氧化鋇為100目、氟化石墨為100目、微臘粉為100目、氧化鎳粉為200目、錫粉為250目、二氧化錯粉為200目和碳化娃粉為100目。
[0020]其制備方法如下:
A、混合:將粉料按所述配比進行稱量，放入雙錐混合器中以350r/min的轉速混合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810MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為6.2T/cm2; C、燒結:將壓坯置于網帶燒結爐中進行燒結，在保護氣氛中燒結，燒結過程中壓力為5.4兆帕，壓坯首先經過930°C的預熱帶，預熱時間為1.5h，然后進入1240°C的燒結帶，保溫2h，最后以25°C /分鐘將加壓燒結后的產物從燒結溫度降溫至室溫，得到燒結體；D、整形:將燒結體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負一個大氣壓下浸入潤滑油中進行浸油處理，浸油時間為30分鐘。
[0021]潤滑油由艾克森美孚公司生產的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質量百分比為75:20:3:2的比例組成。
[0022]所述保護氣氛為氫氣。
[0023]經過檢測，本實施例產品的密度為6.84g/cm3、硬度為95HRB、摩擦系數為0.081、磨痕深度為0.007mm、摩擦溫升為72°C。
[0024]實施例2
一種鐵銅基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合粉73份、氧化鋁粉6份、氧化鋅4份、氧化鋇3份、氟化石墨6份、微蠟粉5份、氧化鎳粉4份、錫粉11份、二氧化鋯粉3份和碳化硅粉4份。其中，混合粉由青銅粉和羰基鐵粉混合而成，青銅粉的質量百分比為46%，羰基鐵粉的質量百分比為54%。
[0025]混合粉為300目、氧化鋁粉為200目、氧化鋅為200目、氧化鋇為100目、氟化石墨為100目、微臘粉為100目、氧化鎳粉為200目、錫粉為250目、二氧化錯粉為200目和碳化娃粉為100目。
[0026]其制備方法如下:
A、混合:將粉料按所述配比進行稱量，放入雙錐混合器中以350r/min的轉速混合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820MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為6.3T/cm2; C、燒結:將壓坯置于網帶燒結爐中進行燒結，在保護氣氛中燒結，燒結過程中壓力為5.4兆帕，壓坯首先經過940°C的預熱帶，預熱時間為1.5h，然后進入1240°C的燒結帶，保溫2h，最后以26°C /分鐘將加壓燒結后的產物從燒結溫度降溫至室溫，得到燒結體；D、整形:將燒結體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負一個大氣壓下浸入潤滑油中進行浸油處理，浸油時間為30分鐘。
[0027]潤滑油由艾克森美孚公司生產的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質量百分比為75:20:3:2的比例組成。
[0028]所述保護氣氛為氫氣。
[0029]經過檢測，本實施例產品的密度為6.89g/cm3、硬度為96HRB、摩擦系數為0.084、磨痕深度為0.008mm、摩擦溫升為77°C。
[0030]實施例3
一種鐵銅基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合粉74份、氧化鋁粉7份、氧化鋅6份、氧化鋇4份、氟化石墨7份、微蠟粉7份、氧化鎳粉6份、錫粉13份、二氧化鋯粉4份和碳化硅粉5份。其中，混合粉由青銅粉和羰基鐵粉混合而成，青銅粉的質量百分比為47%，羰基鐵粉的質量百分比為53%。
[0031]混合粉為300目、氧化鋁粉為200目、氧化鋅為200目、氧化鋇為100目、氟化石墨為100目、微臘粉為100目、氧化鎳粉為200目、錫粉為250目、二氧化錯粉為200目和碳化娃粉為100目。
[0032]其制備方法如下:
A、混合:將粉料按所述配比進行稱量，放入雙錐混合器中以350r/min的轉速混合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820MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為6.3T/cm2; C、燒結:將壓坯置于網帶燒結爐中進行燒結，在保護氣氛中燒結，燒結過程中壓力為5.4兆帕，壓坯首先經過940°C的預熱帶，預熱時間為1.5h，然后進入1240°C的燒結帶，保溫2h，最后以28°C /分鐘將加壓燒結后的產物從燒結溫度降溫至室溫，得到燒結體；D、整形:將燒結體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負一個大氣壓下浸入潤滑油中進行浸油處理，浸油時間為30分鐘。
[0033]潤滑油由艾克森美孚公司生產的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質量百分比為75:20:3:2的比例組成。
[0034]所述保護氣氛為氮氣。
[0035]經過檢測，本實施例產品的密度為6.84g/cm3、硬度為97HRB、摩擦系數為0.086、磨痕深度為0.011mm、摩擦溫升為79 °C。
[0036]實施例4
一種鐵銅基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合粉75份、氧化鋁粉8份、氧化鋅7份、氧化鋇5份、氟化石墨8份、微蠟粉8份、氧化鎳粉7份、錫粉10-14份、二氧化鋯粉5份和碳化硅粉6份。其中，混合粉由青銅粉和羰基鐵粉混合而成，青銅粉的質量百分比為48%，羰基鐵粉的質量百分比為55%。
[0037]混合粉為300目、氧化鋁粉為200目、氧化鋅為200目、氧化鋇為100目、氟化石墨為100目、微臘粉為100目、氧化鎳粉為200目、錫粉為250目、二氧化錯粉為200目和碳化娃粉為100目。
[0038]其制備方法如下:
A、混合:將粉料按所述配比進行稱量，放入雙錐混合器中以350r/min的轉速混合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830MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為6.4T/cm2; C、燒結:將壓坯置于網帶燒結爐中進行燒結，在保護氣氛中燒結，燒結過程中壓力為5.4兆帕，壓坯首先經過950°C的預熱帶，預熱時間為
1.5h，然后進入1240°C的燒結帶，保溫2h，最后以30°C /分鐘將加壓燒結后的產物從燒結溫度降溫至室溫，得到燒結體；D、整形:將燒結體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負一個大氣壓下浸入潤滑油中進行浸油處理，浸油時間為30分鐘。
[0039]潤滑油由艾克森美孚公司生產的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質量百分比為75:20:3:2的比例組成。
[0040]所述保護氣氛為氮氣。
[0041]經過檢測，本實施例產品的密度為6.84g/cm3、硬度為97HRB、摩擦系數為0.081、磨痕深度為0.005mm、摩擦溫升為77°C。
【權利要求】
1.一種鐵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:混合粉72-75份、氧化招粉5-8份、氧化鋅3-7份、氧化鋇2_5份、氟化石墨4_8份、微臘粉4_8份、氧化鎮(zhèn)粉3_7份、錫粉10-14份、二氧化錯粉2_5份和碳化娃粉3_6份。
2.根據權利要求1所述的鐵銅基粉末冶金減摩材料，其特征在于:所述所述混合粉由青銅粉和羰基鐵粉混合而成，青銅粉的質量百分比為45?48%，羰基鐵粉的質量百分比為52?55%。
3.根據權利要求1所述的鐵銅基粉末冶金減摩材料，其特征在于:所述混合粉為300目、氧化招粉為200目、氧化鋅為200目、氧化鋇為100目、氟化石墨為100目、微臘粉為100目、氧化鎳粉為200目、錫粉為250目、二氧化錯粉為200目和碳化娃粉為100目。
4.一種權利要求1所述的鐵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行稱量，放入雙錐混合器中以350r/min的轉速混合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810?830MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為6.2?6.4T/cm2; C、燒結:將壓坯置于網帶燒結爐中進行燒結，在保護氣氛中燒結，燒結過程中壓力為5.4兆帕，壓坯首先經過93(T950°C的預熱帶，預熱時間為1.5h，然后進入1240°C的燒結帶，保溫2h，最后以25-30°C /分鐘將加壓燒結后的產物從燒結溫度降溫至室溫，得到燒結體；D、整形:將燒結體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負一個大氣壓下浸入潤滑油中進行浸油處理，浸油時間為30分鐘。
5.根據權利要求4所述的鐵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的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質量百分比為75:20:3:2的比例組成。
6.根據權利要求4所述的鐵銅基粉末冶金減摩材料的制備方法，其特征在于:所述保護氣氛為氫氣或氮氣。
【文檔編號】C22C32/00GK104384503SQ201410594572
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權日:2014年10月30日
【發(fā)明者】劉莉, 王爽, 邱晶 申請人:蘇州萊特復合材料有限公司