[发明专利]一种高性能轴瓦双金属材料的增材制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种高性能轴瓦双金属材料的增材制备方法及其应用。属于金属合金材料技术领域。由钢背和铜层组成，在铜层平面上存在A、B两种不同成分区域；本发明将铜层划分为A、B两种不同的功能区，兼顾了材料的承载性和顺应性，且可以根据使用工况的不同来调整A、B两区的占比，来调节材料对工况的适应性；制备步骤：使用CMT焊接机器人在钢背表面进行电弧沉积增材制备减磨层，依次将A、B两种不同成分的焊丝按照平行间隔的排布在钢背进行电弧沉积，制备所述轴瓦材料。本发明生产效率高，且能够显著提高双金属复合材料的力学性能和摩擦学性能，制备的高性能轴瓦双金属材料可以很好地应用于不同工况的内燃机轴瓦中。

技术领域

本发明金属材料技术领域，涉及一种高性能轴瓦双金属材料(铜/钢双金属材料)的增材制备方法及其应用。

背景技术

轴瓦是对轴进行支承，并在轴转动过程中保护轴磨损的重要结构件，对轴瓦材料提出了承载和减摩等多方面要求。然而，承载性要求基材硬度高，抗变形能力强，这与材料的顺应性、嵌入性等产生矛盾。

通常，轴瓦材料由双层或多层组成，靠近轴承接触面的材料一般选用摩擦性能好的锡基、铝基材料，铜基材料摩擦性能最好的还是含Pb材料。然而，由于环保问题，这种承载性和顺应性兼具的材料应用受到限制，而无铅的单一成分铜合金并不能取代含Pb的青铜合金。为此，本发明设计了一种通过增材制造工艺制备的高性能轴瓦双金属材料，其特征在于铜层中包含平行间隔的A、B两种不同成分区域，其中A部分区域为含Ni的强化区，B部分区域为含Bi的减摩区，从而兼顾了材料的承载性和顺应性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种高性能轴瓦双金属材料(铜/钢双金属材料)的增材制备方法及其应用，该方法特征在于将铜层分为含Ni的强化区和含Bi的减摩区两个区域，从而兼顾了材料的承载性和顺应性。

本发明的技术方案是：本发明所述的一种高性能轴瓦双金属材料，包括钢背及安设在钢背上的铜层，在所述铜层平面上存在平行间隔的A、B两种不同成分区域；

其中，A部分区域为含Ni的强化区，B部分区域为含Bi的减摩区。

进一步的，所述A区域的体积在铜层中的占比为30～60％，其余为B区域的体积。

进一步的，所述A区域中所含的药芯焊丝包括Ni、Sn、Al及Cu；

其中，上述各药芯焊丝的体积比是：Ni 1-6％、Sn 5-8％、Al 0.3-0.4％，其余为Cu；

所述B区域中所含的药芯焊丝包括Bi、Sn及Cu；

其中，上述各药芯焊丝的体积比是：Bi 10-20％、Sn 3-6％，其余为Cu。

进一步的，一种高性能轴瓦双金属材料的增材制备方法，其特征在于，其具体的操作步骤如下：

步骤(1)、制备A、B两种成分区域的药芯焊丝；

步骤(2)、将钢背进行表面清洗，并进行除油、除锈及烘干等过程；

步骤(3)、采用焊接机器人通过CMT冷金属过渡技术在钢背上电弧沉积A成分区域的药芯焊丝；

步骤(4)、随后，将B成分区域的药芯焊丝通过电弧沉积的方式填充到钢背上除电弧沉积的A成分区域的药芯焊丝外、剩余的间隙中，从而最终制得轴瓦双金属材料。

进一步的，步骤(3)中，在所述CMT冷金属过渡技术中，所使用的CMT焊的焊道宽度为2～5mm。

进一步的，在所述步骤(3)中，在钢背上电弧沉积A成分区域的药芯焊丝的方式是：设置焊接机器人的焊枪与钢背呈90°垂直，设定电弧沉积的电流为60～100A、电压为7～20V，焊枪喷嘴与钢背的相对移动速度为15～20cm/min，平行间隔1～5mm电弧沉积A成分区域的药芯焊丝。