专利名称：一种新型的铁基自润滑材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种含油润滑材料，特别涉及一种新型的铁基自润滑材料及其制备方法。
背景技术：
润滑材料有4种气体润滑剂、流体(以油为主)、润滑脂(半固态)及固体润滑材料。液态、半固态润滑是传统的润滑方式，也是应用最为广泛的一种润滑方式，但适用的温度范围较窄，在高温作用下承载能力下降、润滑性能衰减，还会造成环境污染等问题。 因此，工况恶劣的场合下，传统的润滑方法已难以满足要求。对于那些长期处于高温、高速、 重载、干摩擦或边界润滑状态下的零部件，减小与控制摩擦与磨损显得尤为必要。固体自润滑材料在性能上极大地突破了传统材料的使用极限，广泛地被应用于电子、生物、航天航空等高科技领域，是润滑领域最具有发展前景的一个方向[18]。粉冶型润滑材料是在金属微粉中加入适量的润滑剂颗粒并经过压制烧结而制成。 它综合了金属基材的机械强度和润滑组元的摩擦学特性，因而有较好的综合性能，也是最常用的固体润滑材料。还可根据是否含油分为自润滑材料和含油润滑材料两类，其使用的工况条件也不同。通常，含油润滑材料用来制作滚动轴承保持架、小型套筒轴承、滑动电触点材料等，由高熔点金属作基材，与含量相当高的固体润滑剂颗粒所组成的复合材料，是具有高的耐热性、很小的摩擦系数和较长的耐磨寿命的自润滑材料。铁是最常用的金属，来源广且成本低，能满足绝大多数使用的场合，但由于在铁基材料中加入了润滑材料，一般使用石墨、二硫化钼、二硫化钨等，使铁基自润滑材料的强度有所降低，一般抗压强度仅在280 420Mpa，从而限制了在某些强度要求较高场合的使用， 本发明是一种新型的铁基自润滑材料，在满足润滑条件下，使材料具有较高的强度。
发明内容
本发明的目的为了解决现有技术中铁基自润滑材料的强度低的问题，而提供一种新型的铁基自润滑材料，在满足润滑条件下，使材料具有较高的强度。本发明的技术方案
本发明的一种新型铁基自润滑材料，其原料由铜粉、锰粉、镍粉、铬粉、铁粉、石墨粉和碳纤维粉组成。其中铁粉为组成基体的材料；加入铜粉，是由于铜的熔点较低，有利于材料的烧结；加入锰粉，是由于锰是促进珠光体的形成元素，使基体产生部分的珠光体；加入镍粉，是由于镍粉可以提高基体材料的高温稳定性；加入铬粉，是由于铬粉能形成碳化物，可以提高基体材料的硬度；加入石墨粉，以起润滑作用，从而促进基体珠光体和碳化物的形成；加入碳纤维粉，可以增强基体的强度，辅助提高材料的润滑性能。其中碳纤维粉是一种新型的纤维材料，它不同于碳纤维材料，因为碳纤维材料长度较长，在与粉状材料混合时，会产生纠结和团絮，在粉状材料中的分散较为困难。而碳纤维粉属粉状材料，容易和粉状材料混合，分散性好，但颗粒的形状保持纤维状的特点，在较小的尺度下对基体不同的部分起到牵拉作用，从而增强基体的强度。一种新型的铁基自润滑材料，其原料组分按重量百分比计算其组成及含量如下 铜粉 5 5. 4%
锰粉m
镍粉3. 8%
铬粉8%
铁粉80%
石墨粉0. 2%
碳纤维粉0. 6 1%
其中所述的铁粉、石墨粉、碳纤维粉、镍粉、锰粉、铜粉及铬粉粒度分别小于200目。上述的一种新型的铁基自润滑材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、混料
将各种原料组分一起加入至混料机或球磨机进行混料；
(2)、压制
将步骤(1)混勻的原料加入钢制的模具中后，通过压杆进行压实成形，压制过程控制压力为250MPa，时间为50秒钟，即得压制成型后的压坯；
(3 )、烧结
将步骤(2 )所得的压制成型后的压坯放入铁制容器中，并向容器中加入灰铸铁铁屑，使压坯完全埋入铁屑中，然后将装有压坯的容器在加热炉进行烧结，烧结过程控制烧结温度 900°C，时间2小时后，随炉冷却至室温，即得到本发明的一种采用粉末冶金方法制作的新型铁基自润滑材料。本发明的技术效果
本发明的一种新型的铁基自润滑材料，材料中加入了碳纤维粉，在保持自润滑材料的低摩擦性能的同时，由于碳纤维粉是极短的一种纤维，在铁基自润滑材料受力时，在小尺度范围内的牵拉作用，使铁基自润滑材料的抗压强度提高，按国标GB/T 4740-1999规定测定，其抗压强度位480 520MPa，相对于没有加入碳纤维粉的铁基自润滑材料，其强度提高了 9. 5 24%。
图1、含碳纤维金相显微结构图(200倍) 图2、含石墨粉金相显微结构图(200倍)。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。本发明所用的混料机或球磨机的型号PMQW10L，上海精密仪器仪表有限公司； 本发明所用的钢制的模具，由模具筒体、压杆及垫块组成，所述的模具筒体为内部空心
的，所述的压杆形状与模具筒体的内部空心形状相适应，将压杆的一端插入到模具筒体一端的内部空心中，筒体的另一端放置垫块，将压杆另一端加压后以实现对放入模具筒体中的原料进行压实成形。本发明所用的显微镜型号102XB-PC，上海永亨光学仪器制造有限公司。本发明实施例所用的铁粉、石墨粉、碳纤维粉、镍粉、锰粉、铜粉及铬粉的规格如下
所用的铁粉，含铁量为98.0%，粒度小于200目； 所用的石墨粉，废电极破碎而成，粒度小于200目； 所用的碳纤维粉，含碳量为85.0%，粒度小于200目； 所用的镍粉，含镍量为99. 5%，粒度小于200目； 所用的锰粉，含锰量为99. 5%，粒度小于200目； 所用的铜粉，含铜量为99. 7%，粒度小于200目； 所用的铬粉，含铬量为99. 95%，粒度小于200目。实施例1
一种新型的铁基自润滑材料，其原料组分按重量百分比计算其组成及含量如下
铜粉5%
锰粉m
镍粉3.8%
铬粉8%
铁粉80%
石墨粉0. 2% 碳纤维粉 1%
上述的一种新型的铁基自润滑材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、混料
将各原料组分一起加入至混料机或球磨机进行混料，混料时间10分钟；
(2)、压制
将步骤(1)混勻的原料加入至钢制的模具中后，通过压杆进行压实成形，压制过程控制压力250MPa，时间50秒钟，即得压制成型后的压坯；
(3 )、烧结
将步骤(2 )所得的压制成型后的压坯放入铁制容器中，并向容器中加入灰铸铁铁屑，使压坯完全埋入铁屑中，然后将装有压坯的容器在加热炉进行烧结，烧结过程控制烧结温度 900°C，时间2小时后，随炉冷却至室温，即得到本发明的一种采用粉末冶金方法制作的新型铁基自润滑材料。所得的新型铁基自润滑材料的含碳纤维金相显微结构图见图1，从图1中可以看出碳纤维粉在材料中均勻分布，无方向性，因此材料具有较好的组织和性能。另外，按国标 GB/T 4740-1999规定测定，试样的抗压强度480MPa。实施例2
一种新型的铁基自润滑材料，其原料组分按重量百分比计算其组成及含量如下 铜粉5.4%
锰粉1镍粉3.8%
铬粉8%
铁粉80%
石墨粉0. 2%
碳纤维粉0. 6/%。上述的一种新型的铁基自润滑材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、混料
将各原料组分一起加入至混料机或球磨机进行混料，混料时间10分钟；
(2)、压制
将步骤(1)混勻的原料加入至钢制的模具中后，通过压杆进行压实成形，压制过程控制压力250MPa，时间50秒钟，即得压制成型后的压坯；
(3 )、烧结
将步骤(2 )所得的压制成型后的压坯放入铁制容器中，并向容器中加入灰铸铁铁屑，使压坯完全埋入铁屑中，然后将装有压坯的容器在加热炉中进行烧结，烧结过程控制烧结温度900°C，时间2小时后，随炉冷却至室温，即得到本发明的一种采用粉末冶金方法制作的新型铁基自润滑材料。所得的新型铁基自润滑材料按国标GB/T 4740-1999规定测定，试样的抗压强度 520MPao对比实施例1
一种的铁基自润滑材料，其原料组分按重量百分比计算其组成及含量如下
铜粉5%
锰粉m
镍粉4%
铬粉8%
铁粉80%
石墨粉1%
上述的一种铁基自润滑材料的制备方法，包括如下步骤
(1)、混料
将各原料组分一起加入至混料机或球磨机进行混料，混料时间10分钟；
(2)、压制
将步骤(1)混勻的原料加入至钢制的模具中后，通过压杆进行压实成形，压制过程控制压力为250MPa，时间为50秒钟，即得压制成型后的压坯；
(3 )、烧结
将步骤(2 )所得的压制成型后的压坯放入铁制容器中，并向容器中加入灰铸铁铁屑，使压坯完全埋入铁屑中，然后将装有压坯的容器在加热炉中进行烧结，烧结过程控制烧结温度900°C，时间2小时后，随炉冷却至室温，即得到本发明的一种采用粉末冶金方法制作的铁基自润滑材料。 所得的铁基自润滑材料的含石墨粉金相显微结构图见图2，从图2中可以看出材料中的石墨均勻分布，由于石墨的强度很小，在金属的组织中类似于孔洞，因此降低了材料的强度。另外，按国标GB/T 4740-1999规定测定，试样的抗压强度420MPa。通过上述的实施例1、实施例2及对比实施例1可以看出，原料中加入了碳纤维粉的铁基自润滑材料，其抗压强度比不加入碳纤维粉的铁基自润滑材料提高了 9. 5 对％。以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种新型的铁基自润滑材料，其特征在于其原料组分按重量百分比计算其组成及含量如下铜粉5 5.锰粉2%镍粉3. 8%铬粉8%铁粉80%石墨粉0. 2%碳纤维粉0. 6 -其中所述的铁粉、石墨粉、碳纤维粉、镍粉、锰粉、铜粉及铬粉粒度分别小于200目。
2.如权利要求1所述的一种新型的铁基自润滑材料，其特征在于其原料组分按重量百分比计算其组成及含量如下铜粉5%锰粉m镍粉3.8%铬粉8%铁粉80%石墨粉0. 2%碳纤维粉1%。
3.如权利要求1所述的一种新型的铁基自润滑材料，其特征在于其原料组分按重量百分比计算其组成及含量如下铜粉5.4%锰粉m镍粉3.8%铬粉8%铁粉80%石墨粉0. 2%碳纤维粉0. 6/%。
4.如权利要求1、2或3任一权利要求所述的一种新型的铁基自润滑材料的制备方法， 其特征在于包括如下步骤(1 )、将各种原料组分一起加入至混料机或球磨机进行混料； (2)、压制将步骤(1)混勻的原料加入钢模模具中进行压制，压制过程控制压力为250MPa，时间为50秒钟，即得压制成型后的压坯；(3 )、烧结将步骤(2)所得的压制成型后的压坯放入铁制容器中，并向容器中加入灰铸铁铁屑，使压坯完全埋入铁屑中，然后将装有压坯的容器在加热炉中进行烧结，烧结过程控制烧结温度900°C，时间2小时后，随炉冷却至室温，即得到本发明的一种采用粉末冶金方法制作的新型铁基自润滑材料；所述的灰铸铁铁屑粒径为1 5毫米。
全文摘要
本发明公开了一种新型的铁基自润滑材料及其制备方法，所述的铁基自润滑材料，其原料组分按重量百分比计算由5~5.4%的铜粉、2%的锰粉、3.8%的镍粉、8%的铬粉、80%的铁粉、0.2%的石墨粉和0.6~1%的碳纤维粉。其制备方法即将各种原料组分一起加入至混料机或球磨机进行混料，混料均匀后将原料加入钢模模具中进行压制，压制过程控制压力250MPa，时间50秒后进行烧结，烧结过程控制烧结温度900℃，时间2小时后随炉冷却至室温，即得到本发明的一种采用粉末冶金方法制作的新型铁基自润滑材料。本发明的一种新型的铁基自润滑材料，在保持自润滑材料的低摩擦性能的同时,其材料的抗压强度提高了9.5～24%。
文档编号B22F3/16GK102383056SQ201110287350
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者孙亚琴, 潘嘉祺, 陈麒忠 申请人:上海应用技术学院