專利名稱：：耐熱耐磨自潤滑材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及粉末冶金材料及其制造方法。主要適用于冶金、機(jī)械、化工等部門制作耐熱耐磨自潤滑的大尺寸零部件?，F(xiàn)有的自潤滑材料多為鐵基的，由于成本低廉，故應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的鐵基自潤滑材料有兩種一是浸油式的，基體有一定的孔隙度，靠油膜潤滑，其強(qiáng)度和使用溫度都較低;二是非浸油式的，通常要加入一定量的低熔點(diǎn)金屬，而合金元素和固體潤滑劑的加入量有限，加上采用一般的燒結(jié)工藝制成，故存在一定的孔隙度，致使使用溫度低，潤滑性和耐磨性不令人滿意，熱強(qiáng)性也較差(昭58-133346A、昭58-133347A)。本發(fā)明的目的在于提供一種熱強(qiáng)性高，并具有高耐磨性和低摩擦系數(shù)的全致密自潤滑材料及其制造方法。其主要技術(shù)方案是在材料的成分設(shè)計(jì)上，除以鐵為主要成分外，一是加入錳、鉻、鈷合金元素，提高熱強(qiáng)性和耐磨性，二是加入石墨、二硫化鉬(或二硫化鎢)，降低摩擦系數(shù)，三是加入青銅、共晶磷鐵，提高耐磨性，降低燒結(jié)溫度;在制造方法上，采用電火花燒結(jié)或熱壓燒結(jié)，可得到孔隙度極低的全致密的燒結(jié)材料。本發(fā)明自潤滑材料的化學(xué)成分(重量%)為青銅或銅中任一種5～30%，鈷2～5%，錳2.0～7.0%，鉻1.0～3.0%，共晶磷鐵(Fe3P或Pe2P)3～6%，石墨3～15%，二硫化鉬或二硫化鎢中任一種2～5%，其余為鐵。其中青銅的化學(xué)成分(重量%)為錫5～7%，鋅5～7%，鉛2～4%余為銅。本發(fā)明自潤滑材料的主要成分為鐵，采用-200目的還原鐵粉或霧化鐵粉。鐵在燒結(jié)過程中，可和石墨碳素形成珠光體，珠光體為基體相，有良好的耐磨性。錳和鉻可強(qiáng)化鐵素體，并產(chǎn)生少量的合金滲碳體，達(dá)到復(fù)合強(qiáng)化基體相的目的，有效地提高了材料的熱強(qiáng)性和耐磨性。錳和鉻可以以錳鐵和鉻鐵的形式加入，粉碎后，過200目篩。所加入的鈷采用微米級的鈷粉，鈷在燒結(jié)時(shí)可與鐵完全固溶，使材料的熱強(qiáng)性大大提高。所加入的青銅采用-200目的霧化粉末，而銅采用-300目的電解粉末，它們可提高材料的導(dǎo)熱性和耐磨性，降低材料的燒結(jié)溫度，使材料易于致密化。材料中的共晶磷鐵，以Fe3P或Fe2P形式存在，目的是提高材料的耐磨性，而又不至于研磨對偶金屬。它是將共晶態(tài)的磷鐵合金經(jīng)粉碎后，過200目篩使用。本發(fā)明的自潤滑材料中，石墨和二硫化鉬(或二硫化鎢)是兩種固體潤滑劑。石墨采用-300目的化學(xué)純粉劑。石墨在450～500℃時(shí)，摩擦系數(shù)較低，和對偶金屬有很大的分子結(jié)合力，減磨性不隨摩擦方向的變化而變化，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性較高，特別適用于500℃溫度以下工作。二硫化鉬(或二硫化鎢)粉劑，粒度細(xì)小，與對偶金屬親合力很強(qiáng)，在燒結(jié)中，有少量分解，分解的鉬(或鎢)可強(qiáng)化基體相，而硫和鐵形成硫化鐵，它具有很好的潤滑性。本發(fā)明所述的自潤滑材料采用粉末冶金工藝制成。合金中各組份均采用粉末，按其化學(xué)成分范圍配料后，充分混合均勻，然后裝模，隨之燒結(jié)成形。燒結(jié)工藝采用電火花燒結(jié)或熱壓燒結(jié)。電火花燒結(jié)分兩個(gè)階段進(jìn)行第一階段為輕壓跟蹤-放電活化階段，輕壓跟蹤壓力為1-3MPa，溫度從室溫至600℃，時(shí)間5～10分鐘;第二階段為重壓成形-熱塑變致密化階段，重壓成形壓力為23～28MPa，溫度600～1050℃，時(shí)間3～6分鐘;停電后繼續(xù)保壓2～3分鐘，以利于合金元素的充分?jǐn)U散。采用熱壓燒結(jié)工藝時(shí)，感應(yīng)加熱和直接通電加熱均可。所施加的壓力分初壓和二次加壓，初壓壓力6～8MPa，溫度600～800℃時(shí)間10～15分鐘，二次加壓壓力為15～25MPa，溫度800～1100℃，時(shí)間20-30分鐘，停電后繼續(xù)保壓3～5分鐘。電火花燒結(jié)和熱壓燒結(jié)均在大氣中進(jìn)行。與傳統(tǒng)的鐵基自潤滑材料相比，根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)成分和制造方法所制得自潤滑材料，組織致密，幾乎無孔隙，同時(shí)，基體相被錳、鉻、鈷元素大幅度地強(qiáng)化，大大地提高了材料的耐磨性和熱強(qiáng)性，同時(shí)，共晶磷鐵和固體潤滑劑均勻地分布在基體中，進(jìn)一步提高了材料的耐磨性，并使材料的減摩性得到了保證。該自潤滑材料與對偶金屬(如鋼質(zhì)材料)干摩擦?xí)r，可在對偶金屬的表面上形成一層很薄的轉(zhuǎn)移潤滑層，與對偶金屬組成良好的自潤滑摩擦副?？稍?00℃溫度以下長期工作。本發(fā)明的自潤滑材料，具有優(yōu)異的物理性能和機(jī)械性能;密度為5.5～7.0g/cm3;硬度HB190～270;抗壓強(qiáng)度690～890MPa;與鋼的干摩擦系數(shù)，室溫下為0.05～0.1，480℃溫度下為0.05～0.12。實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明所述的化學(xué)成分和制造方法，制備了四批自潤滑材料。按化學(xué)成分和粒度要求配料(所有料均為粉劑)后，分別在混料機(jī)中混料，充分混合均勻后，分別裝模，第1、2批號采用電火花燒結(jié)，第3、4批號采用熱壓燒結(jié)。四個(gè)批號的化學(xué)成分如表1所示，電火花燒結(jié)和熱壓燒結(jié)的工藝參數(shù)分別于表2和表3所示，表4列出了最終產(chǎn)品的性能。表1實(shí)施例的化學(xué)成分(重量%)</tables>表1中，青銅的化學(xué)組成(重量%)為批號1中錫6.1%，鋅5.9%，鉛3.2%，余為銅;批號2中錫6.4%，鋅5.5%，鉛2.5%，余為銅。表2實(shí)施例電火花燒結(jié)工藝參數(shù)</tables>權(quán)利要求1.一種耐熱耐磨自潤滑材料，其特征在于化學(xué)成分(重量%)為青銅或銅中任一種5～30%，鈷2～5%，錳2.0～7.0%，鉻1.0～3.0%，共晶磷鐵(Fe3P或Fe2P)3～6%，石墨3～15%，二硫化鉬或二硫化鎢中任一種2～5%，其余為鐵。2.一種權(quán)利要求1所述的自潤滑材料的制造方法，采用粉末冶金工藝，各組份的粉末經(jīng)配料和充分混合均勻后裝模，隨之燒結(jié)，其特征在于燒結(jié)工藝采用電火花燒結(jié)或熱壓燒結(jié)電火花燒結(jié)分兩個(gè)階段，第一階段為輕壓跟蹤一放電活化階段，第二階段為重壓成形-熱塑變致密化階段;燒結(jié)溫度≤1050℃;熱壓燒結(jié)分初壓和二次加壓兩個(gè)階段，燒結(jié)溫度≤1100℃。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于電火花燒結(jié)第一階段的工藝參數(shù)為壓力1～3MPa，時(shí)間5～10分鐘，溫度從室溫至600℃;第二階段的工藝參數(shù)為壓力23～28MPa，時(shí)間3～6分鐘，溫度600～1050℃;停電后保壓2～3分鐘。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于熱壓燒結(jié)的初壓壓力為6～8MPa，溫度600～800℃，時(shí)間10～15分鐘;二次加壓壓力為15～25MPa，溫度為800～1100℃，燒結(jié)時(shí)間20～30分鐘;停電后保壓3～5分鐘。全文摘要本發(fā)明為耐熱耐磨自潤滑材料及其制造方法。其特征是以鐵為主要成分，基體相為珠光體，加入了錳、鉻、鈷元素，提高材料的熱強(qiáng)性和耐磨性，同時(shí)加入了石墨、二硫化鉬、青銅和共晶磷鐵等，提高耐磨性和降低摩擦系數(shù)。在制造方法上，采用電火花燒結(jié)或熱壓燒結(jié)。材料組織致密，本發(fā)明材料具有優(yōu)異的物理性能和機(jī)械性能，可在500℃溫度以下長期工作。主要用于制作冶金、機(jī)械、化工等部門在高溫下工作的大尺寸自潤滑軸承等零部件。文檔編號B22F3/12GK1055397SQ9110225公開日1991年10月16日申請日期1991年4月12日優(yōu)先權(quán)日1991年4月12日發(fā)明者羅錫裕,楊鳳環(huán),譚益欽,楊鋼,田淑巖申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院