專利名稱：一種pqt銅合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬材料制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于柱塞斜軸泵、柱塞通軸泵、柱塞馬達(dá)中缸體半球面和柱塞孔摩擦副中的銅合金，具體涉及一種PQT銅合金，本發(fā)明還涉及該種PQT銅合金的制造方法。
背景技術(shù)：
柱塞泵/馬達(dá)是能量轉(zhuǎn)換裝置，它的主要作用是傳遞運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是泵內(nèi)缸體柱塞在柱塞孔內(nèi)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和半球面與配流盤之間的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于柱塞泵 /馬達(dá)轉(zhuǎn)速高，壓力大、易磨損，所以缸體在柱塞泵/馬達(dá)中是一個(gè)關(guān)鍵部件，而且是一個(gè)易損件。這就要求缸體的柱塞與柱塞孔、半球面與配流盤組成的摩擦副要有很高的耐磨性。要提高柱塞泵/馬達(dá)缸體的耐磨性，主要要提高缸體柱塞孔和半球面材料的耐磨性。以前柱塞泵/馬達(dá)缸體采用鉛青銅(ZCuin317Sn4Zn4)作為缸體球面及柱塞孔的耐磨層，制造方法采用柱塞孔和半球面整體澆注。鉛青銅在柱塞泵/馬達(dá)壓力大于30Mpa、轉(zhuǎn)數(shù)大于2000r/ min時(shí)，缸體半球面容易磨損，加之澆注缸體容易出現(xiàn)比重偏析，金相組織中由于1 的堆積而改變銅合金的物理性能(如圖3所示)，實(shí)際使用中表現(xiàn)為柱塞泵/馬達(dá)磨損快、故障率高、使用壽命短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種PQT銅合金，主要用于柱塞泵/馬達(dá)缸體的摩擦副材料， 解決了現(xiàn)有銅合金材料制作的柱塞泵/馬達(dá)磨損快、故障率高、使用壽命短的問題。本發(fā)明的另一目的是，提供上述的PQT銅合金的制造方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種PQT銅合金，由以下組分按照質(zhì)量百分比組成 Pb 為 13 % -15 % ;Sn 為 6 % -8 % ;Zn 為 6 % -8 % ;Ni 為 2 % -3 % ;Mn 為 3 % -4 % ；RE 為 0. 6% -1%，余量為 Cu。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種PQT銅合金的制造方法，按照以下步驟實(shí)施步驟1、按照以下質(zhì)量百分比稱量各組分Pb為13% -15% ；Sn為6% -8% ；Zn為 6% -8% ；Ni 為 2% -3% ；Mn 為 3% -4% ；RE 為 0. 6% _1%，余量為 Cu ；步驟2、將步驟1稱量的Cu、Ni和Mn —起放入中頻爐中進(jìn)行熔化，然后在熔液表
面覆蓋一層石墨粉，在石墨粉的上表面再覆蓋一層木炭粉；步驟3、將步驟1稱量的HKSruai及RE —起放入步驟2得到的熔液中，待HKSik Zn和RE完全熔化后，充分?jǐn)嚢?-3分鐘，得到基本混合熔液；步驟4、以步驟1中的所有組分為100%，另外稱量0. 6-0. 8%的磷銅和0. 4-0. 7% 的冰晶石，將稱量的磷銅和冰晶石匯合均勻后，用紫銅皮包裹好，制作成包裝袋形式的添加劑包，將該添加劑包裝入石墨材料制作的加料工裝中，伸進(jìn)步驟3得到的基本混合熔液中， 待添加劑包包含的紫銅皮和磷銅、冰晶石全部熔化后，取出加料工裝，均勻攪拌3-5分鐘，得到中間混合熔液；步驟5、精煉如圖2所示利用通氣工裝，通氣工裝的上端與氬氣聯(lián)通，通氣工裝的下端及四周設(shè)置有許多個(gè)通氣孔，將通氣工裝伸進(jìn)步驟4得到的中間混合熔液中，向中間混合熔液中通入氬氣5-10分鐘進(jìn)行除氧，得到最終混合熔液，即成。本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有的鉛青銅(ZCi^bl7Sn4Zn4)合金材料相比，在不降低銅合金耐磨性的情況下，使得銅合金在鑄造時(shí)出現(xiàn)比重偏析的幾率減?。惶岣吡算~合金的耐磨性、機(jī)械性能和致密程度；增強(qiáng)了銅合金的強(qiáng)度和硬度；使銅合金的金相組織更加致密，1 的分布更加均勻、耐磨性得到進(jìn)一步提高。利用該銅合金生產(chǎn)的缸體裝配到柱塞泵/馬達(dá)中后，使得柱塞泵/馬達(dá)的壽命得到了顯著的提高。


圖1是本發(fā)明方法采用紫銅皮添加部分組分時(shí)的工作示意圖；圖2是本發(fā)明方法采用通氣工裝通入氬氣時(shí)的工作示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的鉛青銅(ZCuin317Sn4Zn4)澆注缸體中1 堆積分布的金相組織顯微照片；圖4是本發(fā)明方法制備的銅合金的金相組織顯微照片。圖中，1.中頻爐，2.基本混合熔液，3.加料工裝，4.添加劑包，5. PQT銅合金溶液， 6.通氣工裝，7.通氣孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明所稱的PQT銅合金材料，其中的P是代表鉛物質(zhì)、Q是代表青銅類、T是代表銅合金，該P(yáng)QT銅合金材料使用在缸體半球面與配流盤、缸體柱塞孔與柱塞所組成的摩擦副中，能夠充分發(fā)揮減磨、耐磨的作用。本發(fā)明的PQT銅合金，由以下組分按照質(zhì)量百分比組成Pb :13-15% ；Sn 6-8% ； Zn 6-8% ；Ni 1~2% ；Mn 3~4% ；RE :0. 6-1 %，余量為 Cu。 RE是指混合稀土，優(yōu)選富鑭混合稀土，其中的La含量> 80 %。上述的富鑭混合稀土是一種稀土合金，包含La、Ce、Sm，分別是指La (鑭)、Ce (鍶) 及Sm(指其它微量稀土元素)組成的合金，市場有出售。本發(fā)明的PQT銅合金中的各個(gè)組分的添加原理是與現(xiàn)有的鉛青銅 (ZCuPb 17Sn4Zn4)相比，在銅合金成分中降低了 1 的含量，在不降低銅合金耐磨性的情況下，使得銅合金在鑄造時(shí)出現(xiàn)比重偏析的幾率減?。辉黾恿?SruSi含量，提高了銅合金的耐磨性、機(jī)械性能和致密程度；添加了 Ni、Mn元素，增強(qiáng)了銅合金的強(qiáng)度和硬度；特別是在銅合金中添加了混合稀土，改變了銅合金的顯微結(jié)構(gòu)、改善了銅合金的機(jī)械加工性能、提高了銅合金的耐腐蝕和耐磨性，使銅合金的金相組織更加致密，Pb的分布更加均勻、耐磨性得到進(jìn)一步提高。本發(fā)明PQT銅合金的制造方法是，按照以下步驟實(shí)施步驟1、按照以下質(zhì)量百分比稱量各組分=Pb 13-15% ；Sn 6~8% ；Zn 6~8% ；Ni 2-3% ；Mn 3-4% ；RE :0. 6-1 %，余量為 Cu。
步驟2、將步驟1稱量的Cu、Ni、Mn 一起放入中頻爐1中進(jìn)行熔化，然后在熔液表面覆蓋一層石墨粉，石墨粉的粒度為45-65微米，在石墨粉的上表面再覆蓋一層木炭粉，木炭粉的粒度為5-15毫米，采用石墨粉和木炭粉覆蓋熔液表面，能夠有效隔絕空氣，阻止熔液中的銅元素的氧化，起到脫氧除氧的作用。步驟3、將步驟1稱量的Pb、Sn、Zn、RE 一起放入步驟2得到的熔液中，待Pb、Sn、 Zn及RE完全熔化后，充分?jǐn)嚢?-3分鐘，得到基本混合熔液2 ；步驟4、以步驟1中的所有組分為100%，另外稱量0.6% -0.8%的磷銅和 0. 4% -0. 7%的冰晶石，磷銅作為脫氧劑，冰晶石作為除渣劑，將稱量的磷銅和冰晶石混合均勻后，用紫銅皮包裹好，制作成包裝袋形式的添加劑包4，將該添加劑包4裝入石墨材質(zhì)制作的叉形的加料工裝3中，伸進(jìn)步驟3得到的基本混合熔液2中，見圖1，待添加劑包4內(nèi)包含的磷銅、冰晶石全部熔化后，取出加料工裝3，均勻攪拌3-5分鐘，得到中間混合熔液， 此時(shí)料渣浮于液面。本步驟中的紫銅皮由于質(zhì)量非常小，相對于整體組分含量而言，可以忽略。另外加料工裝3采用石墨材料制作，能夠起到進(jìn)一步吸收熔液中的氧元素的作用。步驟5、精煉見圖2，將空心的通氣工裝6的上端與氬氣聯(lián)通，通氣工裝6的下端及四周設(shè)置有許多個(gè)直徑為1毫米的通氣孔7，將通氣工裝6伸進(jìn)步驟4得到的中間混合熔液中，向中間混合熔液中通入氬氣10-15分鐘，氬氣能夠使得熔液中的微量氧化銅中的氧元素得到置換排出，經(jīng)過這樣的通氬氣除氧，再一次提高了對中間混合熔液的除氧效果，得到最終的PQT銅合金溶液5，即成。將最終得到的PQT銅合金溶液澆注到預(yù)制的模具中，即得到需要的柱塞泵/馬達(dá)缸體摩擦副胚件。實(shí)施例1步驟1、按照以下質(zhì)量百分比稱量各組分Pb 13% ；Sn 6% ；Zn 6% ；Ni 2% ；Mn 3% ；RE 0. 6%，余量為 Cu。步驟2、將步驟1稱量的Cu、Ni、Mn 一起放入中頻爐中進(jìn)行熔化，然后在熔液表面覆蓋一層石墨粉，石墨粉的粒度為45微米，在石墨粉的上表面再覆蓋一層木炭粉，木炭粉的粒度為10毫米；步驟3、將步驟1稱量的HKSruai及RE —起放入步驟2得到的熔液中，待HKSik Zn和RE完全熔化后，充分?jǐn)嚢?分鐘，得到基本混合熔液；步驟4、以步驟1中的所有組分為100%，另外稱量0. 6%的磷銅和0. 4%的冰晶石，將稱量的磷銅和冰晶石匯合均勻后，用紫銅皮包裹好，制作成包裝袋形式的添加劑包4， 將該添加劑包4裝入石墨材料制作的加料工裝3中，伸進(jìn)步驟3得到的基本混合熔液中，待添加劑包4中的磷銅、冰晶石全部熔化后，取出加料工裝3，均勻攪拌3分鐘，得到中間混合熔液，此時(shí)料渣浮于液面；步驟5、精煉將通氣工裝5伸進(jìn)步驟4得到的中間混合熔液中，向中間混合熔液中通入氬氣15分鐘，得到最終PQT銅合金溶液，即成。實(shí)施例2步驟1、按照以下質(zhì)量百分比稱量各組分Pb 15% ；Sn 6% ；Zn 6% ；Ni 3% ；Mn 4% ；RE :1%，余量為 Cu。步驟2、將步驟1稱量的Cu、M —起放入中頻爐中進(jìn)行熔化，然后在熔液表面覆蓋一層石墨粉，石墨粉的粒度為55微米，在石墨粉的上表面再覆蓋一層木炭粉，木炭粉的粒度為15毫米；步驟3、將步驟1稱量的HKSruai及RE —起放入步驟2得到的熔液中，待HKSik Zn和RE完全熔化后，充分?jǐn)嚢?分鐘，得到基本混合熔液；步驟4、以步驟1中的所有組分為100%，另外稱量0. 8%的磷銅和0. 7%的冰晶石，將稱量的磷銅和冰晶石匯合均勻后，用紫銅皮包裹好，制作成包裝袋形式的添加劑包4， 將該添加劑包4裝入石墨材料制作的加料工裝3中，伸進(jìn)步驟3得到的基本混合熔液中，同時(shí)將步驟1稱量好的Mn和混合稀土一起放入熔液中；待添加劑包4包含的紫銅皮和磷銅、 冰晶石、以及Mn和混合稀土全部熔化后，取出加料工裝3，均勻攪拌3分鐘，得到中間混合熔液，此時(shí)料渣浮于液面；步驟5、精煉將通氣工裝5伸進(jìn)步驟4得到的中間混合熔液中，向中間混合熔液中通入氬氣15分鐘，得到最終PQT銅合金溶液，即成。實(shí)施例3步驟1、按照以下質(zhì)量百分比稱量各組分Pb 14% ；Sn 7% ；Zn 7% ；Ni 2. 5% ； Mn 3. 5% ；混合稀土 0. 8%，余量為Cu。步驟2、將步驟1稱量的Cu、M —起放入中頻爐中進(jìn)行熔化，然后在熔液表面覆蓋一層石墨粉，石墨粉的粒度為60微米，在石墨粉的上表面再覆蓋一層木炭粉，木炭粉的粒度為5毫米；步驟3、將步驟1稱量的HKSruai及RE —起放入步驟2得到的熔液中，待HKSik Zn和RE完全熔化后，充分?jǐn)嚢?分鐘，得到基本混合熔液；步驟4、以步驟1中的所有組分為100%，另外稱量0. 7%的磷銅和0. 5%的冰晶石，將稱量的磷銅和冰晶石匯合均勻后，用紫銅皮包裹好，制作成包裝袋形式的添加劑包4， 將該添加劑包4裝入石墨材料制作的加料工裝3中，伸進(jìn)步驟3得到的基本混合熔液中，同時(shí)將步驟1稱量好的Mn和混合稀土一起放入熔液中；待添加劑包4包含的紫銅皮和磷銅、 冰晶石、以及Mn和混合稀土全部熔化后，取出加料工裝3，均勻攪拌3分鐘，得到中間混合熔液，此時(shí)料渣浮于液面；步驟5、精煉將通氣工裝5伸進(jìn)步驟4得到的中間混合熔液中，向中間混合熔液中通入氬氣15分鐘，得到最終PQT銅合金溶液，即成。本發(fā)明實(shí)施例制備的銅合金如圖4所示，與圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)制備的銅合金相比，金相組織更加致密，Pb的分布更加均勻、耐磨性得到顯著的提高。實(shí)施例4步驟1、按照以下質(zhì)量百分比稱量各組分=Pb 15% ；Sn 8% ；Zn 8% ；Ni 3% ；Mn 4% ；混合稀土 1%，余量為Cu。步驟2、將步驟1稱量的Cu、M —起放入中頻爐中進(jìn)行熔化，然后在熔液表面覆蓋一層石墨粉，石墨粉的粒度為65微米，在石墨粉的上表面再覆蓋一層木炭粉，木炭粉的粒度為15毫米；步驟3、將步驟1稱量的HKSruai及RE —起放入步驟2得到的熔液中，待HKSik Zn和RE完全熔化后，充分?jǐn)嚢?分鐘，得到基本混合熔液；步驟4、以步驟1中的所有組分為100 %，另外稱量0. 8 %的磷銅和0. 6 %的冰晶石，將稱量的磷銅和冰晶石匯合均勻后，用紫銅皮包裹好，制作成包裝袋形式的添加劑包4， 將該添加劑包4裝入石墨材料制作的加料工裝3中，伸進(jìn)步驟3得到的基本混合熔液中，同時(shí)將步驟1稱量好的Mn和混合稀土一起放入熔液中；待添加劑包4包含的紫銅皮和磷銅、 冰晶石、以及Mn和混合稀土全部熔化后，取出加料工裝3，均勻攪拌5分鐘，得到中間混合熔液，此時(shí)料渣浮于液面；步驟5、精煉將通氣工裝6伸進(jìn)步驟4得到的中間混合熔液中，向中間混合熔液中通入氬氣10分鐘，得到最終PQT銅合金溶液，即成。本發(fā)明的銅合金從提高材料強(qiáng)度和耐磨性、降低摩擦系數(shù)入手，通過在銅合金中加入增加合金強(qiáng)度、細(xì)化合金組織、降低摩擦系數(shù)的幾種合金元素，合理搭配各元素之間的配比，在材料制做工藝流程中增加脫氧除氣的特殊工序，顯著的解決了柱塞泵/馬達(dá)缸體摩擦副材料的耐磨問題。
權(quán)利要求
1.一種PQT銅合金，其特征在于，由以下組分按照質(zhì)量百分比組成 為13% -15% ； Sn 為 6% -8% ；Zn 為 6% -8% ；Ni 為 2% -3% ；Mn 為 3% -4% ；RE 為 0. 6% _1%，余量為 Cu。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PQT銅合金，其特征在于所述的RE優(yōu)選富鑭混合稀土，其中的La含量彡80%。
3.—種PQT銅合金的制造方法，其特征在于，按照以下步驟實(shí)施步驟1、按照以下質(zhì)量百分比稱量各組分Pb為13%-15% ；Sn為6%-8% ；Zn為 6% -8% ；Ni 為 2% -3% ；Mn 為 3% -4% ；RE 為 0. 6% _1%，余量為 Cu ；步驟2、將步驟1稱量的Cu、Ni和Mn —起放入中頻爐中進(jìn)行熔化，然后在熔液表面覆蓋一層石墨粉，在石墨粉的上表面再覆蓋一層木炭粉；步驟3、將步驟1稱量的Pb、Sn、Zn及RE —起放入步驟2得到的熔液中，待Pb、Sn、Zn 和RE完全熔化后，充分?jǐn)嚢?-3分鐘，得到基本混合熔液；步驟4、以步驟1中的所有組分為100%，另外稱量0. 6-0. 8%的磷銅和0. 4-0. 7%的冰晶石，將稱量的磷銅和冰晶石匯合均勻后，用紫銅皮包裹好，制作成包裝袋形式的添加劑包，將該添加劑包裝入石墨材料制作的加料工裝中，伸進(jìn)步驟3得到的基本混合熔液中，待添加劑包包含的紫銅皮和磷銅、冰晶石全部熔化后，取出加料工裝，均勻攪拌3-5分鐘，得到中間混合熔液；步驟5、精煉將通氣工裝的上端與氬氣聯(lián)通，通氣工裝的下端及四周設(shè)置有許多通氣孔，將通氣工裝伸進(jìn)步驟4得到的中間混合熔液中，向中間混合熔液中通入氬氣10-15分鐘進(jìn)行除氧，得到最終混合熔液，即成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PQT銅合金的制造方法，其特征在于，所述的石墨粉的粒度為 45-65微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PQT銅合金的制造方法，其特征在于，所述的木炭粉的粒度為 5-15毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PQT銅合金的制造方法，其特征在于，所述的RE優(yōu)選富鑭混合稀土，其中的La含量>80%。
全文摘要
本發(fā)明的PQT銅合金及其制造方法，按照以下步驟實(shí)施1)按照以下質(zhì)量百分比稱量各組分Pb為13％-15％；Sn為6％-8％；Zn為6％-8％；Ni為2％-3％；Mn為3％-4％；RE為0.6％-1％，余量為Cu；2)將Cu、Ni及Mn一起放入中頻爐中進(jìn)行熔化，在熔液表面覆蓋一層石墨粉及一層木炭粉；3)將Pb、Sn、Zn及RE一起放入步驟2得到的熔液中充分?jǐn)嚢瑁?)另外稱量0.6-0.8％的磷銅和0.4-0.7％的冰晶石，將磷銅和冰晶石連同RE用紫銅皮包裹好，一起放入熔液中均勻攪拌；5)通入氬氣除氧，得到最終混合熔液即成。本發(fā)明PQT銅合金制造的摩擦副材料，減磨耐磨性能顯著提高。
文檔編號C22C1/02GK102433463SQ20111039946
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者黃經(jīng)忠 申請人:西安東瑞機(jī)械制造有限公司