一种含磷锡镍的无铅铜基轴承（轴瓦）材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种属于滑动轴承领域的新型无铅铜基轴承（轴瓦）材料。

背景技术：

含铅铜基滑动轴承（轴瓦）材料具有较好的减摩、抗粘着等特性以及具有承载能力大、疲劳强度高等特性，在高承载滑动轴承（轴瓦）领域得到广泛应用。然而铅是一种有毒有害元素，铜铅合金轴承（轴瓦）材料的应用已受限制。各种无铅铜基轴承（轴瓦）材料开始替代传统铜铅合金轴承（轴瓦）材料，包括浙江双飞无油轴承股份有限公司和嘉善双飞润滑材料有限公司（发明专利CN 102977975 B）成功的用无毒低熔点金属元素铋来取代铅。上海工程技术大学和上海核威实业有限公司申请的发明专利CN 104647827 A 阐述了用无铅的锡镍铜合金来替代含铅铜基滑动轴承（轴瓦）材料。 德国联合莫古尔威斯巴登有限公司申请的发明专利CN 106163706 A用加有碲添加剂的硅镍铜合金来制备一种无铅铜基滑动轴承（轴瓦）材料。目前已经发展的无铅铜基滑动轴承（轴瓦）材料来代替含铅铜基滑动轴承材料在衬套中的应用已有不少成功案例，但其性能包括合金强度和摩擦磨损特性都有待进一步提高，微量元素的添加和变化以及工艺改善是提高材料强度的一种可靠途径。有试验数据表明，添加了少量磷的材料结晶结果与不含磷的不同。图1显示了添加0.1%磷对镍锡铜合金晶粒细化的效果。该材料的摩擦磨损性能也因此有改善。含磷合金摩擦因数（0.086）及磨损量（0.005mm）均低于无磷合金摩擦因数（0.116）及磨损量（0.008mm）。

技术实现要素：

本发明用一种新的无铅铜基轴承（轴瓦）材料，该铜合金配方按重量百分比为：Cu 79-99%铜, Sn 0.5-10%锡, Ni 0.5-10%镍, P 0.01-0.5%，其它微量元素和杂质含量总合不超过0.5%，使之提高合金密度和结合强度，进一步改善了摩擦磨损性能。

本发明确定了一种合金铜粉颗粒的选择方法。+140目含量≤0.5%；-140~+200目含量1~25%；-200~+325目含量5~50%；-325目含量10~80%。

本发明确定了一种带料自动线制作方法，提高了带料的精度。由一般材料的厚度公差0.04mm，提高到0.02mm。

附图说明

图1是添加了0.1%磷的镍锡铜合金(CuNi2SnP0.1)的金相图。

图2是无磷镍锡铜合金(CuNi2Sn)的金相图。

具体实施方式

下面采用实例来帮助阐述本发明，但本发明不受其限制。应理解为在阅读本发明内容之后，本领域技术人员对本发明的各种改动都在权利要求书限制范围内。

实施例1。

实施目的：制备总厚度3.0mm、宽度260mm、长度300000mm、铜合金层厚度0.6mm的含磷锡镍无铅铜基轴承（轴瓦）材料。

实施步骤：（1）钢板预处理：选用碳含量不大于0.24wt%、牌号为37-2G、壁厚为2.6mm，长度为288000mm的碳素钢卷带，除油处理，并用砂带对钢板的一个表面进行打磨毛化处理；（2）铺粉：将铜合金粉末均匀地铺在钢板经毛化处理的表面上，铺粉厚度1.2mm，铜合金粉末的组成配方为： 铜94.5wt%, 锡1.0wt%, 镍4.0wt%, 磷0.10wt%，其它杂质含量总和0.40%；铜合金粉末的颗粒直径分布为：+100目含量为0%，-100~+140目含量为0.3%，-140~+200目含量为15%，-200~+325目含量为30%，-325目含量为54.7%；（3）初烧冷却：将铺有铜合金粉末的钢板在氢氮混合保护气氛下进行烧结并冷却，混合气中氢气体积占比为30%，氮气体积占比为70%；烧结温度920℃，烧结时间为30分钟；（4）初轧：将初烧后的材料在冷轧机上轧制至厚度2.75mm，轧制精度为±0.02mm；（5）复烧冷却：将初轧后的材料在氢氮混合保护气氛下进行再次烧结并冷却，混合气体中氢气体积占比为30%，氮气体积占比为70%；烧结温度950℃，烧结时间为30分钟；（6）精轧：将复烧后的材料在冷轧机上进行轧制，轧制后厚度为2.7±0.01mm，即得到所要求无铅铜基双金属复合材料。

经检测，所制备材料的铜合金层的密度为8.80g/cm³，相对密度为98.5%，铜合金层金相组织中空穴最大尺寸为0.01mm，端磨实验所得摩擦因数为0.086，磨损量为0.005mm。而对比试验显示现有CuPb24Sn1轴瓦材料铜合金层的密度为9.12 g/cm³，相对密度为97.0%，摩擦因数为0.097，磨损量为0.006mm。说明本发明所制备的该无铅铜基复合材料性能优于CuPb24Sn1轴瓦材料。

实施例2。

实施目的：制备总厚度2.7mm、宽度260mm、长度350000mm、铜合金层厚度0.5mm的无铅铜基双金属复合材料（卷带）。

实施步骤：（1）钢板预处理：选用碳含量不大于0.24wt%、牌号为37-2G、壁厚为2.4mm、长度为336000mm的碳素钢卷带，除油处理，并用砂带对钢板的一个表面进行打磨毛化处理；（2）铺粉：将铜合金粉末均匀地铺在钢板经毛化处理的表面上，铺粉厚度1.0mm，铜合金粉末的组成配方为：铜95.5wt%, 锡2.0wt%, 镍2.0wt%, 磷0.10wt%，其它杂质含量总和0.4%，铜合金粉末的颗粒直径分布为：+100目含量为0%，-100~+140目含量为0.3%，-140~+200目含量为12%，-200~+325目含量为28%，-325目含量为59.7%；（3）初烧冷却：将铺有铜合金粉末的钢板在氢氮混合保护气氛下进行烧结并冷却，混合气中氢气体积占比为30%，氮气体积占比为70%；烧结温度990℃，烧结时间为30分钟。（4）初轧：将初烧后的材料在冷轧机上轧制至厚度2.75mm，轧制精度为±0.02mm；（5）复烧冷却：将初轧后的材料在氢氮混合保护气氛下进行再次烧结并冷却，混合气体中氢气体积占比为30%，氮气体积占比为70%；烧结温度1010℃，烧结时间为30分钟；（6）精轧：将复烧后的材料在冷轧机上进行轧制，轧制后厚度为2.7±0.02mm，即得到所要求无铅铜基双金属复合材料。

经检测，所制备材料的铜合金层的密度为8.84g/cm³，相对密度为99.1%，铜合金层金相组织中空穴最大尺寸为0.01mm，端磨实验所得摩擦因数为0.094，磨损量为0.004mm。而对比试验显示现有CuPb24Sn1轴瓦材料铜合金层的密度为9.12 g/cm³，相对密度为97.0%，摩擦因数为0.097，磨损量为0.006mm。又说明本发明所制备的该无铅铜基复合材料性能优于CuPb24Sn1轴瓦材料。