耐磨鈦基軸瓦的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及粉末冶金成型【技術領域】，具體涉及耐磨鈦基軸瓦的制造方法。本發(fā)明要解決的技術問題是現(xiàn)有方法存在硬化層易剝離、粒子分布不均勻、工藝復雜、成本高。本發(fā)明解決上述技術問題的方案是提供一種工藝簡單、操作方便的耐磨鈦基軸瓦的制備方法，包括以下步驟：a.將鈦粉和耐磨材料顆?；旌暇鶆颍玫交旌戏勰?；b.將步驟a得到的混合粉末壓制成型，得到圓筒粉末壓坯；c.將得到的圓筒粉末壓坯燒結，可得到圓筒燒結體；d.將圓筒燒結體經(jīng)車床加工至所需規(guī)格、打磨后，再線切割對剖開，便可得到耐磨鈦基軸瓦。本發(fā)明提供的方法對于擴大鈦合金的應用和改善鈦合金的耐磨性具有重要意義。
【專利說明】耐磨鈦基軸瓦的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及粉末冶金成型【技術領域】，具體涉及耐磨鈦基軸瓦的制造方法。
技術背景
[0002]軸瓦相當于滑動軸承的外環(huán)，與軸頸相配的零件；軸套是整體的，并且相對軸是靜止的，而軸瓦有的是分片的，相對軸是旋轉的。在運動部件中，因為長期的磨擦而造成零件的磨損，磨損到一定程度的時候必須要更換零件。因此設計者在設計的時候選用硬度較低、耐磨性較好的材料，這樣可以減少軸和座的磨損，當軸瓦磨損到一定程度就需要進行更換。
[0003]鈦及鈦合金具有密度小，熔點高，耐腐蝕性強，比強度高，塑性好的特點。鈦及其合金已成為航空、航天、汽車、航海等領域中的重要使用材料。當采用鈦合金作為軸瓦材料時，其耐磨性差的特點就顯露無疑。鈦合金摩擦性能差,摩擦因數(shù)高且穩(wěn)定,易磨損腐蝕,高溫下易粘附，而且由于傳統(tǒng)潤滑(礦物油和潤滑脂)不能用于潤滑鈦合金，鈦合金主要應用于無摩擦性要求的領域。
[0004]表面工程是增強鈦合金摩擦性能的最有效方法。目前已開發(fā)了各種表面硬化技術，如電鍍、濺射、堆焊、陽極氧化、離子鍍、化學氣相沉積(CVD)和離子注人等。有研究采用自蔓延與離心鑄造方法相結合，制備原位TiB增強鈦基復合材料，發(fā)揮TiB具有增強作用和承載作用，耐磨性明顯優(yōu)于基體合金。采用兩種或兩種以上的復合處理工藝(熱噴焊、熱噴涂-真空擴散、熱氧化-真空擴散等)也已表現(xiàn)出良好的效果，發(fā)展復合型的處理技術已成為T1-6A1-4V合金表面耐磨處理技術發(fā)展的一種趨勢。通過熱氧化處理在鈦合金表面形成一層薄的金紅石Ti02氧化層和一層氧擴散層，以改善鈦合金表面的耐磨性，是近年來鈦合金表面改性的一種新方法，涂層厚度和性能隨熱氧化工藝的不同而變化，涂層過厚，容易脫落，反而不利于鈦合金表面的耐磨性。對熔鑄法制備的TiC/Ti6A14V進行了磨粒磨損條件下的耐磨性試驗，研究表明:TiC/Ti6A14V復合材料的抗磨粒磨損性能,總體上隨TiC顆粒體積分數(shù)的增加而提高，載荷越大、磨損時間越長，復合材料越容易表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性倉泛。
[0005]現(xiàn)有提高鈦耐磨性的方法多屬于表面強化處理方法，不同程度地存在硬化層易剝離和耐磨層薄等缺點，且有的方法要加熱，使母材強度下降或引起尺寸變化，非電解涂層及離子注入等方法的成本高，硬化層深度有限；熔鑄法存在粒子分布不均勻的問題。熔鑄法最主要的缺點是所制備的合金容易出現(xiàn)成分、組織偏析和晶粒粗大。粉末冶金是一種近凈成形工藝，材料利用率高，可以消除組織和成分偏析，而且顆粒增強相的粒度和體積分數(shù)可以在較大的范圍內(nèi)進行調(diào)整，通過合理選擇制備工藝能夠制備出高性能、低成本的鈦基復合材料。為此粉末冶金技術在實現(xiàn)顆粒復合時具有明顯的優(yōu)勢。
[0006]影響材料耐磨性的因素很多，也比較復雜。材料的耐磨性一般與材料的硬度、性質(zhì)及狀態(tài)、使用環(huán)境及其工況、承受的載荷大小等有關。考慮其他因素的情況下，硬度越高耐磨性也就好，常常將硬度值高低作為衡量材料耐磨性的重要指標之一。
[0007]純鈦基軸瓦耐磨性差，硬度值低，在表面氧化時硬度值有所增加，但一般不會超過HRC20。
[0008]因此，開發(fā)一種工藝簡單的耐磨鈦基軸瓦制備方法極為重要，對于擴大鈦合金的應用和改善鈦合金的耐磨性具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術問題是現(xiàn)有方法存在硬化層易剝離、粒子分布不均勻、工藝復雜、成本高。
[0010]本發(fā)明解決上述技術問題的方案是提供一種工藝簡單、操作方便的耐磨鈦基軸瓦的制備方法。
[0011]本發(fā)明提供的耐磨鈦基軸瓦的制備方法，包括以下步驟:
[0012]a、將鈦粉和耐磨材料顆粒混合均勻，得到混合粉末；
[0013]b、將步驟a得到的混合粉末壓制成型，得到圓筒粉末壓坯；
[0014]C、將得到的鈦基圓筒粉末壓坯進行燒結，即可得到圓筒燒結體；
[0015]d、將圓筒燒結體經(jīng)車床加工至所需規(guī)格、打磨后，再線切割對剖開，便可得到耐磨鈦基軸瓦。
[0016]其中，上述耐磨鈦基軸瓦的制備方法中，步驟a所述的鈦粉的粒徑為30?75 μ m。所述鈦粉的純度一般在99.5%以上。
[0017]其中，上述耐磨鈦基軸瓦的制備方法中，步驟a所述耐磨材料顆粒的質(zhì)量為鈦粉質(zhì)量的0.1?5%。
[0018]其中，上述耐磨鈦基軸瓦的制備方法中，步驟a所述的耐磨材料顆粒為Ti (C，N)(碳氮化鈦)、TiN (氮化鈦)、TiC (碳化鈦)、VC (碳化釩)、WC (碳化鎢)中的至少一種。
[0019]其中，上述耐磨鈦基軸瓦的制備方法中，步驟a所述的耐磨材料顆粒的粒徑為5?30 μ m0
[0020]其中，上述耐磨鈦基軸瓦的制備方法中，步驟b所述壓制成型是采用雙向模壓壓制成型。
[0021]其中，上述耐磨鈦基軸瓦的制備方法中，步驟b所述壓制成型的壓力為200?400MPa。
[0022]其中，上述耐磨鈦基軸瓦的制備方法中，步驟c所述的燒結是在真空燒結爐內(nèi)進行的。
[0023]其中，上述耐磨鈦基軸瓦的制備方法中，步驟c所述燒結的溫度為1200?1300°C。
[0024]其中，上述耐磨鈦基軸瓦的制備方法中，步驟c所述燒結的時間為2?4h。
[0025]為改善耐磨性，將硬質(zhì)物作第二相分散于鈦基體之中，提高硬度降低摩擦，防止與配套材料粘合，形成以耐磨粒子彌散、均勻分布在強韌鈦基體中的復合材料。本發(fā)明通過控制加入的耐磨硬質(zhì)顆粒的種類和顆粒尺寸大小，能很好控制鈦基材料的力學性能以及硬度等，充分利用了鈦本身優(yōu)良的耐蝕性能，加入的耐磨硬質(zhì)顆粒具有高熔點、高硬度和良好的抗氧化能力，良好的潤滑性以及耐磨損等特性，很好地改善鈦基軸瓦材料的耐磨性能，軸瓦基體硬度比純鈦明顯提高，顯著提高了鈦基軸瓦的耐磨性，并同時發(fā)揮鈦的優(yōu)良耐蝕性能。
[0026]本發(fā)明提供的方法工藝簡單，設備要求低，降低了加工成本，操作方便。采用本發(fā)明提供的方法制備軸瓦簡便、成本低、耐磨耐蝕性能好?！揪唧w實施方式】
[0027]耐磨鈦基軸瓦的制備方法，包括以下步驟:
[0028]a、將鈦粉和添加量為鈦粉重量0.1?1%的耐磨材料顆粒充分混合均勻；
[0029]b、將步驟a得到的混合粉末在200?400MPa壓力下采用雙向模壓壓制成型，得到圓筒狀粉末壓坯；
[0030]C、將得到的圓筒狀粉末壓坯在真空燒結爐內(nèi)1200?1300°C溫度下，保溫燒結2?4h，得到圓筒燒結坯；
[0031]d、將圓筒燒結體經(jīng)車床加工至所需規(guī)格、打磨后，再線切割對剖開，便可得到耐磨鈦基軸瓦。
[0032]其中，上述耐磨鈦基軸瓦的制備方法中，步驟a所述的耐磨材料顆粒的粒徑為5?30 μ m0
[0033]其中，上述耐磨鈦基軸瓦的制備方法中，步驟a所述的耐磨材料顆粒為Ti (C，N)、TiN, TiC, VC、WC中的至少一種。
[0034]其中，上述耐磨鈦基軸瓦的制備方法中，步驟a所述的鈦粉的粒徑為30?75 μ m。所述鈦粉的純度一般在99.5%以上。
[0035]在上述的制備方法中，耐磨材料顆粒添加量過少，會導致硬度不夠；加入量過多，則使材料脆性大。
[0036]在上述的制備方法中，燒結溫度過低，會導致燒結后強度不夠；而溫度過高，燒結體則易產(chǎn)生變形。
[0037]實施例1
[0038]a、稱取鈦粉，稱取占鈦粉重量0.1%的耐磨材料顆粒Ti (C，N) +WC (按質(zhì)量百分比Ti (C，N)和WC各占50%)，將粉末混合均勻。所用鈦粉的粒徑為30 μ m,耐磨材料顆粒的粒徑為 20 μ m ;
[0039]b、將步驟a得到的混合粉末在200MPa壓力雙向模壓成型，得到圓筒狀〔p80/(.p60><80mm粉末壓還；
[0040]C、將得到的圓筒狀粉末壓坯在真空燒結爐內(nèi)1200°C溫度下，保溫燒結2h，即可得到顆粒增強耐磨鈦基圓筒燒結體。
[0041]d、將圓筒燒結體經(jīng)車床加工至所需規(guī)格、打磨后，再線切割對剖開，便可得到耐磨鈦基軸瓦。
[0042]鈦基耐磨軸瓦基體硬度可達HRC15?20，比純鈦基軸瓦耐磨性明顯提高，并同時發(fā)揮鈦的優(yōu)良耐蝕性能。
[0043]實施例2
[0044]a、稱取鈦粉，稱取占鈦粉重量2%的耐磨材料顆粒TiN，將粉末混合均勻。所用鈦粉的粒徑為75 μ m,耐磨材料顆粒的粒徑為30 μ m ;
[0045]b、將步驟(I)得到的混合粉末在400MPa壓力下雙向模壓成型，得到圓筒狀φ120/φ100χ80η.ιηι 粉末壓還.[0046]C、將得到的圓筒狀粉末壓坯在真空燒結爐內(nèi)1300°C溫度下，保溫燒結4h，即可得到顆粒增強耐磨鈦基圓筒燒結體。[0047]d、將圓筒燒結體經(jīng)車床加工至所需規(guī)格、打磨后，再線切割對剖開，便可得到耐磨鈦基軸瓦。
[0048]鈦基耐磨軸瓦基體硬度可達HRC25?30，比純鈦基軸瓦耐磨性明顯提高，并同時發(fā)揮鈦的優(yōu)良耐蝕性能。
[0049]實施例3
[0050]a、稱取鈦粉，稱取占鈦粉重量3%的耐磨材料顆粒Ti (C，N)+TiC+WC(按質(zhì)量百分比Ti (C，N)、TiC、WC分別占30%、30%、40%)，將粉末混合均勻。所用鈦粉的粒徑為75 μ m。耐磨材料顆粒的粒徑為10 μ m ;
[0051]b、將步驟(I)得到的混合粉末在300MPa壓力下模壓成型，得到圓筒狀ip90/(p65><80mm粉末壓還；
[0052]C、將得到的圓筒狀粉末壓坯在真空燒結爐內(nèi)1300°C溫度下，保溫燒結4h，即可得到顆粒增強耐磨鈦基圓筒燒結體。
[0053]d、將圓筒燒結體經(jīng)車床加工至所需規(guī)格、打磨后，再線切割對剖開，便可得到耐磨鈦基軸瓦。
[0054]鈦基耐磨軸瓦基體硬度可達HRC35?40，比純鈦基軸瓦耐磨性明顯提高，并同時發(fā)揮鈦的優(yōu)良耐蝕性能。
[0055]實施例4
[0056]a、稱取鈦粉，稱取占鈦粉重量5%的耐磨材料顆粒Ti (C，N) +VC+WC (按質(zhì)量百分比Ti (C，N)、VC、WC分別占30%、30%、40%)。將粉末混合均勻。所用鈦粉的粒徑為45 μ m,耐磨材料顆粒的粒徑為30 μ m ;
[0057]b、將步驟(I)得到的混合粉末在300MPa壓力下壓制成型，得到圓筒狀(p90/(p65x80mm 粉末壓還；
[0058]C、將得到的圓筒狀粉末壓坯在真空燒結爐內(nèi)1250°C溫度下，保溫燒結3h，即可得到顆粒增強耐磨鈦基軸套。
[0059]d、將圓筒燒結體經(jīng)車床加工至所需規(guī)格、打磨后，再線切割對剖開，便可得到耐磨鈦基軸瓦。
[0060]鈦基耐磨軸瓦基體硬度可達HRC38?42，比純鈦基軸瓦耐磨性明顯提高，并同時發(fā)揮鈦的優(yōu)良耐蝕性能。
[0061]由于鈦本身就具有很強的耐腐蝕性，這是因為鈦和氧之前存在有很強的親和力，在空氣中或含氧的介質(zhì)中，鈦表面會生成一層致密的、附著力超強、惰性極大的氧化膜，保護鈦內(nèi)部基體不被介質(zhì)腐蝕，即便是由于鈦表面被機械磨損了也會很快自愈或重新生成氧化膜，從而保證了鈦耐腐蝕性地位。
[0062]本發(fā)明提供的方法工藝簡單，設備要求低，降低了加工成本，操作方便。
【權利要求】
1.耐磨鈦基軸瓦的制備方法，包括以下步驟: a、將鈦粉和耐磨材料顆?；旌暇鶆?，得到混合粉末； b、將步驟a得到的混合粉末壓制成型，得到鈦基圓筒粉末壓坯； C、將得到的鈦基圓筒粉末壓坯進行燒結，即可得到圓筒燒結體； d、將圓筒燒結體經(jīng)車床加工至所需規(guī)格、打磨后，再線切割對剖開，便可得到耐磨鈦基軸瓦。
2.根據(jù)權利要求1所述的耐磨鈦基軸瓦的制備方法，其特征在于:步驟a中所述的鈦粉的粒徑為30?75μπι。
3.根據(jù)權利要求1所述的耐磨鈦基軸瓦的制備方法，其特征在于:步驟a中，所述耐磨材料顆粒的質(zhì)量為鈦粉質(zhì)量的0.1?5%。
4.根據(jù)權利要求1所述的耐磨鈦基軸瓦的制備方法，其特征在于:步驟a中，所述的耐磨材料顆粒為碳氮化鈦、氮化鈦、碳化鈦、碳化釩、碳化鎢中的至少一種。
5.根據(jù)權利要求4所述的耐磨鈦基軸瓦的制備方法，其特征在于:所述的耐磨材料顆粒的粒徑為5?30 μ m。
6.根據(jù)權利要求1所述的耐磨鈦基軸瓦的制備方法，其特征在于:步驟b中，采用雙向模壓壓制成型。
7.根據(jù)權利要求6所述的耐磨鈦基軸瓦的制備方法，其特征在于:步驟b中，所述壓制成型的壓力為200?400MPa。
8.根據(jù)權利要求1所述的耐磨鈦基軸瓦的制備方法，其特征在于:步驟c中，所述的燒結是在真空燒結爐內(nèi)進行的。
9.根據(jù)權利要求1所述的耐磨鈦基軸瓦的制備方法，其特征在于:步驟c中，所述燒結的溫度為1200?1300°C。
10.根據(jù)權利要求1所述的耐磨鈦基軸瓦的制備方法，其特征在于:步驟c中，所述燒結的時間為2?4h。
【文檔編號】B22F5/00GK103506625SQ201310482067
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權日:2013年10月15日
【發(fā)明者】李玉和, 方明憲, 張雪峰, 鄧剛, 茍淑云, 龐立娟 申請人:攀枝花學院