[发明专利]多相双尺度结构铝锡基复合轴瓦带材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金制造技术领域，涉及一种用机械合金方法合成无铅轴瓦合金、用高强度铝锡基替代铜铅轴瓦带材加工技术，具体涉及一种多相双尺度结构铝锡基混合粉末/纯铝/钢背复合轴瓦带材及其制备方法。

背景技术

随着汽车向高性能方向发展，发动机也向高转速、大功率、低能耗、轻量化和高增压强化方向发展，汽车的轴瓦材料也面临着高性能化发展。同时人们对于环境保护意识以及自身健康要求日益提高，对于有毒的铅元素，轴瓦产品中的去铅化成为必然趋势。因此，研发新型无铅铝锡基高强度、高性能的轴瓦材料来替代有毒的铜铅轴瓦材料是当前一项刻不容缓的任务。

目前，市场上主流的Al-Sn轴承合金通常使用铸造方法获得，一般具有良好的表面性能。但是通过铸造获得的Al-Sn合金存在两个方面的主要问题：(1)合金的强度(HV30～50)较低，很难满足当前对轴瓦高强度的需求；(2)在铸造过程中容易产生严重的比重偏析等问题。为了克服上述问题，机械合金化获得纳米晶相是一种有效提高材料强度的方法；同时，多相双尺度结构可以有效调控合金的“硬度-韧性”配合和摩擦学性能。但是，目前市场上使用的轴瓦带材均是通过铸造获得的铝合金板与钢背复合而成的，而国内外关于铝锡合金粉与钢背复合轧制成轴瓦带材的成熟工艺较少。

美国US 200300129721A1发明专利公开了一种粉末烧结制备铝基轴瓦带材的方法，该方法首先将铝基合金粉末与两层纯Al箔复合轧制成三明治结构的带材，经过烧结之后，再与低碳钢板复合，经热处理后制成轴瓦带材。但该发明所使用的合金粉末为普通的纯粗晶粉末，而且合金粉末与钢背的复合采用了两步法，并不属于本发明专利所涉及的多相双尺度结构铝锡混合粉末与钢背的直接复合工艺。

CN 201110090773.X发明专利公开了一种机械合金化制备双相双尺度结构铝锡基轴承合金的方法，该方法通过高能球磨，经压制烧结获得多相双尺度结构铝锡基合金，所制备的Al-Sn合金其硬度和摩擦学性能均获得很大提高，但该发明仅基于Al-Sn合金块体的制备，尚未将合金组元素用到与钢背进行轧制复合并制成轴瓦带材上去。

CN 00110680.5发明专利公开了一种钢背双金属带材的制造方法，该方法采用快速沉积+连续轧制方法，将半液态金属或合金的雾化流沉积到连续移动的钢带上进行轧制复合，制成双金属复合带材。该方法导致半液态的雾化铝合金流在沉积过程中出现严重氧化问题，直接影响了合金强度的提高。

美国US 04301213和US 5053286专利分别公开了用铸造方法制备的铝锡铸锭和铝铅铸造与钢背的复合方法，上述两项发明均存在铝锡和铝铅合金的比重偏析问题，影响合金力学和摩擦学性能的提高。

CN 03116518.4发明专利公开了铝锡轴承合金/钢双金属复合材料的制备方法，该方法采用热轧卷钢带生产双金属复合材料，包括双金属复合用卷钢带、铝锡合金带的制备、双金属卷带材或条材连续固相复合轧制。但该发明所获得的铝锡合金层仍然存在比重偏析和强度不高等问题。

CN 1539634A发明专利公开了一种铝锡轴承合金/钢双金属复合材料制备方法，该方法先用感应熔炼炉制备铝锡基铸锭，在分别与纯铝以及钢背进行热轧复合，整个过程极其复杂，工艺成本较高，而且表面容易氧化。

目前来看，通过粉末与钢背直接复合(粉板复合)获得轴瓦带材的方法主要是应用在Cu-Pb轴瓦中，其工艺简单，合金层显微组织容易调控。但是，对于Al-Sn轴瓦，主要采用铸造的铝锡基合金与钢背复合，这主要由于铝的易氧化导致粉末与粉末、粉末与钢背之间的烧结性能差，结合强度不佳，并且存在着机械合金化制备Al-Sn基轴承合金在轴瓦带材的工业应用过程中所产生的三方面技术不足：(1)纳米晶粉末硬度高，流动性差，难以与钢背轧制复合；(2)由于Al粉颗粒易氧化，难以使用热轧方法，同时，冷轧又难以获得与钢背较高的结合强度；(3)Al粉颗粒表面容易吸水，复合轧制过程中产生较多的气泡，严重影响合金层与钢背之间的结合强度等问题。

发明内容

本发明目的主要是通过本发明多相双尺度结构铝锡基合金粉末/纯铝/钢背复合轴瓦带材及其制备方法，解决了机械合金化制备Al-Sn基轴承合金在轴瓦带材的工业应用过程中所产生的三方面技术不足，实现了工业应用过程中的产业化生产。

本发明提供了一种多相双尺度结构铝锡基合金粉末/纯铝/钢背复合轴瓦带材，所述轴瓦带材包括由上层的多相双尺度结构Al-Sn基合金层、中间的过渡纯Al层和下层的低碳钢背层组成的三层结构；