專利名稱：一種含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自包裹核/殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉體，尤其是涉及一種新型含油軸承合 金用自包裹核/殼結(jié)構(gòu)的鋁鉍錫復(fù)合粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
滑動軸承是汽車、拖拉機、機床及其他機器中的重要部件，軸承合金是制造滑動軸 承中的軸瓦及內(nèi)襯材料。軸承支撐著軸，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，軸瓦和軸發(fā)生強烈的摩擦，并承受軸 頸傳給的周期性載荷。軸承合金應(yīng)既軟且硬，其組織特點是在軟基體上分布硬質(zhì)點，或者 在硬基體上分布軟質(zhì)點(1、石力開主編，材料辭典[M]，北京化學(xué)工業(yè)出版社，2006，870)。 若含油軸承合金的組織是軟基體上分布硬質(zhì)點，則運轉(zhuǎn)時軟基體受磨損而凹陷，硬質(zhì)點將 凸出于基體上，使軸和軸瓦的接觸面積減小，而凹坑能儲存潤滑油，降低軸和軸瓦之間的摩 擦系數(shù)，減少軸和軸承的磨損。另外，軟基體能承受沖擊和震動，使軸和軸瓦能很好地結(jié)合， 并能起嵌藏外來小硬物的作用，保證軸頸不被擦傷(2、朱張校主編.工程材料[M]，北京清 華大學(xué)出版社，242-243)。粉末冶金技術(shù)是制造金屬粉末和利用金屬粉末為基本原料制造金屬材料與異形 制品的工藝與技術(shù)。運用粉末冶金技術(shù)制備含油軸承已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用(3、韓鳳麟.粉末 冶金基礎(chǔ)教程一基本原理與應(yīng)用[M]，廣州華南理工大學(xué)出版社，1-13)。粉末冶金燒結(jié) 含油軸承是把金屬粉末及添加物壓縮成形后，放入還原性或中性介質(zhì)氣體中，加熱到不超 過金屬熔點的溫度，使其燒結(jié)成多孔質(zhì)體，然后滲入潤滑油而制成的。這種軸承發(fā)明于20 世紀初，并逐漸得到應(yīng)用，現(xiàn)在已成為汽車、家電、音響設(shè)備、辦公設(shè)備、農(nóng)業(yè)機械、機械等各 種工業(yè)制品發(fā)展不可或缺的一類基礎(chǔ)零件(4、渡邊恍尚.燒結(jié)含油軸承[J]粉末冶金技術(shù)， 2002，20 (3) :121-127)。傳統(tǒng)的粉末冶金技術(shù)，是將兩種或多種金屬粉體按所需合金配比用機械法混合， 或者用化學(xué)鍍法，在復(fù)合粉體上鍍上所需合金層，然后燒結(jié)制得軸承。由于機械混合會產(chǎn)生 成分不均勻，含油軸承不可避免地產(chǎn)生成分及金相組織偏析，造成硬質(zhì)相及性能的不均勻 性，導(dǎo)致軸承運行噪音升高和使用壽命縮短，使得在大規(guī)模自動化生產(chǎn)過程中，不利于保證 產(chǎn)品性能的一致性和穩(wěn)定性。而化學(xué)鍍法在制備諸如青銅合金包覆鐵復(fù)合粉末時，也不可 避免地產(chǎn)生對環(huán)境的污染問題。所以，進一步開發(fā)新的包覆技術(shù)來提高燒結(jié)軸承的應(yīng)用性 能，特別是耐蝕性，是降低軸承產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品市場競爭力的關(guān)鍵。利用已發(fā)展成熟的 霧化法制粉工藝，通過合金體系和成分設(shè)計，可以一次性制備自包裹核/殼型復(fù)合粉體，從 而可以解決傳統(tǒng)的粉末冶金法制造軸承合金的不足。鋁錫基合金是一種綜合性能良好的軸承合金，它具有良好的抗粘咬性、耐磨減磨 性、耐腐蝕性、順應(yīng)性和嵌入性等綜合性能，同時又具有密度小、導(dǎo)熱性好、承載能力大、疲 勞強度高等優(yōu)越性，因而正愈來愈多地應(yīng)用，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的錫青銅和巴氏合金。鋁錫合金軸 承在高速機床、柴油發(fā)動機等高速重載機械設(shè)備中廣泛使用，是當(dāng)今一種重要的軸承材料 (5、高巖，曾建民，司家勇等.鋁錫合金摩擦磨損性能的研究[J]·鑄造，2005，54:591-594)。
3合金成分為79Al-20Sn-lCU(wt. % )的鋁錫基軸承合金，其顯微組織為硬的鋁基體上均勻 分布著軟的錫質(zhì)點，目前已廣泛使用。錫鉍合金是一種低熔點合金，其機械性能良好，合金 成分為42Bi58Sn的錫鉍合金，其抗拉強度為54. 9MPa,硬度為HBS 22，蠕變性小，摩擦系 數(shù)小，光滑耐磨(6、韓福忠.錫鉍合金壓型在熔模鑄造中的應(yīng)用[J].山西煤炭，2003，3: 51-52)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對含油軸承合金組織特點為軟基體、硬質(zhì)點的結(jié)構(gòu)要求，提供 一種含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體及其制備方法。本發(fā)明所述一種含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體包括核和殼，核為鋁錫基合金， 殼為鉍錫基合金，按原子百分比，成分為鉍5% 50%，錫5% 45%，余為鋁。本發(fā)明所述一種含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體的制備方法，包括以下步驟1)將鋁、鉍、錫各原料放入真空感應(yīng)爐內(nèi)熔化后制得母合金；2)將母合金置入霧化器的氧化鋁坩堝中，感應(yīng)熔融后，啟動氣壓裝置將熔融合金 液體壓入霧化室，噴射氬氣或氮氣，即得含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體。在步驟1)中，所述真空感應(yīng)爐的工作頻率可為150 250kHz。在步驟2)中，所述噴射噴射氬氣或氮氣的氣壓可為3 lOMPa。所述含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體的粒度可小于150 μ m。本發(fā)明所述含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體的粒度為150 μ m以下，且粒度可通 過改變氣流速度進行調(diào)控。該復(fù)合粉體的核為鋁錫基合金核，可作為含油軸承合金的硬質(zhì) 點；殼為鉍錫基合金殼，可作為含油軸承合金的軟基體。利用粉末冶金技術(shù)，燒結(jié)該復(fù)合粉 體，可制得顯微組織為軟基體上均勻分布硬質(zhì)點的合金。軟基體為錫鉍合金基體，硬質(zhì)點為 鋁錫合金硬質(zhì)點。該合金在latm，100°C的低溫下燒結(jié)Ih即可制得顯微組織為軟基體上均 勻分布硬質(zhì)點的燒結(jié)合金，且燒結(jié)致密度可控。燒結(jié)合金的軟基體為錫鉍合金基體，硬質(zhì)點 為鋁錫合金硬質(zhì)點。燒結(jié)溫度遠遠低于傳統(tǒng)軸承合金燒結(jié)溫度，且燒結(jié)體成分和組織分布 均勻，能夠有效地避免傳統(tǒng)粉末冶金燒結(jié)的成分偏析等燒結(jié)難題。制得的燒結(jié)合金可成為 性能優(yōu)異的新型含油軸承合金，在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明采用霧化法制粉 工藝，一次性制備出自包裹核/殼結(jié)構(gòu)的鋁鉍錫復(fù)合粉體，其工藝簡單、成本低、效率高、污 染少；制備出的自包裹核/殼結(jié)構(gòu)的鋁鉍錫復(fù)合粉體，其界面結(jié)合良好，可滿足對機械性和 功能性的雙重要求。


圖1為本發(fā)明所述含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體的微觀組織示意圖。在圖1中， 核為鋁錫基((Al, Sn)-rich)合金，殼為鉍錫基((Bi, Sn)-rich)合金；標尺為IOOym;右上 角放大圖中的標尺為10 μ m。圖2為本發(fā)明所述含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體經(jīng)壓片后，在latm，100°C的低 溫下燒結(jié)Ih后的微觀組織示意圖。在圖2中，標尺為10 μ m。
具體實施例方式將56g純鋁(純度為99. 9wt. % )，164g純鉍(純度為99. 99wt. % )，280g純錫(純 度為99. 99wt. % )放置于真空電磁感應(yīng)爐中，感應(yīng)熔融后制得合金。將合金放入氧化鋁坩堝 中，置入霧化設(shè)備的真空感應(yīng)爐(電源電壓110V/220VAC ；電源頻率50 60Hz ；工作頻率 150 250kHz)中，關(guān)閉爐門后抽真空至真空感應(yīng)爐內(nèi)的真空度至IX 10_3Pa，加大電流至IOA 左右，將合金完全熔化至液體。啟動氣壓裝置，將熔融液體流入霧化室，與此同時，打開高壓 氬氣(氣壓為3 IOMPa)進行噴射，在霧化室的最下端可得鋁鉍錫復(fù)合粉體。關(guān)閉氬氣氣流 閥，同時將電流值減小至零，當(dāng)霧化設(shè)備冷卻到常溫(約25°C)時，打開充氣閥注入空氣，至 霧化設(shè)備內(nèi)外壓強平衡時開啟出料門，取出鋁鉍錫復(fù)合粉體。將該復(fù)合粉體封入環(huán)氧樹脂中， 硬化后分別用1000#、1200#、1500#、2000#砂紙及金剛石拋光膏打磨，用電子探針(EPMA)(日 本電子制，JE0L，JXA8100)觀察到的微觀組織如圖1所示，為自包裹核/殼結(jié)構(gòu)。用電子探針 進行成分分析可知，鋁鉍錫復(fù)合粉體的核為鋁錫基((Al，Sn)-rich)合金，導(dǎo)熱性好而且耐腐 蝕性佳；殼為鉍錫基((Bi，Sn)-rich)合金，熔點低，且機械性能良好。將該核殼復(fù)合粉體，在壓片機中加壓壓制成圓片狀合金塊體，放入latm， 100°c的低溫?zé)Y(jié)爐中，燒結(jié)Ih后取出，空冷至室溫。將樣品取出后分別用1000#、1200#、 1500#、2000#砂紙及金剛石拋光膏打磨，用電子探針(EPMA)(日本電子制，JEOL, JXA8100) 觀察到的微觀組織如圖2所示。用電子探針進行成分分析可知，圖中黑色質(zhì)點為鋁錫基 ((Al, Sn)-rich)合金，白色部分為鉍錫基((Bi, Sn)-rich)合金。由圖可知，該核殼復(fù)合粉 體燒結(jié)體的微觀組織特點為鉍錫基合金基體上均勻分布著鋁錫基合金硬質(zhì)點。
權(quán)利要求
1.一種含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體，其特征在于包括核和殼，核為鋁錫基合金，殼 為鉍錫基合金。
2.如權(quán)利要求1所述的一種含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體，其特征在于按原子百分 比，成分為鉍5% 50%，錫5% 45%，余為鋁。
3.如權(quán)利要求1所述的一種含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于 包括以下步驟1)將鋁、鉍、錫各原料放入真空感應(yīng)爐內(nèi)熔化后制得母合金；2)將母合金置入霧化器的氧化鋁坩堝中，感應(yīng)熔融后，啟動氣壓裝置將熔融合金液體 壓入霧化室，噴射氬氣或氮氣，即得含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體。
4.如權(quán)利要求3所述的一種含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于 在步驟1)中，所述真空感應(yīng)爐的工作頻率為150 250kHz。
5.如權(quán)利要求3所述的一種含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于 在步驟2~)中，所述噴射噴射氬氣或氮氣的氣壓為3 lOMPa。
全文摘要
一種含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體及其制備方法，涉及一種自包裹核/殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉體。提供一種含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體及其制備方法。復(fù)合粉體包括核和殼，核為鋁錫基合金，殼為鉍錫基合金，按原子百分比，成分為鉍5％～50％，錫5％～45％，余為鋁。將鋁、鉍、錫各原料放入真空感應(yīng)爐內(nèi)熔化后制得母合金；將母合金置入霧化器的氧化鋁坩堝中，感應(yīng)熔融后，啟動氣壓裝置將熔融合金液體壓入霧化室，噴射氬氣或氮氣，即得含油軸承合金用鋁鉍錫復(fù)合粉體。
文檔編號B22F9/08GK102107278SQ20111000228
公開日2011年6月29日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者劉興軍, 劉洪新, 張錦彬, 施展, 王翠萍, 郁炎, 馬云慶, 黃藝雄 申請人:廈門大學(xué)