专利名称：：耐热耐磨自润滑材料及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及粉末冶金材料及其制造方法。主要适用于冶金、机械、化工等部门制作耐热耐磨自润滑的大尺寸零部件。现有的自润滑材料多为铁基的，由于成本低廉，故应用广泛。传统的铁基自润滑材料有两种一是浸油式的，基体有一定的孔隙度，靠油膜润滑，其强度和使用温度都较低;二是非浸油式的，通常要加入一定量的低熔点金属，而合金元素和固体润滑剂的加入量有限，加上采用一般的烧结工艺制成，故存在一定的孔隙度，致使使用温度低，润滑性和耐磨性不令人满意，热强性也较差(昭58-133346A、昭58-133347A)。本发明的目的在于提供一种热强性高，并具有高耐磨性和低摩擦系数的全致密自润滑材料及其制造方法。其主要技术方案是在材料的成分设计上，除以铁为主要成分外，一是加入锰、铬、钴合金元素，提高热强性和耐磨性，二是加入石墨、二硫化钼(或二硫化钨)，降低摩擦系数，三是加入青铜、共晶磷铁，提高耐磨性，降低烧结温度;在制造方法上，采用电火花烧结或热压烧结，可得到孔隙度极低的全致密的烧结材料。本发明自润滑材料的化学成分(重量%)为青铜或铜中任一种5～30%，钴2～5%，锰2.0～7.0%，铬1.0～3.0%，共晶磷铁(Fe3P或Pe2P)3～6%，石墨3～15%，二硫化钼或二硫化钨中任一种2～5%，其余为铁。其中青铜的化学成分(重量%)为锡5～7%，锌5～7%，铅2～4%余为铜。本发明自润滑材料的主要成分为铁，采用-200目的还原铁粉或雾化铁粉。铁在烧结过程中，可和石墨碳素形成珠光体，珠光体为基体相，有良好的耐磨性。锰和铬可强化铁素体，并产生少量的合金渗碳体，达到复合强化基体相的目的，有效地提高了材料的热强性和耐磨性。锰和铬可以以锰铁和铬铁的形式加入，粉碎后，过200目筛。所加入的钴采用微米级的钴粉，钴在烧结时可与铁完全固溶，使材料的热强性大大提高。所加入的青铜采用-200目的雾化粉末，而铜采用-300目的电解粉末，它们可提高材料的导热性和耐磨性，降低材料的烧结温度，使材料易于致密化。材料中的共晶磷铁，以Fe3P或Fe2P形式存在，目的是提高材料的耐磨性，而又不至于研磨对偶金属。它是将共晶态的磷铁合金经粉碎后，过200目筛使用。本发明的自润滑材料中，石墨和二硫化钼(或二硫化钨)是两种固体润滑剂。石墨采用-300目的化学纯粉剂。石墨在450～500℃时，摩擦系数较低，和对偶金属有很大的分子结合力，减磨性不随摩擦方向的变化而变化，热稳定性和化学稳定性较高，特别适用于500℃温度以下工作。二硫化钼(或二硫化钨)粉剂，粒度细小，与对偶金属亲合力很强，在烧结中，有少量分解，分解的钼(或钨)可强化基体相，而硫和铁形成硫化铁，它具有很好的润滑性。本发明所述的自润滑材料采用粉末冶金工艺制成。合金中各组份均采用粉末，按其化学成分范围配料后，充分混合均匀，然后装模，随之烧结成形。烧结工艺采用电火花烧结或热压烧结。电火花烧结分两个阶段进行第一阶段为轻压跟踪-放电活化阶段，轻压跟踪压力为1-3MPa，温度从室温至600℃，时间5～10分钟;第二阶段为重压成形-热塑变致密化阶段，重压成形压力为23～28MPa，温度600～1050℃，时间3～6分钟;停电后继续保压2～3分钟，以利于合金元素的充分扩散。采用热压烧结工艺时，感应加热和直接通电加热均可。所施加的压力分初压和二次加压，初压压力6～8MPa，温度600～800℃时间10～15分钟，二次加压压力为15～25MPa，温度800～1100℃，时间20-30分钟，停电后继续保压3～5分钟。电火花烧结和热压烧结均在大气中进行。与传统的铁基自润滑材料相比，根据本发明的化学成分和制造方法所制得自润滑材料，组织致密，几乎无孔隙，同时，基体相被锰、铬、钴元素大幅度地强化，大大地提高了材料的耐磨性和热强性，同时，共晶磷铁和固体润滑剂均匀地分布在基体中，进一步提高了材料的耐磨性，并使材料的减摩性得到了保证。该自润滑材料与对偶金属(如钢质材料)干摩擦时，可在对偶金属的表面上形成一层很薄的转移润滑层，与对偶金属组成良好的自润滑摩擦副。可在500℃温度以下长期工作。本发明的自润滑材料，具有优异的物理性能和机械性能;密度为5.5～7.0g/cm3;硬度HB190～270;抗压强度690～890MPa;与钢的干摩擦系数，室温下为0.05～0.1，480℃温度下为0.05～0.12。实施例根据本发明所述的化学成分和制造方法，制备了四批自润滑材料。按化学成分和粒度要求配料(所有料均为粉剂)后，分别在混料机中混料，充分混合均匀后，分别装模，第1、2批号采用电火花烧结，第3、4批号采用热压烧结。四个批号的化学成分如表1所示，电火花烧结和热压烧结的工艺参数分别于表2和表3所示，表4列出了最终产品的性能。表1实施例的化学成分(重量%)</tables>表1中，青铜的化学组成(重量%)为批号1中锡6.1%，锌5.9%，铅3.2%，余为铜;批号2中锡6.4%，锌5.5%，铅2.5%，余为铜。表2实施例电火花烧结工艺参数</tables>权利要求1.一种耐热耐磨自润滑材料，其特征在于化学成分(重量%)为青铜或铜中任一种5～30%，钴2～5%，锰2.0～7.0%，铬1.0～3.0%，共晶磷铁(Fe3P或Fe2P)3～6%，石墨3～15%，二硫化钼或二硫化钨中任一种2～5%，其余为铁。2.一种权利要求1所述的自润滑材料的制造方法，采用粉末冶金工艺，各组份的粉末经配料和充分混合均匀后装模，随之烧结，其特征在于烧结工艺采用电火花烧结或热压烧结电火花烧结分两个阶段，第一阶段为轻压跟踪一放电活化阶段，第二阶段为重压成形-热塑变致密化阶段;烧结温度≤1050℃;热压烧结分初压和二次加压两个阶段，烧结温度≤1100℃。3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于电火花烧结第一阶段的工艺参数为压力1～3MPa，时间5～10分钟，温度从室温至600℃;第二阶段的工艺参数为压力23～28MPa，时间3～6分钟，温度600～1050℃;停电后保压2～3分钟。4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于热压烧结的初压压力为6～8MPa，温度600～800℃，时间10～15分钟;二次加压压力为15～25MPa，温度为800～1100℃，烧结时间20～30分钟;停电后保压3～5分钟。全文摘要本发明为耐热耐磨自润滑材料及其制造方法。其特征是以铁为主要成分，基体相为珠光体，加入了锰、铬、钴元素，提高材料的热强性和耐磨性，同时加入了石墨、二硫化钼、青铜和共晶磷铁等，提高耐磨性和降低摩擦系数。在制造方法上，采用电火花烧结或热压烧结。材料组织致密，本发明材料具有优异的物理性能和机械性能，可在500℃温度以下长期工作。主要用于制作冶金、机械、化工等部门在高温下工作的大尺寸自润滑轴承等零部件。文档编号B22F3/12GK1055397SQ9110225公开日1991年10月16日申请日期1991年4月12日优先权日1991年4月12日发明者罗锡裕,杨凤环,谭益钦,杨钢,田淑岩申请人:冶金工业部钢铁研究总院