[发明专利]一种纤维增强巴氏合金及制造方法

说明书

本发明提供了一种纤维增强巴氏合金及制造方法，这种材料可用来制成一种高强度的新型轴瓦，使用在轴承等零件上。

纤维增强金属材料是近期发展起来的新型材料，其中碳纤维增强铝基复合材料发展尤为突出，并已获得多项专利。碳纤维增强铜合金的研究工作也已普遍开展起来，在日本特开昭59-65617中，还公开了一种铝纤维增强锡基巴氏合金材料。

这些材料的制造方法，有如日本特开昭58-204140中公开的，制造碳纤维增强铜-锡合金材料的扩散法，该方法要点是将镀有铜和锡的碳纤维在高温上加压6小时，使铜、锡互扩散得到固溶体的金属基体。扩散法的主要不足之处是工艺时间较长。另一日本特开昭59-065617中公开了制造铝纤维增强锡基巴氏合金轴承材料的液态浸渍法。其方法是将铝纤维束浸入锡基巴氏合金溶液中进行连续的含浸处理，然后将含浸处理后锡仍呈熔融态的复合丝，以一定的绕卷张力绕在具有一定直径和长度的铁芯上，一边拉紧，一边绕卷，交叉成螺旋形进行多层绕卷成型，锡凝固后，将卷成型的铝纤维增强锡基巴氏合金圆筒降温到适当温度进行脱型。这种制造方法与扩散法相比，虽然制造工艺时间大为减少，但是基本保留了液态浸渍法工艺中制造复合丝的步骤，无法克服复合丝表面氧化层对最终复合材料的不良影响。

此外，锡基巴氏合金耐磨材料，用铝纤维作其增强纤维与用碳纤维作其增强纤维相比较，前者工艺简单并易于实现。这是因为碳纤维与锡基合金复合必须解决两者的浸润问题，而铝本身和锡基合金有很好的浸润性，用液态浸渍法能很顺利地使两者结合牢固。但从性能来分析，碳纤维不仅有增强作用，本身还是固体润滑剂，无疑对减少磨损是有利的，所以作为耐磨材料，用碳纤维增强效果比用铝纤维增强效果更好些。

本发明的目的就是要解决上述问题，选择一种在室温和高温下都具有较高的抗拉强度，具有较好的耐磨性的新型轴瓦复合材料，并提供这种材料的制造方法。

本发明选择了碳纤维增强锡基巴氏合金。其中锡基巴氏合金的成份：Cu6～30%;Sb4～12%;其余为Su。

为克服液态浸渍法中复合丝氧化层的不良影响，本发明的制造方法取消了液态浸渍法工艺过程先作复合丝的步骤，而是在浸入锡基巴氏合金溶液之前先作成碳纤维带。其制作步骤如下：将若干束镀铜碳纤维缠绕成带状条，然后把碳纤维带浸入锡基巴氏合金溶液中制得复合带，最后将锡仍呈熔融状态的碳纤维增强锡基巴氏合金复合带压在模具上，制成轴瓦毛坯。这种轴瓦毛坯，可热压在钢背上制成轴承毛坯，加工后作成轴承。为了解决碳纤维和锡基合金的不浸润问题，碳纤维表面均匀地镀上一层铜，因为碳纤维浸入时间过长或合金熔液温度过高，都会使碳纤维表面已镀上的铜层熔化失去浸润性，为此本发明将锡基巴氏合金的溶液温度控制为280℃～320℃，浸入时间为1～4秒。

本发明的复合材料制造方法基本上克服了液态浸渍法中复合丝氧化层的影响，所制得的碳纤维增强锡基巴氏合金的轴瓦材料，具有较高的室温强度和高温强度，耐磨性提高一倍以上。

附图说明：

附图1：磨损方式示意图。

图1中：1为钢轮;2为试样;3为施力方向;4为磨损量。

实施例：把碳纤维用丙酮清洗2～3小时，取出待丙酮挥发后，将碳纤维束镀铜（化学镀或电镀或离子镀）并认真清洗，干后在其表面均匀地涂上一层浓度为25%的氯化锌水溶液，再将碳纤维束缠绕成34毫米宽的带状条，把带状条浸入温度为310℃的锡基巴氏合金溶液中，获得一条带状的碳纤维增强锡基巴氏合金的复合带。锡基巴氏合金的成分为：Cu8%;Sb10%;其余为Sn，浸入时间为2～3秒。在复合带上的液体未凝固时，立即将其压在半圆形的凸模上制成复合材料的轴瓦毛坯。将此轴瓦毛坯再热压在钢背上即成轴承毛坯，加工制成轴承。

热压工艺为：在245℃～250℃时，用1吨压力保温加压20分钟;待温度降到220℃时，升压到25吨;220℃时卸压起模。

磨损试验结果：在M-200型磨损试验机上的无润滑磨损试验结果列于表1中。表中数据表明：在两种复合比条件下，碳纤维增强锡基巴氏合金材料在经过10000转后的磨损量平均值，均小于无纤维的锡基巴氏合金材料在经过5000转后磨损量的平均值。磨损试验的条件是：磨损方式如图1所示，磨件为钢轮，加载荷为49N，钢轮转数为200转/分。（表见文后）

在自制的抗拉试验机上测得的强度性能指标列于表2，试样工作段长度为50mm，直径为1.4mm，经碳纤维复合后强度能达到176.5～274.6MPa比未复合的合金提高2～3倍，在200℃时其强度还能保持在137.3MPa以上，比无纤维的合金提高了5倍。