專利名稱：無(wú)鉛雙金屬潤(rùn)滑材料用銅合金粉末及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)鉛雙金屬潤(rùn)滑材料用銅合金粉末及其制備方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的產(chǎn)品用途是以低碳鋼鋼板為基體、表面松裝燒結(jié)銅合金粉末、經(jīng)致密軋制而成的銅合金-鋼雙金屬潤(rùn)滑材料，主要用于制造汽車軸承、側(cè)板、止推片等。傳統(tǒng)燒結(jié)制造銅-鋼雙金屬潤(rùn)滑材料用銅合金粉，如CuPblOSnlO、CuPb24Sn、 CuPb24Sn4等牌號(hào)的銅鉛合金粉末，都含有大比例的鉛。因鉛及其化合物對(duì)人體有害，2006 年7月歐盟實(shí)施了 RoHS指令，要求投入市場(chǎng)的電子和電氣設(shè)備不得含有鉛等有害物質(zhì)。長(zhǎng)期以來(lái)，由于鉛在生產(chǎn)、電鍍過(guò)程中的污染以及軸瓦廢棄后的二次污染問(wèn)題，對(duì)環(huán)境造成了巨大的危害，這個(gè)問(wèn)題已越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)、外滑動(dòng)軸承行業(yè)的關(guān)注。我國(guó)開(kāi)發(fā)無(wú)鉛銅基自潤(rùn)滑材料的呼聲日益高漲，尋找一種無(wú)鉛新材料來(lái)替代傳統(tǒng)材料已成為了必然趨勢(shì)。中國(guó)發(fā)明專利CN101428343 A公布了一種新型銅合金粉末，其配方組成按照重量百分比為鉍1_15%、錫O. 5-10%、鋅O. 3-15%，其余為銅，該專利將鋅作為一種主要添加成份，鋅含量較高。中國(guó)發(fā)明專利CN101696477 B中公布了一種無(wú)鉛銅基合金粉末材料，其成分范圍為Cu93-94%、Sn6-7%、P0. 1-0. 4%。專利CN101696478 B中公布了一種無(wú)鉛銅基合金粉末材料，其成分范圍為Cu87-89%、Sn5-7%、Zn5-7%。在熔煉、霧化及燒結(jié)等制造環(huán)節(jié)中，因鋅和磷受熱極易發(fā)生氧化、氣化或揮發(fā)，這三種專利產(chǎn)品都造成空氣污染，惡化工作環(huán)境， 是用另一種污染替代了鉛污染，亟待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種無(wú)鉛雙金屬潤(rùn)滑材料用銅合金粉末及其制備方法，在配比成分中不含有害物質(zhì)鉛，在制造、使用過(guò)程中也不產(chǎn)生其他污染。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下
無(wú)鉛雙金屬潤(rùn)滑材料用銅合金粉末材料重量百分比構(gòu)成為
銅 70-98%、錫 2-15%、鎳 0-12%。優(yōu)選方案二，所述銅合金粉末材料重量百分比構(gòu)成為銅82-88%、錫5-8%、鎳
8-10%ο優(yōu)選方案三，所述銅合金粉末材料重量百分比構(gòu)成為銅89-92%、錫7-9%、鎳
O.5-1. 5%。上述幾種無(wú)鉛雙金屬潤(rùn)滑材料用銅基粉末，其物理性能為
①規(guī)格為-100目、-120目、-150目、-180目、-200目，優(yōu)選規(guī)格為-150目。②松裝密度為3. 5 5. O g/cm3 ;優(yōu)選松裝密度為3. 8 4. 8g/cm3。③流動(dòng)性為< 25s/50g ;優(yōu)選流動(dòng)性為< 23s/50g ;最佳流動(dòng)性為< 20s/50g。
④粒度分布>150Mm:0. 5% ;15(Tl06Mm :0-20% ;106 75Mm :0-20% ;75 45Mm : 5-40% ；<45Mm :45-85%。優(yōu)選粒度分布為>150Mm :0% ; 150 106Mm ( O. 5% ;106 75Mm :5_15% ;75 45Mm 10-30% ；<45Mm :55_75%。⑤顆粒形狀為球形、亞球形、不規(guī)則形。優(yōu)選顆粒形狀為亞球形。上述無(wú)鉛雙金屬潤(rùn)滑材料用銅合金粉末材料的制備方法具體包括以下步驟
(I)配料按照以上所述方案的成份進(jìn)行配料。(2)熔煉采用200 300kg容量的中頻感應(yīng)熔煉設(shè)備。先將這些配料按順序加入中頻熔煉爐，調(diào)高熔煉爐功率，使銅、錫、鎳等金屬材料熔化。感應(yīng)爐應(yīng)具有電磁攪拌作用， 使銅合金成份更加均勻，雜渣易上浮、去除。熔煉時(shí)，添加木炭或碎玻璃進(jìn)行造渣保護(hù)，保溫時(shí)間為2 10分鐘，銅液溫度控制在1300 1500°C之間。保溫過(guò)程中應(yīng)多次攪拌、扒渣， 直至銅液表面潔凈無(wú)浮渣。(3)霧化通過(guò)柱塞泵或多級(jí)泵產(chǎn)生的高壓水對(duì)金屬熔液進(jìn)行霧化，銅液經(jīng)過(guò)高壓水沖擊而細(xì)化并遇水急冷凝固成亞球形或橢圓形粉末。霧化參數(shù)為
①噴嘴尺寸為ΦI. 5 3. 5mm ;優(yōu)選方案的噴嘴尺寸為Φ 2. O 3. Omm ;
②噴嘴個(gè)數(shù)為6 12個(gè)；優(yōu)選方案的噴嘴個(gè)數(shù)為8 10個(gè)；
③漏嘴尺寸為Φ2. O 6. Omm ;優(yōu)選方案的漏嘴尺寸為Φ 3. O 5. 5mm ;
④霧化水壓為2.5 12. OMPa ;優(yōu)選方案的霧化水壓為3. O 9. OMPa ；
⑤霧化溫度為1300 1500°C；
⑥霧化速度為10 30kg/min;優(yōu)選方案的霧化速度為10 20kg/min。(4)烘干篩分霧化粉漿經(jīng)過(guò)沉積、烘干等工序后，再使用不同目數(shù)的篩網(wǎng)進(jìn)行篩分，篩去粗粉，制成各種目數(shù)規(guī)格的無(wú)鉛銅合金粉末材料。本發(fā)明通過(guò)選擇新元素，特別設(shè)計(jì)了銅合金的配比成份，并采用了以上制備方案， 從而實(shí)現(xiàn)了滑動(dòng)軸承用銅合金粉末材料無(wú)鉛化。同時(shí)因其不含貴稀金屬鉍，制造成本相對(duì)較低。使用該無(wú)鉛銅合金粉體燒結(jié)成的銅合金-鋼雙金屬軸承材料，其使用性能與傳統(tǒng)的銅鉛合金材料相當(dāng)，是一種替代傳統(tǒng)銅鉛材料的新型環(huán)保材料。


圖I為實(shí)施例I的顆粒形貌圖2為實(shí)施例3的顆粒形貌圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于這些實(shí)施例。實(shí)施例I
銅合金粉末牌號(hào)為CuSn6Ni9。(I)配料按照Cu85%、Sn6. 5%、Ν 8. 5%的成份進(jìn)行配料，合計(jì)重量250kg。(2)熔煉將配料按順序加入中頻熔煉爐，調(diào)高熔煉爐功率，使銅、錫、鎳金屬材料熔化。感應(yīng)爐具有電磁攪拌作用，使各元素更加分布均勻，雜渣易上浮、去除。熔煉時(shí)，添加木炭或碎玻璃進(jìn)行造渣，保溫時(shí)間為5分鐘，銅液溫度控制在1450°C。銅液表面經(jīng)多次攪拌、扒渣，直至潔凈無(wú)浮渣。(3)霧化通過(guò)柱塞泵或多級(jí)泵產(chǎn)生的高壓水對(duì)金屬熔液進(jìn)行霧化，霧化參數(shù)為
①噴嘴尺寸為Φ2.0mm;
②噴嘴個(gè)數(shù)為8個(gè)；
③漏嘴尺寸為Φ4.5 mm ；
④霧化水壓為6.5 MPa ；
⑤霧化溫度為1450°C；
⑥霧化速度為15kg/min。(4)烘干篩分霧化粉漿通過(guò)沉積、烘干等工序，再通過(guò)使用150目篩網(wǎng)進(jìn)行篩分， 篩去粗粉，制成-150目規(guī)格的無(wú)鉛銅合金粉末材料。結(jié)果見(jiàn)表I。實(shí)施例2
銅合金粉末牌號(hào)為CuSn6Ni9。(I)配料按照Cu84%、Sn7%、Ni9%的成份進(jìn)行配料，合計(jì)重量260kg。(2)熔煉將這些配料按順序加入中頻感應(yīng)熔煉爐，熔煉時(shí)，添加木炭進(jìn)行造渣保護(hù)，保溫時(shí)間為6分鐘，銅液溫度為1480°C。經(jīng)多次攪拌、扒渣，銅液表面潔凈無(wú)浮渣。(3)霧化通過(guò)高壓水對(duì)金屬熔液進(jìn)行霧化，霧化參數(shù)為
①噴嘴尺寸為Φ2.5 mm;
②噴嘴個(gè)數(shù)為10個(gè)；
③漏嘴尺寸為Φ3.O mm ；
④霧化水壓為4.O MPa ；
⑤霧化溫度為1450°C；
⑥霧化速度為18kg/min。(4)烘干篩分霧化粉漿通過(guò)沉積、烘干等工序，再通過(guò)150目篩網(wǎng)，篩去粗粉，制成-150目規(guī)格的無(wú)鉛銅合金粉末材料。結(jié)果見(jiàn)表I。實(shí)施例3
銅合金粉末牌號(hào)為CuSn8Ni。(I)配料按照Cu91%、Sn8%、Ni 1%的成份進(jìn)行配料，合計(jì)重量220kg。(2)熔煉將這些配料按順序加入中頻感應(yīng)熔煉爐，熔煉時(shí)，添加碎玻璃進(jìn)行造渣保護(hù)，保溫時(shí)間為5分鐘，銅液溫度為1460°C。經(jīng)多次攪拌、扒渣，銅液表面潔凈無(wú)浮渣。(3)霧化通過(guò)高壓水對(duì)金屬熔液進(jìn)行霧化，霧化參數(shù)為
①噴嘴尺寸為Φ2.0mm;
②噴嘴個(gè)數(shù)為10個(gè)；
③漏嘴尺寸為Φ3.5 mm ；
④霧化水壓為3.8 MPa ；
⑤霧化溫度為1460°C；
⑥霧化速度為20kg/min。(4)烘干篩分霧化粉漿通過(guò)沉積、烘干等工序，再通過(guò)150目篩網(wǎng)，篩去粗粉，制成-150目規(guī)格的無(wú)鉛銅合金粉末材料。結(jié)果見(jiàn)表I。比較例I作為比較例，選用牌號(hào)為CuPblOSnlO的傳統(tǒng)銅鉛合金粉末材料，制備方法如實(shí)施例2。本發(fā)明的有益效果是無(wú)鉛銅合金粉末的各項(xiàng)性能指標(biāo)都與傳統(tǒng)銅鉛合金材料相當(dāng)，是一種可替代傳統(tǒng)銅鉛材料的環(huán)保材料，詳細(xì)指標(biāo)參見(jiàn)表I。銅合金性能比較表
權(quán)利要求
1.無(wú)鉛雙金屬潤(rùn)滑材料用銅合金粉末及其制備方法，其特征在于所述材料重量百分比構(gòu)成為銅70-98%、錫2-15%、鎳0-12%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)鉛雙金屬潤(rùn)滑材料用銅合金粉末及其制備方法，其特征在于所述材料重量百分比構(gòu)成為銅82-88%、錫5-8%、鎳8-10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)鉛雙金屬潤(rùn)滑材料用銅合金粉末及其制備方法，其特征在于所述材料重量百分比構(gòu)成為銅89-92%、錫7-9%、鎳O. 5-1. 5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的無(wú)鉛雙金屬潤(rùn)滑材料用銅合金粉末材料，其特征是所述材料的物理特性為①規(guī)格有-100目、-120目、-150目、-180目、-200目，優(yōu)選規(guī)格為-150目；②松裝密度為3.5 5. Og/cm3 ;優(yōu)選松裝密度為3. 8 4. 8g/cm3 ；③流動(dòng)性為<25s/50g ;優(yōu)選流動(dòng)性為< 23s/50g ;最佳流動(dòng)性為< 20s/50g ；④粒度分布0.5% ;15(Tl06Mm 0-20% ;106 75Mm :0-20% ;75 45Mm :5-40% ； <45Mm :45-85% ;優(yōu)選粒度分布為 >150Mm 0% ;15(Tl06Mm ( O. 5% ;106 75Mm :5-15% ； 75 45Mm :10-30% ;〈45Mm :55-75% ；⑤顆粒形狀為球形、亞球形、不規(guī)則形；優(yōu)選顆粒形狀為亞球形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)鉛雙金屬潤(rùn)滑材料用銅合金粉末材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)配料根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述方案的成份進(jìn)行配料；(2)熔煉采用200 300kg容量的中頻感應(yīng)熔煉設(shè)備；先將這些配料按順序加入中頻熔煉爐，調(diào)高熔煉爐功率，使銅、錫、鎳等金屬材料熔化；感應(yīng)爐應(yīng)具有電磁攪拌作用，使銅合金成份更加均勻，雜渣易上浮、去除；熔煉時(shí)，添加木炭或碎玻璃進(jìn)行造渣保護(hù)，保溫時(shí)間為2 10分鐘，銅液溫度控制在1300 1500°C之間；保溫過(guò)程中應(yīng)多次攪拌、扒渣，直至銅液表面潔凈無(wú)浮渣；(3)霧化通過(guò)柱塞泵或多級(jí)泵產(chǎn)生的高壓水對(duì)金屬熔液進(jìn)行霧化，銅液經(jīng)過(guò)高壓水沖擊而細(xì)化并遇水急冷凝固成亞球形或橢圓形粉末；霧化參數(shù)為①噴嘴尺寸為Φ I. 5 3. 5mm ;優(yōu)選方案噴嘴尺寸為Φ 2. O 3. Omm ;②噴嘴個(gè)數(shù)為6 12個(gè)；優(yōu)選方案噴嘴個(gè)數(shù)為8 10個(gè)；③漏嘴尺寸為Φ2. O 6. Omm ;優(yōu)選方案漏嘴尺寸為Φ 3. O 5. 5mm ;④霧化水壓為2. 5 12. OMPa ;優(yōu)選方案霧化水壓為3. O 9. OMPa ；⑤霧化溫度為1300 1500°C ；⑥霧化速度為10 30kg/min;優(yōu)選方案霧化速度為10 20kg/min ；(4)烘干篩分霧化粉漿經(jīng)過(guò)沉積、烘干等工序后，再使用不同目數(shù)的篩網(wǎng)進(jìn)行篩分，篩去粗粉，制成各種目數(shù)規(guī)格的無(wú)鉛銅合金粉末材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)鉛雙金屬潤(rùn)滑材料用銅合金粉末及其制備方法。該粉體按重量百分比的構(gòu)成為銅70-98%、錫2-15%、鎳0-12%；制備方法包括以下步驟(1)配料，(2)熔煉添加木炭或碎玻璃進(jìn)行造渣保護(hù)，保溫時(shí)間2～10分鐘，銅液溫度控制在1300～1500℃之間；保溫過(guò)程中應(yīng)多次攪拌、扒渣；(3)霧化，(4)烘干篩分霧化粉漿通過(guò)沉積、烘干等工序，再篩分，松裝密度為3.5～5.0g/cm3。本發(fā)明通過(guò)調(diào)配銅、錫、鎳的含量，改善了在粉末制取、燒結(jié)等過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品無(wú)鉛化，在汽車軸瓦的制造、使用及廢棄過(guò)程中避免了鉛污染問(wèn)題。使用該銅合金粉體燒結(jié)成的雙金屬軸承材料，性能良好，是替代傳統(tǒng)產(chǎn)品的環(huán)保材料。
文檔編號(hào)B22F9/08GK102586646SQ20121004736
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者駱張國(guó) 申請(qǐng)人:浙江吉利來(lái)新材料有限公司