一种高强无铅铜基滑动材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高强无铅铜基滑动轴承材料及其制备方法，通过球磨技术使硫化亚铁粉与青铜粉机械合金化，提高了硫化亚铁和铜的界面结合能力，硫化亚铁颗粒均匀地分布在铜基体中，改善硫化亚铁含量较高时易团聚之不足，可发挥FeS的弥散强化作用，提高材料力学性能，本发明主要是利用FeS自身优良的固体自润滑能力，改善无铅铜基滑动轴承材料摩擦磨损性能，实现铜基滑动轴承材料的高强度和良好润滑特性的有效统一，拓宽无铅铜基轴承材料在复杂工况下的应用。

权利要求

1.一种高强无铅铜基滑动轴承材料，其特征在于：由质量百分比85～98%青铜粉和2～

15%硫化亚铁粉制成；所述高强无铅铜基滑动轴承材料的力学性能：压溃强度370～400MPa，硬度65～75HB；

所述青铜粉的成份按质量百分比为：镍粉1～3%、锡粉6～10%、磷粉 0～0.5%、铁粉 0～

2%、余量铜粉；所述硫化亚铁粉过60目筛，纯度≥92%，其它为铁（Fe）、硫（S）、氧（O）；

所述高强无铅铜基滑动轴承材料的制备操作步骤如下：（1）球磨制粉：将青铜粉、硫化亚铁粉、磨球和过程控制剂加入球磨罐中，球磨罐抽真空，充装氩气，球磨，得到机械合金粉；球磨制粉时磨球与待磨混合物料的质量之比为6:1～

20:1；所述过程控制剂为乙醇、丙酮、四氯化碳、硬脂酸中的一种，质量为待磨混合物料的1~

3%；球磨条件为转速200～500 r/min、球磨时间20～30h；

（2）压制：将所述机械合金粉中模具中压制成生坯；压制生坯的压力为400MPa～

600MPa；

（3）烧结：将所述生坯放入氨分解保护气氛中进行烧结，烧结温度为800～1000℃，保温时间为30～60min；得到高强无铅铜基滑动轴承烧结材料。

2.根据权利要求1所述的一种高强无铅铜基滑动轴承材料，其特征在于：步骤（1）中，磨球材料为不锈钢，单个磨球质量0.5g～5g。

3.根据权利要求1所述的一种高强无铅铜基滑动轴承材料，其特征在于：步骤（1）中，氩气的纯度为99.999%。

说明书

一种高强无铅铜基滑动材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于轴承材料技术领域，具体涉及滑动轴承材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 由于铅具有质软、熔点低的特点，被广泛应用于铜基滑动轴承材料中，同时，铅也是一种重金属，对人体和环境都有着严重的危害。目前，欧美等发达国家都对铅的使用进行了严格的限制。

[0003] 硫化亚铁(FeS)作为常见的固体自润滑材料，具有较低的剪切强度，在铜基滑动轴承材料中的应用较为广泛。但硫化亚铁(FeS)与铜合金基体相容性较差，当其含量较高时，硫化亚铁(FeS)易发生团聚，与基体结合处容易产生孔隙，界面结合质量差，削弱材料整体力学性能。

[0004] 机械合金化是一种高能球磨技术，它是在高能球磨的条件下，利用金属粉末混合物的反复变形、断裂、焊合，原子间互相扩散或发生固态反应形成合金粉末。机械合金化属于强制反应，从外界加入高能量的应变、缺陷以及纳米级的微结构，使得合金过程的热力学和动力学不同于普通的固态反应。

[0005] 机械合金化在改善硫化亚铁(FeS)颗粒更加细小、弥散、均匀分布在铜基体中以及在提高硫化亚铁(FeS)与铜基体界面结合方面具有显著的效果，提高了材料的力学性能，改善了铜基材料减摩抗粘着作用，为研发新型无铅铜基轴承材料提供一种新的思路。

发明内容

[0006] 为了提高材料力学性能和摩擦学性能，本发明提供一种无铅铜基滑动轴承材料，本发明还提供一种无铅铜基滑动轴承材料的制备方法。

[0007] 本发明的具体技术解决方案如下：

[0008] 一种高强无铅铜基滑动轴承材料由质量百分比85～98％青铜粉和2～15％硫化亚铁粉制成；所述高强无铅铜基滑动轴承材料的力学性能：压溃强度380～400MPa，硬度70～80HB。

[0009] 所述青铜粉的成份按质量百分比为：镍粉1～3％、锡粉6～10％、磷粉0～0.5％、铁粉0～2％、余量铜粉；所述硫化亚铁粉过60目筛，纯度≥92％，其它为铁(Fe)、硫(S)、氧(O)。

[0010] 制备高强无铅铜基滑动轴承材料的操作步骤如下：

[0011] (1)球磨制粉：将青铜粉、硫化亚铁粉、磨球和过程控制剂加入球磨罐中，球磨罐抽真空，充装氩气，球磨，得到机械合金粉；

[0012] (2)压制：将所述机械合金粉中模具中压制成生坯；

[0013] (3)烧结：将所述生坯放入氨分解保护气氛中进行烧结，得到高强无铅铜基滑动轴承烧结材料。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在以下方面：

[0015] 1、本发明利用硫化亚铁的减摩耐高温特性取代铜基轴承中铅的作用，实现了轴承材料的无铅化，符合绿色、环保的发展趋势。

[0016] 2、机械合金化使硫化亚铁颗粒均匀地分布在铜基体中，使界面结合能力提高，同时改善硫化亚铁含量高时的易团聚问题，材料的力学性能得到提高，高强无铅铜基滑动轴承材料的压溃强度可达380～400MPa，硬度可达70～80HB。

[0017] 3、采用球磨机械合金化技术，提高材料的力学性能，同时利用FeS自身优良的固体自润滑能力，显著改善无铅铜基滑动轴承材料摩擦磨损性能，实现铜基滑动轴承材料的高强度和良好润滑特性的有效统一，拓宽无铅铜基轴承材料在复杂工况下的应用。

具体实施方式

[0018] 下面结合实施例对本发明作进一步地描述。

[0019] 实施例1

[0020] 本实施案例按照以下步骤实施：

[0021] 1、称取硫化亚铁粉7.2g，青铜粉232.8g，共240g，其中青铜粉按照质量百分比根据表格1称取。将240g放入四个球磨罐，单个球罐装粉总质量60g，添加1wt％乙醇，加入不锈钢磨球，其中大球250g，小球350g，抽真空，填充纯度99.999％氩气，转速250r/min，球磨时间30h。球磨完毕自然冷却，得到240g机械合金粉；

[0022] 表1青铜粉构成

[0023]成分 镍 锡 磷 铁 铜
质量百分比 1 8 0.5 1 89.5

[0024] 青铜粉的质量百分比构成如表1所示。

[0025] 2、在240g机械合金粉中添加按机械合金粉质量百分比0.5wt％硬脂酸锌作为润滑剂，在100吨万能液压机上分别压制出尺寸为18×6×5mm的摩擦磨损试验样品、的压溃强度试验样品、55×10×10mm的冲击韧性试验样品，压制压力600MPa

[0026] 3、然后将步骤(2)得到的三种试验样品放入氨分解气氛的网带烧结炉进行烧结，烧结温度850℃，得到一种无铅铜基滑动轴承材料。

[0027] 将三种试验样品分别进行力学性能和摩擦磨损性能检测。摩擦磨损性能检测是在MM-200型摩擦磨损试验机上进行，试验摩擦副为环块接触方式，上试样为摩擦磨损试验样品，试样大小为18×6×5mm；下试样为圆环，外径φ40mm，内径φ15mm，厚度10mm，材料为45#钢调质处理，硬度HRC50±3。下试样转速为200r/min。在压力50N，干摩擦和预浸油干摩擦工况下进行摩擦磨损试验。

[0028] 力学性能和试验30min后的摩擦学性能检测结果如表2所示；

[0029] 表2无铅铜基滑动轴承材料性能测试

[0030]

[0031] 可以看出，材料在干摩擦以及预浸油干摩擦条件下均表现出良好减摩耐磨性能，摩擦系数和磨损量比较小；在浸油干摩擦条件下磨损量和摩擦系数更小，说明材料在浸油干摩擦条件下表现出更好的减摩耐磨性能。

[0032] 实施例2

[0033] 1、称取硫化亚铁粉14.4g，青铜粉225.6g，共240g，其中青铜粉按照质量百分比根据表格3称取。将240g放入四个球磨罐，单个球罐装粉总质量60g，添加1wt％硬脂酸，加入不锈钢磨球，其中大球250g，小球350g，抽真空，填充纯度99.999％氩气，转速250r/min，球磨时间25h。球磨完毕自然冷却，得到240g机械合金粉；

[0034] 表3青铜粉构成

[0035]成分 镍 锡 磷 铁 铜
重量百分比 1 6.5 0.3 1 91..2

[0036] 青铜粉的质量百分比构成如表3所示。

[0037] 2、在240g机械合金粉中添加按机械合金粉质量百分比0.5wt％硬脂酸锌作为润滑剂，在100吨万能液压机上分别压制出尺寸为18×6×5mm的摩擦磨损试验样品、的压溃强度试验样品、55×10×10mm的冲击韧性试验样品，压制压力550MPa。

[0038] 3、然后将步骤(2)得到的三种试验样品放入氨分解气氛的网带烧结炉进行烧结，烧结温度860℃，得到一种无铅铜基滑动轴承材料；

[0039] 表4无铅铜基滑动轴承材料性能测试

[0040]

[0041] 材料的性能检测方法和实施例1相同。力学性能和摩擦磨损试验30min后的性能检测结果如表4所示。

[0042] 实施例3

[0043] 1、称取硫化亚铁粉21.6g，青铜粉218.4g，共240g，其中青铜粉按照质量百分比根据表格5称取。将240g放入四个球磨罐，单个球罐装粉总质量60g，添加1wt％硬脂酸，加入不锈钢磨球，其中大球300g，小球300g，抽真空，填充纯度99.999％氩气，转速300r/min，球磨时间20h。球磨完毕自然冷却，得到240g机械合金粉。

[0044] 表5青铜粉构成

[0045]成分 镍 锡 磷 铁 铜
质量百分比 2 7 0.5 2 88.5

[0046] 青铜粉的质量百分比构成如表5所示。

[0047] 2、240g机械合金粉中添加按机械合金粉质量百分比0.5wt％硬脂酸锌作为润滑剂，在100吨万能液压机上分别压制出尺寸为18×6×5mm的摩擦磨损试验样品、的压溃强度试验样品、55×10×10mm的冲击韧性试验样品，压制压力600MPa。

[0048] 3、然后步骤(2)得到的三种试验样品放入氨分解气氛的网带烧结炉进行烧结，烧结温度840℃，得到一种无铅铜基滑动轴承材料。

[0049] 表6无铅铜基滑动轴承材料性能测试

[0050]

[0051] 材料的性能检测方法和实施例1相同。力学性能和试验摩擦磨损试验30min后的性能检测结果如表6所示。