專利名稱：：無鉛銅基合金粉末材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種銅基合金粉末，尤其涉及用于制造機(jī)械零部件、汽車軸承等的無鉛銅基合金粉末及其制備方法。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的制造軸承軸瓦材料的銅基合金粉末是由銅、鉛、錫、鋅(或磷)組成的，由于含有鉛，對人體有毒害，對環(huán)境有污染，鉛和其化合物對人體各組織均有毒性，中毒途徑可由呼吸道吸入其蒸氣或粉塵，然后呼吸道中吞噬細(xì)胞將其迅速帶至血液；或經(jīng)消化道吸收，進(jìn)入血循環(huán)而發(fā)生中毒。歐盟《電氣、電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)》中規(guī)定，自2006年7月1日起，投入于市場的新電子和電氣設(shè)備不得含有鉛等有害物質(zhì)。同時(shí)，隨著人們對環(huán)境保護(hù)意識和自身健康要求的日益提高以及機(jī)械化交通、生產(chǎn)及日用生活工具的普及，人們意識到各種工具在使用過程中所產(chǎn)生的廢物對人及環(huán)境的污染，人們希望所使用工具的各種部件都是環(huán)保型產(chǎn)品，因此，尋求一種無毒的組元代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制造軸瓦材料的銅基合金粉末中的鉛成為發(fā)展必然。中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?00810072435.1，申請日2008.12.23)公開了一種新型銅基合金粉末，其配方組成按重量百分比為鉍1%15%、錫0.5%10%、鋅0.3%15%，余量為銅。其制造方法是先將銅放入高頻熔煉爐中，熔化后，再依次放入錫、鉍、鋅，全部熔化并混合均勻后，倒入到濾包中，經(jīng)V形噴嘴噴出，并被高壓水流粉碎成粉末，經(jīng)烘干即可。該專利由于該銅基合金粉末用鉍代替鉛，不含鉛，對人體無毒害，對環(huán)境無污染，是一種環(huán)保型銅基合金粉末。但是鉍為稀有金屬，無疑增加了大量的成本。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有含鉛銅基合金存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種無鉛銅基合金粉末材料，通過調(diào)配銅、錫、磷的含量，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品無鉛化，同時(shí)節(jié)省了成本，具有良好的耐磨性及結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供上述的無鉛銅基合金粉末材料的制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述的第一個(gè)目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案—種無鉛銅基合金粉末材料，該合金粉體材料按重量百分比計(jì)由以下的成份構(gòu)成Cu8789%、Sn57%、Zn57%;上述的Cu、Sn、Zn的總重量為100%。作為優(yōu)選，該合金粉體材料按重量百分比計(jì)由以下的成份構(gòu)成Cu8789%、Sn56%、Zn56%;上述的Cu、Sn、Zn的總重量為100%。作為另優(yōu)選，該合金粉體材料按重量百分比計(jì)由以下的成份構(gòu)成Cu8789%、Sn67%、Zn57%;上述的Cu、Sn、Zn的總重量為100%。為了實(shí)現(xiàn)上述的第二個(gè)目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案無鉛銅基合金粉體材料的制備方法，該方法采用中頻熔煉設(shè)備進(jìn)行熔煉，通過空壓機(jī)產(chǎn)生高壓氣體對金屬液流進(jìn)行霧化，具體包括以下的步驟(1)配料按照配方量準(zhǔn)備銅、錫和鋅；(2)加料熔煉①烘爐，將中頻功率緩慢調(diào)至40kw，20分鐘后調(diào)至60kw，再過20分鐘調(diào)至100kw直至爐底發(fā)紅時(shí)烘爐才結(jié)束；②加料順序?qū)⒅蓄l功率調(diào)至200kw，先加入銅，至完全熔化后，然后依次加入錫、鋅；③待所有原料全部熔化后，將中頻功率調(diào)至100kw，將中頻頻率調(diào)至800HZ，過熱5分鐘，過熱溫度為100-250°C;④加入小木炭塊，對與空氣接觸的部分銅液進(jìn)行抗氧化處理2分鐘后，將木炭撈出；⑤加入玻璃碎塊對銅液進(jìn)行撈渣處理，加玻璃時(shí)應(yīng)將中頻功率調(diào)至2030kw，頻率調(diào)至700-750HZ;⑥將渣撈凈后，重復(fù)步驟③和步驟④；(3)霧化作業(yè)霧化作業(yè)中間漏徑為3.0-5.Omm，霧化過程中溫度控制如下a、初始霧化時(shí)可將中頻功率調(diào)至140kw;b、爐膽中剩余2/3銅液時(shí)，將功率調(diào)至100kw;c、爐中銅液剩余1/2時(shí)將功率調(diào)至40kw以下；d、爐中銅液剩余1/3時(shí)將功率調(diào)至10kw以下；(4)霧化結(jié)束后進(jìn)行冷卻、篩分即可以得到所述的銅基合金粉體材料。作為優(yōu)選方案，在霧化作業(yè)時(shí)，第一次倒出的銅液作為清洗爐嘴用，需用鐵瓢接住，待下爐熔煉時(shí)加入。作為優(yōu)選方案，霧化過程中，保持中間包中銅液高度不低于15cm。作為優(yōu)選方案，步驟②中加入磷銅，磷銅含量小于0.05%。本發(fā)明由于采用了以上的技術(shù)方案，通過調(diào)配銅、錫、鋅的含量，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品無鉛化，同時(shí)節(jié)省了成本，使用該產(chǎn)品燒結(jié)的軸承材料，其耐磨性及結(jié)合強(qiáng)度能達(dá)到、甚至優(yōu)于燒結(jié)銅鉛雙金屬材料。本發(fā)明為可代替銅鉛雙金屬的新型材料，主要用于機(jī)械零部件、汽車軸承等方面，改善含鉛金屬材料在燒結(jié)過程中對環(huán)境的影響，避免含鉛廢棄品對環(huán)境造成不良后果。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方案做一個(gè)詳細(xì)的說明。實(shí)施例1—、產(chǎn)品配方1、原料銅99.90%以上純度的銅塊或銅粉(要求含鉛量小于O.01%);錫純度99.90%以上的錫錠或錫粉(要求含鉛量小于0.01%);鋅純度99.95%以上的鋅錠(要求雜質(zhì)含量少于0.03%)。2、配方(按加0kg/計(jì)算)銅的重量百分比88%，錫的重量百分比6%，鋅的重量百分比6%;銅200X0.88=176(kg)錫200X0.60=12(kg)鋅200X0.60=12(kg)磷銅:200X0.0003+0.14=0.43(kg)注為增加銅液流動性能，特添加一定量的磷銅(含量小于O.05%，磷的含量可以忽略)。3、生產(chǎn)設(shè)備及工藝設(shè)備本產(chǎn)品采用中頻熔煉設(shè)備進(jìn)行熔煉，通過空壓機(jī)產(chǎn)生高壓氣體對金屬液流進(jìn)行擊碎。工藝其詳細(xì)工藝流程如下(1)配料嚴(yán)格遵照配料單上原料重量進(jìn)行各項(xiàng)原料稱重，料配完后，對剩余原料進(jìn)行核重，各原料所剩余重量與應(yīng)剩余原料重量進(jìn)行比較，確認(rèn)無誤后進(jìn)行投料。(2)加料熔煉①烘爐，將中頻功率緩慢調(diào)至40kw，20分鐘后調(diào)至60kw，再過20分鐘調(diào)至100kw直至爐底發(fā)紅時(shí)烘爐才結(jié)束。②加料順序?qū)⒅蓄l功率調(diào)至200kw，先加入銅塊或銅粉，至完全熔化后，依次加入錫、鋅、磷銅。③待所有原料全部熔化后，將中頻功率調(diào)至100kw，將中頻頻率調(diào)至800HZ，過熱5分鐘，過熱溫度為100-250°C。加入2cm3左右大小的木炭塊，對與空氣接觸的部分銅液進(jìn)行抗氧化處理2分鐘后，將木炭撈出。⑤加入玻璃碎塊對銅液進(jìn)行撈渣處理，注意加玻璃時(shí)應(yīng)將中頻功率調(diào)至20-30kw，頻率調(diào)至700-750HZ。⑥將渣撈凈后，重復(fù)步驟③、的內(nèi)容。(3)霧化作業(yè)①主要工藝、技術(shù)參數(shù)中間漏徑為3.0-5.Omm;噴嘴形式采用環(huán)孔式噴嘴噴孔直徑2.0-4.Omm;噴孔數(shù)量4-10個(gè)噴嘴角度10-24度；空壓機(jī)氣壓0.68-1.IOMP。②霧化作業(yè)時(shí)，第一次倒出的銅液作為清洗爐嘴用，需用鐵瓢接住，待下爐熔煉時(shí)加入；③霧化過程中，時(shí)刻保持中間包中銅液高度不低于15cm;④霧化過程中溫度控制辦法a、初始霧化時(shí)可將中頻功率調(diào)至140kw;b、爐膽中剩余2/3銅液時(shí)，將功率調(diào)至100kw，并注意觀察銅液顏色，如果爐中銅液有冒白煙現(xiàn)象產(chǎn)生，需將功率調(diào)至更低值；c、爐中銅液剩余1/2時(shí)將功率調(diào)至40kw以下；6d、爐中銅液剩余1/3時(shí)將功率調(diào)至10kw以下；注以上溫度控制方法具體以能量守恒定律為依據(jù)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝制定，此方法適合6-6-0粉末一般的霧化工藝，漏嘴直徑(3.0-5.Omm)氣壓為(0.55-1.10MP)。(4)篩分、包裝、入庫①將粉末按要求目數(shù)進(jìn)行篩分；②合批好的粉末留樣送質(zhì)檢部門，經(jīng)檢測出示合格證明后進(jìn)行包裝、入庫。實(shí)施例1所述的產(chǎn)品燒結(jié)的軸承材料使用性能檢測報(bào)告粉末材料性能松裝密度》4.95g/cm3流動性《15s/50g抗彎強(qiáng)度200250Mpa壓縮性6.57.8g/cm3耐磨性摩擦系數(shù)0.09(有潤滑劑)0.16(無潤滑劑)耐腐蝕性能海水中腐蝕速度0.03mm/年實(shí)施例2無鉛銅基合金粉體材料，其配方如下Cu87.5%、Sn6.5%、Zn6.0%實(shí)施例2所述的產(chǎn)品燒結(jié)的軸承材料使用性能檢測報(bào)告<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例2的制備方法如實(shí)施例1。實(shí)施例3無鉛銅基合金粉體材料，其配方如下Cu88.5%、Sn6.0%、Zn5.5%。實(shí)施例3所述的產(chǎn)品燒結(jié)的軸承材料使用性能檢測報(bào)告<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例3的制備方法如實(shí)施例1。對比例1銅鉛雙金屬合金粉體材料，其配方如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>對比例1所述的產(chǎn)品燒結(jié)的軸承材料使用性能檢測報(bào)告<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>通過以上的比較可以看出，本發(fā)明的耐磨性及結(jié)合強(qiáng)度能達(dá)到、甚至優(yōu)于燒結(jié)銅鉛雙金屬材料。權(quán)利要求一種無鉛銅基合金粉末材料，其特征在于該合金粉體材料按重量百分比計(jì)由以下的成份構(gòu)成Cu87～89％Sn5～7％Zn5～7％；上述的Cu、Sn、Zn的總重量為100％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛銅基合金粉末材料，其特征在于該合金粉體材料按重量百分比計(jì)由以下的成份構(gòu)成Cu8789%Sn56%Zn56%;上述的Cu、Sn、Zn的總重量為100%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛銅基合金粉末材料，其特征在于該合金粉體材料按重量百分比計(jì)由以下的成份構(gòu)成Cu8789%Sn67%Zn57%;上述的Cu、Sn、Zn的總重量為100%。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的無鉛銅基合金粉末材料的制備方法，其特征在于該方法采用中頻熔煉設(shè)備進(jìn)行熔煉，通過空壓機(jī)產(chǎn)生高壓氣體對金屬液流進(jìn)行霧化，具體包括以下的步驟(1)配料按照配方量準(zhǔn)備銅、錫和鋅；(2)加料熔煉①烘爐，將中頻功率緩慢調(diào)至40kw，20分鐘后調(diào)至60kw，再過20分鐘調(diào)至100kw直至爐底發(fā)紅時(shí)烘爐才結(jié)束；②加料順序?qū)⒅蓄l功率調(diào)至200kw，先加入銅，至完全熔化后，然后依次加入錫、鋅；③待所有原料全部熔化后，將中頻功率調(diào)至100kw，將中頻頻率調(diào)至800HZ，過熱5分鐘，過熱溫度為100-250°C;④加入小木炭塊，對與空氣接觸的部分銅液進(jìn)行抗氧化處理2分鐘后，將木炭撈出；⑤加入玻璃碎塊對銅液進(jìn)行撈渣處理，加玻璃時(shí)應(yīng)將中頻功率調(diào)至2030kw，頻率調(diào)至700-750HZ;⑥將渣撈凈后，重復(fù)步驟③和步驟④；(3)霧化作業(yè)霧化作業(yè)中間漏徑為3.0-5.Omm，霧化過程中溫度控制如下a、初始霧化時(shí)可將中頻功率調(diào)至140kw;b、爐膽中剩余2/3銅液時(shí)，將功率調(diào)至100kw;c、爐中銅液剩余1/2時(shí)將功率調(diào)至40kw以下；d、爐中銅液剩余1/3時(shí)將功率調(diào)至10kw以下；(4)霧化結(jié)束后進(jìn)行冷卻、篩分即可以得到所述的銅基合金粉體材料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的粉末冶金用無鉛銅基合金粉體材料的制備方法，其特征在于霧化作業(yè)時(shí)，第一次倒出的銅液作為清洗爐嘴用，需用鐵瓢接住，待下爐熔煉時(shí)加入。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的粉末冶金用無鉛銅基合金粉體材料的制備方法，其特征在于霧化過程中，保持中間包中銅液高度不低于15cm。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的粉末冶金用無鉛銅基合金粉體材料的制備方法，其特征在于霧化的工藝、技術(shù)參數(shù)如下噴嘴形式采用環(huán)孔式噴嘴噴孔直徑2.0-4.0mm噴孔數(shù)量4-10個(gè)噴嘴角度10-24度空壓機(jī)氣壓0.68-1.IOMP。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的粉末冶金用無鉛銅基合金粉體材料的制備方法，其特征在于步驟②中加入磷銅，磷銅含量小于0.05%。全文摘要本發(fā)明涉及一種銅基合金粉末，尤其涉及用于制造機(jī)械零部件、汽車軸承等的無鉛銅基合金粉末及其制備方法。一種無鉛銅基合金粉末材料，該合金粉體材料按重量百分比計(jì)由以下的成份構(gòu)成Cu87～89％、Sn5～7％、Zn5～7％；上述的Cu、Sn、Zn的總重量為100％。本發(fā)明通過調(diào)配銅、錫、鋅的含量，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品無鉛化，同時(shí)節(jié)省了成本，使用該產(chǎn)品燒結(jié)的軸承材料，其耐磨性及結(jié)合強(qiáng)度能達(dá)到、甚至優(yōu)于燒結(jié)銅鉛雙金屬材料。本發(fā)明為可代替銅鉛雙金屬的新型材料，主要用于機(jī)械零部件、汽車軸承等方面，改善含鉛金屬材料在燒結(jié)過程中對環(huán)境的影響，避免含鉛廢棄品對環(huán)境造成不良后果。文檔編號C22C1/02GK101696478SQ200910154060公開日2010年4月21日申請日期2009年10月23日優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日發(fā)明者劉炎平,吳棕洋,張偉民,張福生申請人:吳棕洋;