CN103909271A

CN103909271A - 高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承及其生产工艺

Info

Publication number: CN103909271A
Application number: CN201410130194.7A
Authority: CN
Inventors: 张国强
Original assignee: COB PRECISION PARTS Inc
Current assignee: COB PRECISION PARTS Inc
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2014-07-09

Abstract

本发明公开了一种高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承及其生产工艺，其中高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承包括烧结复合而成的钢套外圈和粉末冶金铜合金层，粉末冶金铜合金层的粉末冶金材料的组成按重量含量计为：镍粉15～40%、锡粉6～12%、硬质颗粒物1～5%、固体润滑剂1～10%、铝粉3～12%，余量为铜粉。本发明有效地解决了含有高比例固体润滑剂的粉末冶金产品的烧结问题，烧结后的铜合金产品与外层钢套层具有较高的粘接强度。同时，采用本发明方法制备的产品具有较好的润滑性能，较高的含油率、大量固体润滑剂也有效地保证了产品的整体润滑性能。

Description

高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承及其生产工艺

技术领域

本发明涉及到一种粉末冶金含油轴承及其生产工艺，具体地说是一种高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承及其制造工艺。

背景技术

在工程机械领域，用于液压挖掘机的滑动轴承需要承受较高的表面载荷和支撑力。目前，液压挖掘机普遍使用的滑动轴承为感应淬火硬化的钢轴承，此类轴承在装配前需要添加初始油脂润滑以防止轴承在表面磨合的过程中出现咬死或是工作过程中由于咬合而产生的吱吱声。随着市场对于免维护工程机械要求的提高，有必要研发一种可延长液压挖掘机轴承油脂润滑维护周期的高性能轴承，或者一种能在无油脂润滑状态下避免轴与轴承咬死的高性能轴承。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种可免维护、具有油润滑和干摩擦固体润滑双重效果的高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承及其生产工艺。

为解决上述技术问题，本发明高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承包括烧结复合而成的钢套外圈和粉末冶金铜合金层，所述粉末冶金铜合金层的粉末冶金材料的组成按重量含量计为：镍粉15～40%、锡粉6～12%、硬质颗粒物1～5%、固体润滑剂1～10%、铝粉3～12%，余量为铜粉。

上述高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承，所述铜粉的平均粒径不大于100μm，所述锡粉的平均粒径不大于75μm，所述镍粉的平均粒径不大于25μm，所述铝粉的平均粒径不大于150μm，所述固体润滑剂的平均粒径不大于50μm。

上述高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承，所述硬质颗粒物为Fe₂P或Fe₃P的一种或两种的混合物。

上述高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承，所述固体润滑剂为石墨、MoS₂、WC中的一种或任意几种的混合。

上述高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承，所述轴承的含油率为15～25%。

上述高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承，所述粉末冶金铜合金层内含有油孔，所述油孔的孔径尺寸为50～80μm。

高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承的生产工艺，包括如下步骤：Ⅰ．按如下重量含量称取相应粉末：镍粉15～40%、锡粉6～12%、硬质颗粒物1～5%、固体润滑剂1～10%、铝粉3～12%，余量为铜粉；Ⅱ．将称好的各种粉末在混料器中混合；Ⅲ．将混合后的粉末模压压制成所需尺寸的坯料；Ⅳ、将坯料过盈配合压入相对应的钢套中；Ⅴ．将复合后的坯料和钢套进行真空烧结；Ⅵ．将烧结后形成的复合轴承车加工至所需要的尺寸；Ⅶ、将加工后的轴承真空浸油。

上述高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承的生产工艺，所述硬质颗粒物为Fe₂P或Fe₃P的其中一种或两种的混合物。

上述高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承的生产工艺，所述固体润滑剂为石墨、MoS₂、WC中的一种或任意几种的混合。

上述高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承的生产工艺，真空浸油后轴承的含油率为15～25%。

本发明由于采用了上述技术方案，加入的镍在烧结过程中会固溶于铜中形成单质的Cu-Niα相（如图1所示），在保持铜基体高塑性的情况下可提高材料的高温和低温强度。锡粉在烧结过程中由于熔化形成液相，在毛细管力的作用下渗透到铜粉颗粒的间隙中，铜粉表面部分铜元素溶解在液相锡中形成Cu-Snα相（如图1所示），Cu-Snα相作为粘结剂分散在铜粉颗粒的骨架间。锡粉的溶渗流出起到形成含油轴承通孔的作用，含油轴承孔隙度随着锡含量的增加而升高，但锡粉含量增加到一定程度会使含油轴承的强度降低，因此，锡粉的加入量以6～12%为佳。固体润滑剂在烧结过程中不与其它合金元素进行反应，加入的固体润滑剂在轴承工作过程中可以在轴承的表面形成一层润滑膜，对高性能多孔含油轴承起到补充润滑的作用。但是，由于固体润滑剂是软质相，过高的加入量会降低含油轴承的强度，因此，用于高载荷的含油轴承的固体润滑剂的加入量以1～10%为佳。硬质颗粒物作为硬质相加入到粉末冶金含油轴承基体中主要是为了增加含油轴承的耐磨性能。硬质颗粒物弥散分布在轴承基体中，在轴承工作过程中，表面的硬质颗粒凸出表面，承受对偶面施加的载荷，降低摩擦对偶面与轴承表面的接触几率，从而降低轴承的磨损。烧结后，铜-镍粉末冶金材料与外层钢套形成冶金结合，降低了粉末冶金材料的变形，同时，粉末冶金压坯与钢套在烧结后形成一体，无需其他特殊处理即可直接车削加工成多孔含油轴承。工作时，在各组成成分的协同作用和摩擦热的作用下，轴承中的润滑油会从孔中挤出对轴与轴承的结合面形成润滑。同时，粉末中大量细小的固体润滑剂颗粒均匀分布在材料基体中，起到了有效的补充润滑的作用。与现有技术相比，本发明有效地解决了含有高比例固体润滑剂的粉末冶金产品的烧结问题，烧结后的铜合金产品与外层钢套层具有较高的粘接强度。同时，采用本发明方法制备的产品具有较好的润滑性能，较高的含油率、大量固体润滑剂也有效地保证了产品的整体润滑性能。

附图说明

图1是本发明粉末冶金多孔含油轴承的粉末冶金铜合金层的金相图（氯化铁酒精溶液腐蚀）；

图2是本发明粉末冶金多孔含油轴承的纵向截面结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承由钢套外圈1和铜-镍基粉末冶金铜合金层2烧结复合而成，中间为烧结形成的结合过渡层3。它采用如下工艺方法制成：

Ⅰ．按如下重量含量称取各种粉末：镍粉32%、锡粉10%、FeP₃3%、粒状石墨1%、铝粉3%，余量为铜粉；其中，铜粉的平均粒径不大于100μm，锡粉的平均粒径不大于75μm，镍粉的平均粒径不大于25μm，铝粉的平均粒径不大于150μm，粒状石墨的平均粒径不大于50μm。

Ⅱ．将称好的粉末在混料器中混合；

Ⅲ．将混合后的粉末模压压制成所需尺寸的管状坯料；

Ⅳ．将坯料过盈配合压入钢套中；

Ⅴ．将坯料和钢套进行真空烧结；

Ⅵ．将烧结后形成的复合轴承车加工至所需要的尺寸；

Ⅶ．将加工后的轴承真空浸油。

经测试，采用上述工艺方法制成的高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承的物理及其机械性能如下表所示：

特性名称	含油率(%)	极限承载(MPa)	硬度(HRM)
				指标	18	87	69

本实施方式中，粒状石墨在烧结过程中既不与Cu反应，也不与Sn反应，加入的石墨在轴承工作过程中可以在轴承的表面形成一层石墨润滑膜，对高性能多孔含油轴承起到补充润滑的作用，石墨是软质相，因此，石墨粉的加入会降低含油轴承的强度，用于高载荷的含油轴承的石墨加入量为1～2%。磷化铁作为硬质相加入的粉末冶金含油轴承基体中主要是为了增加含油轴承的耐磨性能。磷化铁颗粒弥散分布在轴承基体中，在轴承工作过程中，表面的硬质颗粒凸出表面，承受对偶面施加的载荷，降低摩擦对偶面与轴承表面的接触几率，从而降低轴承的磨损。

本发明轴承生产工艺所采用的各类粉末中，镍粉的加入量可以在15～40%中进行选择，锡粉的加入量可以在6～12%中进行选择，硬质颗粒物的加入量可以在1～5%中进行选择，固体润滑剂的加入量可以在1～10%中进行选择，铝粉的加入量可以在3～12%中进行选择。硬质颗粒物可以为Fe₂P或Fe₃P中的一种，也可以是两种的混合物。固体润滑剂可以采用石墨、MoS₂、WC中的一种，也可以是任意两种或三种的混合物。

Claims

1.高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承，包括烧结复合而成的钢套外圈和粉末冶金铜合金层，其特征在于，所述粉末冶金铜合金层的粉末冶金材料的组成按重量含量计为：镍粉15～40%、锡粉6～12%、硬质颗粒物1～5%、固体润滑剂1～10%、铝粉3～12%，余量为铜粉。

2.如权利要求1所述的高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承，其特征在于，所述铜粉的平均粒径不大于100μm，所述锡粉的平均粒径不大于75μm，所述镍粉的平均粒径不大于25μm，所述铝粉的平均粒径不大于150μm，所述固体润滑剂的平均粒径不大于50μm。

3.如权利要求1或2所述的高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承，其特征在于，所述硬质颗粒物为Fe₂P或Fe₃P的其中一种或两种的混合物。

4.如权利要求1或2所述的高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承，其特征在于，所述固体润滑剂为石墨、MoS₂、WC中的一种或任意几种的混合。

5.如权利要求1或2所述的高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承，其特征在于，所述轴承的含油率为15～25%。

6.如权利要求1或2所述的高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承，其特征在于，所述粉末冶金铜合金层内含有油孔，所述油孔的孔径尺寸为50～80μm。

7.高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承的生产工艺，其特征在于，它包括如下步骤：Ⅰ．按如下重量含量称取相应粉末：镍粉15～40%、锡粉6～12%、硬质颗粒物1～5%、固体润滑剂1～10%、铝粉3～12%，余量为铜粉；Ⅱ．将称好的各种粉末在混料器中混合；Ⅲ．将混合后的粉末模压压制成所需尺寸的坯料；Ⅳ．将坯料过盈配合压入相对应的钢套中；Ⅴ. 将复合后的坯料和钢套进行真空烧结；Ⅵ．将烧结后形成的复合轴承车加工至所需要的尺寸；Ⅶ．将加工后的轴承真空浸油。

8.如权利要求7所述的高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承的生产工艺，其特征在于，所述硬质颗粒物为Fe₂P或Fe₃P的其中一种或两种的混合物。

9.如权利要求7所述的高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承的生产工艺，其特征在于，所述固体润滑剂为石墨、MoS₂、WC中的一种或任意几种的混合。

10.如权利要求7所述的高性能铜-镍基粉末冶金多孔含油轴承的生产工艺，其特征在于，真空浸油后轴承的含油率为15～25%。