[发明专利]高性能环保铜铋双金属轴承材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及无油润滑轴承的材料，尤其涉及一种高性能环保铜铋双金属轴承材料及其制造方法。

背景技术

传统的铜铅合金轴承材料由于其承载能力大、疲劳强度高和导热性好被广泛用作制造大功率、高速重载的滑动轴承材料。工作过程中，低熔点组元铅受局部接触摩擦热的作用会向表面渗出、转移，降低接触点的剪切强度，能够提高材料的抗粘着性、抗卡滞能力，降低摩擦阻力和摩擦温升。然而，近年来，随着人类对健康、环保要求愈加重视和国际上汽车排放及环保标准的出台，对汽车材料的环保性能提出了更高的要求。特别是国际标准IS04383：2000有“将来由于环保要求将限制某些铅类材料的使用”。因此，寻求无铅铜基轴承材料来替代传统铜铅合金轴承材料已刻不容缓。无毒低熔点金属元素铋与铅相似，不溶于铜、铝合金，基本以游离态形式存在，对合金基体的强度影响较小，摩擦过程中因摩擦热引起铋熔化而在摩擦表面形成具有抗粘、减摩作用的膜，从而改善复合材料的摩擦磨损特性，已率先在铝基复合材料中得到应用；同样将金属元素铋引入到铜基轴承材料中也可起减摩、抗粘着作用，已有无铅铜铋复合材料的应用研究报道如专利200810072436.6环保型铜基一钢双金属轴瓦材料及其制造方法、200910044854.9铋青铜-钢复合双金属轴承材料及其制造方法等，普遍在铜基合金中铋含量占总重量的1％-15％，有的甚至达到30％，目前系统地开展无铅铜铋轴承材料的摩擦学特性及机理的研究还比较缺乏。随着铋在铜基合金中作为轴瓦的材料的应用，铋的价格一路飙升，铋锭达到每吨13万-15万，如果通过研究其摩擦学特性及规律，探讨铋在减摩、抗粘着方面的作用，确定铋在无铅铜铋轴承材料的合理含量，对铋金属的合理利用、产品性能和经济性的提高，对研制开发新型高性能的无铅铜铋轴承材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不含对人体有害铅的高性能环保铜铋双金属轴承材料及其制造方法。

为了达到上述目的，高性能环保铜铋双金属轴承材料：是由钢板和铜基合金耐磨层烧结而成，其特征是：铜基合金耐磨层的配方组成按重量百分比为：铋1％～3％、锡5％～11％，余量为铜。所述的钢板表面有镀铜层。

上述高性能环保铜铋双金属轴承材料的制造方法依次是：钢板剪切下料→检验→铺粉→一次烧结→轧制→二次烧结→复轧→高性能环保铜铋双金属轴承材料的板材成品，其中：

铺粉：按重量百分比为铋粉1％～3％、锡粉5％～11％和余量为铜粉进行精确称重配比，并充分混和为混和粉或是预先将铋、锡和铜一起溶化制成合金粉，其中合金粉的成份按重量百分比为铋1％～3％、锡5％～11％和余量为铜，然后将混和粉或合金粉铺覆在洁净的钢板上，铺粉厚度为0.5～3mm；

一次烧结：在氨分解气氛N₂，H₂的保护条件下烧结，烧结温度800℃～850℃，保温10～30min；

二次烧结：在氨分解气氛N₂，H₂的保护条件下烧结，烧结温度800℃～850℃，保温10～30min。

在所述的钢板剪切下料和检验工序之间还有在钢板表面镀铜的工序。

本发明的优点是：由于铜基合金中用铋代替铅，不含铅，对人体无毒害，对环境无污染，是一种环保型铜基一钢双金属轴承材料。同时其中铋含量为1.0～3.0wt％时，铜基一钢双金属轴承材料的摩擦磨损性能为最佳，另外由于铋的密度比铅小，所制造的轴承材料比含铅要轻。

附图说明

图1是高性能环保铜铋双金属轴承材料的剖面放大图；

图2是在定载荷试验时铋含量为0～5.0wt％摩擦因数与试验时间的关系曲线图；

图3是在定载荷试验时铋含量为0～5.0wt％温度与时间的关系曲线图；

图4是无铅铜锡合金在定载摩擦磨损试验后的磨痕形貌照片；

图5是铋含量2.0wt％的无铅铜锡合金在定载摩擦磨损试验后的磨痕形貌照片；

图6是铋含量4.0wt％的无铅铜锡合金在定载摩擦磨损试验后的磨痕形貌照片；

图7是在变载荷试验时铋含量为0～5.0wt％温度与时间的关系曲线图；

图8是在变载荷试验时铋含量为0～5.0wt％摩擦因数与试验载荷的关系曲线图；

图9是铋含量1.0wt％的无铅铜锡合金在1600N载荷摩擦磨损试验后的磨痕形貌照片；

图10是铋含量1.0wt％的无铅铜锡合金在2000N载荷摩擦磨损试验后的磨痕形貌照片。

图中：1、钢板；2、铜基合金耐磨层；3、镀铜层。