CN109296643B - 一种应用于滑动轴承的双层金属复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于滑动轴承的双层金属复合材料及其制备方法，双层金属复合材料承载层由铜合金制成，减摩合金层由中高锡铝基合金制成，其中，中高锡铝基合金中锡元素的含量为10wt％～50wt％，铝元素与锡元素的质量百分含量之和≥90％,铝元素与锡元素为主要合金元素，并且中高锡铝基合金为多元合金；其制备方法包括：按要求准备承载层铜合金并进行加工；将中高锡铝基合金制成焊丝；将该焊丝堆焊到铜合金表面作为减摩合金层，得到应用于滑动轴承的双层金属复合材料。本发明的双层金属复合材料具有很高的结合强度，铜合金具有良好的疲劳强度、导热性和耐腐蚀性，中高锡铝基合金具有良好的疲劳强度、抗咬性和嵌藏性。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于滑动轴承的双层金属复合材料及其制备方法，具体地，涉及一种将铜合金和中高锡铝基合金通过堆焊结合在一起的应用于滑动轴承的双层金属复合材料及其制备方法。
背景技术
滑动轴承是转子动力系统的重要零部件，对工业装备的正常运转起着极其重要的作用。特别是在工况更加苛刻的重载领域，对滑动轴承材料的机械性能提出了更高的要求。已得到应用的低碳钢与巴氏合金通过离心浇铸工艺结合的双层金属复合材料具有局限性，其疲劳强度、结合强度、耐磨性、耐温性及导热性无法满足更加苛刻的工况。已得到应用的低碳钢与巴氏合金通过堆焊工艺结合的双层金属复合材料具有局限性，其结合强度得到显著提高，但是其耐磨性、耐温性能无法满足更加苛刻工况的要求，并且巴氏合金疲劳强度随着温度的升高有很大的下降，其导热性能在应用中也受到限制。已得到应用的低碳钢与铜合金通过堆焊工艺结合的双层金属复合材料具有局限性，其具有很差的抗咬性和嵌藏性，容易咬合或者划伤工作转轴，引起工作转轴报废甚至设备的大型故障。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种应用于滑动轴承的双层金属复合材料及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种应用于滑动轴承的双层金属复合材料，所述双层金属复合材料包括承载层和复合在所述承载层上的减摩合金层；所述承载层为铜合金层，所述减摩合金层为中高锡铝基合金层；中高锡铝基合金中锡元素的质量百分含量为10％～50％，铝元素与锡元素的质量百分含量之和≥90％，铝元素和锡元素为主要合金元素。当铝基合金中铝元素与锡元素的质量百分含量之和≥90％，而锡元素的质量百分含量＜10％，属于低锡铝基合金范畴，其抗咬性和嵌藏性较差，用于滑动轴承减摩合金层时，需在减摩合金层表面增加镀层以提高滑动轴承材料的抗咬性和嵌藏性，增加了工艺过程和成本。当铝基合金中铝元素与锡元素的质量百分含量之和≥90％，而锡元素的质量百分含量＞50％，不属于铝基合金范畴，材料过软，不适合用于滑动轴承材料。当铝锡合金中锡元素的质量百分含量为10％～50％，而铝元素与锡元素的质量百分含量之和小于90％，则主要元素除铝元素和锡元素之外，可能包含其它元素，不属于本发明中高锡铝基合金范畴。
优选的，所述铜合金层的铜合金包括黄铜、铅青铜、锡青铜、铝青铜、硅青铜或铍青铜。
优选的，所述中高锡铝基合金为多元合金。
优选的，所述中高锡铝基合金还含有一种或者多种增强中高锡铝基合金机械性能的其他化学元素。
优选的，所述机械性能包括屈服强度、疲劳强度、承载能力、抗冲击性、耐磨性、耐腐蚀性、抗咬性、嵌藏性、减摩性、热膨胀系数、硬度、韧性、弹性、塑性、耐温性、导热性、亲油性中的一种或者几种。
优选的，所述中高锡铝基合金还含有铜、镍、硅、铁、锰、钛、铅、铬、锌、镁、银、铟、锂以及稀土元素中的一种或者多种。上述元素的添加目的在于增强中高锡铝基合金机械性能。
更优选的，所述中高锡铝基合金含有铜、镍、硅中的一种或者多种。
本发明还涉及一种前述任一项的双层金属复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤:
S1、准备承载层用铜合金并加工，使需要进行堆焊复合中高锡铝基合金材料的表面粗糙度达到Ra0.01～Ra3.2；
S2、将中高锡铝基合金制成中高锡铝基合金焊丝；
S3、将中高锡铝基合金焊丝堆焊到步骤S1加工好的需要进行堆焊复合中高锡铝基合金材料的铜合金表面作为减摩合金层，即得所述双层金属复合材料。
优选的，步骤S1还包括清洗加工好的铜合金去除表面的油污及微小颗粒物的步骤。
优选的，步骤S2还包括清洗去除中高锡铝基合金焊丝表面油污及微小颗粒物。
优选的，步骤S3中，所述堆焊采用的方法为氧-乙炔火焰焊、氩弧焊、冷金属过渡焊中的一种。
本发明还涉及一种利用前述任一项所述的双层金属复合材料制成的滑动轴承，所述滑动轴承包括向心滑动轴承、推力滑动轴承以及集成向心滑动轴承和推力滑动轴承功能的滑动轴承。
优选的，所述滑动轴承为固定式滑动轴承或可倾瓦式滑动轴承。
与现有应用于滑动轴承的双层金属复合材料及其制备方法相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明铜合金和中高锡铝基合金都具有优异的导热性能，可以将滑动轴承工作过程中产生的热量传导出去，避免由于热膨胀导致滑动轴承与工作转轴抱死，同时避免由于大量积热导致高温从而造成滑动轴承与工作转轴焊合，即咬死；本发明优异的导热性能特别适合于产生大量滑动摩擦热量的重载领域。
2.本发明中高锡铝基合金和铜合金通过堆焊工艺进行结合，具有很高的结合强度，使得中高锡铝基合金作为减摩合金层在工作过程中能够牢固的结合在铜合金表面；本发明优异的结合强度特别适合于重载领域。
3.本发明在铜合金表面堆焊中高锡铝基合金，可以充分利用中高锡铝基合金的优异的抗咬性、嵌藏性和疲劳强度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中的双层金属复合材料示意图；其中，1为承载层，2为减摩合金层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的具体实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种双金属复合材料，如图1所示，所述双金属复合材料包括承载层1和其上复合的减摩合金层2；双金属复合材料承载层1由铝青铜制成，铝青铜主要元素的质量百分含量为85％的铜元素、10.0％的铝元素、3.0％的铁元素、1.5％的锰元素。减摩合金层2由中高锡铝基合金制成，中高锡铝基合金主要元素的质量百分含量为78％的铝元素、20％的锡元素、1.0％的铜元素。
本实施例的应用于滑动轴承的双层金属复合材料制备方法：
第一步，准备承载层铝青铜材料并进行加工，需进行堆焊的表面粗糙度达到Ra0.8；
第二步，将加工后的承载层铝青铜材料放入丙酮溶液中，并用超声波清洗，去除表面的油污及微小颗粒物；
第三步，将中高锡铝基合金制成中高锡铝基合金焊丝，放置中高锡铝基合金焊丝于丙酮溶液中，并用超声波清洗，去除表面油污及微小颗粒物；
第四步，将中高锡铝基合金焊丝用氩弧焊焊接方法堆焊到铜合金表面作为减摩合金层，得到应用于滑动轴承的双层金属复合材料。
根据GB/T 1174-92《铸造轴承合金》对本实施例进行结合强度的测定，得到承载层材料与减摩合金层材料的结合强度≥90MPa。
实施例2
本实施例涉及一种双金属复合材料，如图1所示，所述双金属复合材料包括承载层1和其上复合的减摩合金层2；双金属复合材料承载层1由锡青铜制成，锡青铜主要元素的质量百分含量为88.5％的铜元素、10.0％的锡元素、1.0％的磷元素。减摩合金层2由中高锡铝基合金制成，中高锡铝基合金主要元素的质量百分含量为59％的铝元素、40％的锡元素、0.5％的铜元素。
本实施例的应用于滑动轴承的双层金属复合材料制备方法：
第一步，准备承载层铝青铜材料并进行加工，需进行堆焊的表面粗糙度达到Ra0.8；
第二步，将加工后的承载层铝青铜材料放入丙酮溶液中，并用超声波清洗，去除表面的油污及微小颗粒物；
第三步，将中高锡铝基合金制成中高锡铝基合金焊丝，放置中高锡铝基合金焊丝于丙酮溶液中，并用超声波清洗，去除表面油污及微小颗粒物；
第四步，将中高锡铝基合金焊丝用氩弧焊焊接方法堆焊到铜合金表面作为减摩合金层，得到应用于滑动轴承的双层金属复合材料。
根据GB/T 1174-92《铸造轴承合金》对本实施例进行结合强度的测定，得到承载层材料与减摩合金层材料的结合强度≥85MPa。
综上所述，本发明涉及一种应用于滑动轴承的双层金属复合材料及其制备方法，承载层为铜合金，减摩合金层为中高锡铝基合金，采用堆焊焊接方法制备。与传统的低碳钢与巴氏合金通过离心浇铸工艺结合的双层金属复合材料相比，由于铜合金相较于低碳钢具有更加优良的导热性能，中高锡铝基合金相较于巴氏合金具有更加优良的导热性能，因而铜合金与中高锡铝基合金结合的双层金属复合材料相较于低碳钢与巴氏合金结合的双层金属复合材料、低碳钢与铜合金结合的双层金属复合材料具有更加优良的散热能力，可以将滑动轴承运行过程中产生的热量更加快速的传导出去，避免滑动轴承与工作转轴发生咬合或者抱死。中高锡铝基合金相较于巴氏合金具有更高的疲劳强度，并且随着温度由0℃上升到160℃的过程中，巴氏合金疲劳强度下降幅度达到60％，而中高锡铝基合金疲劳强度下降幅度在2％以内。中高锡铝基合金金相较于巴氏合金具有更高的耐温性，因而可以应用于更高的工作温度。本发明发现，锡元素含量大于等于10％并且小于等于50％的中高锡铝基合金与巴氏合金一样具有优异的抗咬性和嵌藏性。此外，本发明双层金属复合材料的制备方法，采用堆焊工艺，相较于传统离心浇铸工艺，具有更高的结合强度。本发明能够使得滑动轴承应用在更加苛刻的工作条件下。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (5)
1.一种应用于滑动轴承的双层金属复合材料的制备方法，其特征在于，所述双层金属复合材料包括承载层和复合在所述承载层上的减摩合金层；所述承载层为铜合金层，所述减摩合金层为中高锡铝基合金层；所述中高锡铝基合金为含铜的多元合金，其中锡元素的质量百分含量为10%～50%，铝元素与锡元素的质量百分含量之和≥90%，铝元素和锡元素为主要合金元素；所述铜合金层的铜合金为锡青铜、铝青铜、硅青铜或铍青铜；
所述方法包括如下步骤:
S1、准备承载层用铜合金并加工，使需要进行堆焊复合中高锡铝基合金材料的表面粗糙度达到Ra0.01～Ra3.2；
S2、将中高锡铝基合金制成中高锡铝基合金焊丝；
S3、将中高锡铝基合金焊丝堆焊到步骤S1加工好的需要进行堆焊复合中高锡铝基合金材料的铜合金表面作为减摩合金层，即得所述双层金属复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1还包括清洗加工好的铜合金去除表面的油污及微小颗粒物的步骤。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2还包括清洗去除中高锡铝基合金焊丝表面油污及微小颗粒物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述堆焊采用的方法为氧-乙炔火焰焊、氩弧焊、冷金属过渡焊中的一种。
5.一种根据权利要求1所述的方法制得的双层金属复合材料制成的滑动轴承，其特征在于，所述滑动轴承包括向心滑动轴承、推力滑动轴承以及集成向心滑动轴承和推力滑动轴承功能的滑动轴承。
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