[发明专利]以煤油为介质的齿轮泵轴承材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金材料领域，特别涉及以煤油为工作介质的齿轮泵轴承材料及其制备方法。

背景技术

齿轮泵具有结构紧凑、转速高等特点，是液压系统中广泛采用的一种液压泵。泵内有两对摩擦副：一对是轴承内孔与齿轮轴组成的摩擦副，另一对是轴承端面与齿轮端面组成的摩擦副。

齿轮泵轴承承担着密封和载荷的功能，是齿轮泵的关键部件。齿轮泵轴承在泵内受力复杂，工作条件恶劣：既要承受轴向力，又要承受径向力；既受到高速滑动，又受到高速冲击；既有粘着磨损，又有疲劳磨损；既有对磨件的摩擦作用，又有介质的化学作用。

当以煤油为工作介质时，齿轮泵轴承的工况条件更加恶化。这是由于：⑴煤油的运动粘度低。如20℃条件下运动粘度，液压油是21mm²/s，而煤油仅为1.25mm²/s。油粘度的剧烈下降，使油的内聚力减小，在同样的接触应力下油膜不稳定、易破裂，从而使金属直接接触，加快摩擦副的磨损。⑵煤油的润滑性差。深度精制的泵用煤油中的天然润滑物质减少，润滑性差（表现在极压性、抗磨损性和摩擦特性较差），致使摩擦副工作近乎处于干磨状态。这就使材料在煤油中的摩擦系数显著增加（约为液压油中的10倍），造成齿轮泵轴承的严重磨损。⑶煤油渗透性强，泄漏增大。滤纸做渗透性试验表明，煤油的渗透速度约为液压油的10倍。渗透性的增加，同样影响油膜的形成，增加材料干磨的机率。

因此，以煤油为工作介质的工况条件下，要求齿轮泵轴承材料具备以下性能：

⑴具备良好的抗摩擦磨损性能，特别是抗干磨性能，在油膜被破坏、油润滑不充分或出现磨屑影响时仍具备良好的耐摩擦磨损性能。

⑵具备良好的抗粘着磨损性能，防止“粘铜”（轴承铜合金的铜元素转移、粘附到对磨材料钢上面）和“冷焊”（在摩擦热作用下，铜合金与钢扩散、融渗和结合）现象发生。

⑶具备良好的的自润滑性能，以弥补煤油润滑物质少的不足，提供足够的减摩性能，不仅使本身不被磨损，还能保护对磨材料不被磨损。

⑷具备良好的密封性能，易充填、易磨合、易贴合，能克服表面不平度、粗糙度和不平行度，填平磨合面上微小的凹凸不平，在轴承端面与齿轮端面形成良好的密封带，防止产生泄漏间隙，造成漏油和导致高低压油腔沟通。

现有的以煤油为工作介质的齿轮泵轴承材料，主要采用铸造的铜合金材料，例如HMn60-3-1-0.75、ZCuSb₅Ni₂、ZCuSbPb₂₀Ni₃等。但铸造的铜合金轴承材料在煤油中工作，磨损严重，特别是在工作转速高达10000r/min时，摩擦副受力幅度与交变频率加大，摩擦副表面急速升温，接触面更快塑变、软化，摩擦材料的粘着磨损和疲劳磨损急剧增加，造成轴承端面和内孔烧伤、解耦环破裂、轴承与齿轮抱死等故障，甚至造成花键轴断裂。因此，铸造铜合金无法满足以煤油为工作介质的齿轮泵对轴承材料性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种具备良好的抗干磨、自润滑、耐粘着性能的以煤油为介质的齿轮泵轴承材料。

本发明的另一目的在于提出了一种以煤油为介质的齿轮泵轴承材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种以煤油为介质的齿轮泵轴承材料，该材料最终产品的化学组成按质量％为：锡白铜粉5-10，纳米α-Al₂O₃粉0.5-5.5，耐磨石墨粉0.5-1.5，6-6-3锡青铜粉余量；其中，锡白铜粉的化学组成按质量％为：Sn9-11，Ni19-21，Cu余量；6-6-3锡青铜粉的化学组成按质量％为：Sn4-7，Zn4-7，Pb2-4,Cu余量；

该以煤油为介质的齿轮泵轴承材料通过以下方法制备：将锡白铜粉、纳米α-Al₂O₃粉、耐磨石墨粉和6-6-3锡青铜粉充分混合，压制、氢气烧结后，再进行电火花烧结。

该材料的微观组织中有沉淀析出的（Cu，Ni）₃Sn的θ相和弥散分布的纳米α-Al₂O₃。

该材料原料粒度满足以下要求：锡白铜粉粒度≤70μm，纳米α-Al₂O₃粉粒度≤150nm，耐磨石墨粉粒度≤70μm；6-6-3锡青铜粉粒度≤70μm。