CN108220666A - 一种更耐磨的新型铜基自润滑复合材料 - Google Patents
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Abstract
一种更耐磨的新型铜基自润滑复合材料，按重量百分比计算，由97.5～98.5％的锡青铜粉末和1.5～2.5％的hBN粉末制备而成，上述各组分的质量百分比总和为100％。所述复合材料的制备方法如下：按所述重量百分比精确称量锡青铜粉末和hBN粉末，放入料斗中混合3～6小时，得到复合粉末；用液压机双向压制复合粉末，压制过程包括先慢预加压，再进行快速加压，得到压力样品，在常压下和氩气保护下烧结压力样品；烧结温度维持在850℃，烧结4h后，产品在氩气保护下随炉冷却至200℃后，空冷至室温。当样品不含氮化硼时，摩擦系数相对较大，且在摩擦过程中摩擦系数发生较大的波动。加入hBN后，样品的摩擦系数显著下降。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料，具体是一种更耐磨的新型铜基自润滑复合材料。
背景技术
铜基自润滑复合材料一直是金属基自润滑复合材料的重要组成部分，是解决400-600℃下工业摩擦学问题的主要材料。其中的锡青铜具有优良的导热性、可加工性和摩擦性能等特性，得到了广泛的关注和应用。特别是以粉末冶金锡青铜/石墨自润滑复合材料制作的轴承、衬套与套筒，在室温与少油润滑或无油润滑的条件下，具有良好的导热性和摩擦性能等优点，已广泛应用于纺织机械、制药机械、食品机械及汽车工业中心。
但是随着环保意识的增强，锡青铜一石墨自润滑复合材料制作的轴承、衬套与套筒在使用的过程中往往会产生黑色磨屑的问题逐渐引起了重视。新型自润滑材料摩擦部件的研究与开发也因此成为发展高速、高温、无油或少油润滑条件下实现操作技术的一个重要方面。而且在锡青铜中加入的石墨显著降低了锡青铜的力学性能，限制了该种材料的应用范围。
hBN具有对高温自润滑性能的摩擦材料显著的促进作用，且hBN与石墨有着相似的晶格和结构，而且它不会在使用时造成黑色污染。
另外，铅也是一种分布在铜基中的软金属；因此，它起到了在高温下的润滑和减少摩擦的作用，可以明显提高材料的高温摩擦性能；不过铅由于对人体和环境的巨大危害，其并不是一个环保的选择。因此，新型自润滑复合材料含有低浓度铅或无铅应该是未来的发展。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种新型铜基自润滑复合材料的制备方法，该材料在400-600℃、少油润滑或无油润滑及高速(5000r/min)的工作条件下仍具有良好的润滑效果，而且使用该自润滑材料避免了黑色污染物的产生。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种更耐磨的新型铜基自润滑复合材料，按重量百分比计算，由97.5～98.5％的锡青铜粉末和1.5～2.5％的hBN粉末制备而成，上述各组分的质量百分数总和为百分之一百。
一种所述的更耐磨的新型铜基自润滑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
按所述重量百分比精确称量锡青铜粉末和hBN粉末，放入料斗中混合3～6小时，得到复合粉末；
将复合粉末装入模具，然后使用液压机双向压制，压制过程包括先慢预加压，再进行快速加压，得到压力样品，注意要保证在样品硬化的同时空气有足够的时间逸出；
在常压下和氩气保护下使用管式加热炉烧结压力样品；烧结温度维持在850℃，烧结4h后，产品在氩气保护下随炉冷却至200℃后，空冷至室温。
所述锡青铜粉末和hBN粉末的粒度均为150～250目。
慢预加压使用压力为8Mpa。
快速加压使用压力为400Mpa。
与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：
当样品不含氮化硼时，摩擦系数相对较大，且在摩擦过程中摩擦系数发生较大的波动。加入hBN后，样品的摩擦系数显著下降。摩擦系数在磨损试验开始时较大，几分钟后，在摩擦表面形成hBN固体润滑膜，其使摩擦系数趋于稳定。含有0％HBN的套筒的磨损量达到0.68mg/m，这是任何样品的最大磨损量。套筒的磨损量在含有氮化硼的试样中显著降低。含有2％hBN试样的磨损量是0.15mg/m，而含有4％hBN试样的磨损量增加到0.21mg/m。虽然含有4％hBN试样的摩擦系数较低，但是hBN的添加降低了铜基复合材料的耐磨性。这一现象表明：添加hBN作为固体润滑剂可以改善锡青铜的摩擦学性能，但它也会降低锡青铜的耐磨性。因此，hBN在锡青铜中添加的质量分数应控制在1.5～2.5％。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
ZQSn663-锡青铜粉末含有6％的Sn，6％的Zn，3％的Pb和85％的Cu，
ZQSn663和hBN的粒度均约为200目。
hBN的密度是2.28g/cm3。
粉末组分均使用电子天平进行了精确的称量，然后在一个料斗中混合在一起3～6小时，用于生产复合粉末。将复合粉末装入模具，然后使用电动DY20液压机双向压制。压制过程包括先慢预加压(使用压力8MPa)，其次是一个快速加压(使用压力400MPa)的方法。注意要保证在样品硬化的同时空气有足够的时间逸出。使用管式加热炉在常压下和氢气保护下烧结压力样品。烧结温度维持在850℃，烧结4h后，产品在氩气保护下随炉冷却至200℃后，空冷至室温。
技术原理：
从实施例1中得知：随着hBN含量的增加，复合材料中的气孔和hBN的数量增加；气孔的增加表明hBN和铜合金的物理性能之间的差异，氮化硼对烧结锡青铜颗粒的密度有重要影响。烧结复合材料的氮化硼含量越大，烧结复合材料的密度越低。当铜基自润滑复合材料作为摩擦材料时，hBN在摩擦表面的剪力作用下形成一层固体润滑膜，其润滑机理类似于石墨薄膜改善材料的摩擦性能。
hBN含量越高，在锡青铜基体中弥散分布的hBN体积越大。这限制了烧结颈的形成和生长，铜合金/hBN自润滑复合材料的密度显著降低，孔隙率增加。氮化硼含量越高，复合材料越可能形成润滑膜，摩擦系数越低。然而，机械性能有负面影响，润滑膜更易受到损害，从而导致自润滑复合材料套筒磨损量增加。
在相同工艺的条件下，在ZQSn663-锡青铜中添加hBN含量达到2％时，自润滑复合材料表现出最好的机械性能，硬度为54-56HV，破碎强度为300-304Mpa，密度为7.07g/cm3，拥有相对较小的摩擦系数和测试样品的最低磨损量。
不同于石墨或铅，石墨虽然与hBN具有着相似的润滑机理，但是石墨会在使用过程中产生黑色污染；铅虽然也可以明显提高材料的高温摩擦性能，但是铅由于对人体和环境的巨大危害，并不是一个环保的选择。
实施例2
一种更耐磨的新型铜基自润滑复合材料，按重量百分比计算，由97.5％的锡青铜粉末和2.5％的hBN粉末制备而成。
实施例3
一种更耐磨的新型铜基自润滑复合材料，按重量百分比计算，由98.5％的锡青铜粉末和1.5％的hBN粉末制备而成。
实施例4
一种更耐磨的新型铜基自润滑复合材料，按重量百分比计算，由98％的锡青铜粉末和2％的hBN粉末制备而成。
Claims (5)
1.一种更耐磨的新型铜基自润滑复合材料，其特征在于，按重量百分比计算，由97.5～98.5％的锡青铜粉末和1.5～2.5％的hBN粉末制备而成，上述各组分的质量百分比总和为百分之一百。
2.一种如权利要求1所述的更耐磨的新型铜基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按所述重量百分比精确称量锡青铜粉末和hBN粉末，放入料斗中混合3～6小时，得到复合粉末；
将复合粉末装入模具，然后使用液压机双向压制，压制过程包括先慢预加压，再进行快速加压，得到压力样品，注意要保证在样品硬化的同时空气有足够的时间逸出；
在常压下和氩气保护下烧结压力样品；烧结温度维持在850℃，烧结4h后，产品在氩气保护下随炉冷却至200℃后，空冷至室温。
3.如权利要求2所述的更耐磨的新型铜基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，所述锡青铜粉末和hBN粉末的粒度均为150～250目。
4.如权利要求2所述的更耐磨的新型铜基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，慢预加压使用压力为8Mpa。
5.如权利要求2所述的更耐磨的新型铜基自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，快速加压使用压力为400MDa。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180629 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |