专利名称：无铅双金属轴承材料用铜合金粉末及其制备方法
技术领域：
本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种无铅双金属润滑材料用铜合金粉末及其制备方法。
背景技术：
本发明的产品用途是以低碳钢钢板为基体、表面松装烧结铜合金粉末、经致密轧制而成的铜合金-钢双金属润滑材料，主要用于制造汽车轴承、侧板、止推片等。传统烧结制造铜-钢双金属润滑材料用铜合金粉，如CuI^blOSnlO、CuPb24Sn, Ci^bMSM等牌号的铜铅合金粉末，都含有大比例的铅。因铅及其化合物对人体有害，2006 年7月欧盟实施了 RoHS指令，要求投入市场的电子和电气设备不得含有铅等有害物质。长期以来，由于铅在生产、电镀过程中的污染以及轴瓦废弃后的二次污染问题，对环境造成了巨大的危害，这个问题已越来越引起国内、外滑动轴承行业的关注。我国开发无铅铜基自润滑材料的呼声日益高涨，寻找一种无铅新材料来替代传统材料已成为必然趋势。中国发明专利CN1014^343 A公布了一种新型铜合金粉末，其配方组成按照重量百分比为铋1_15%、锡0. 5-10%、锌0. 3-15%，其余为铜，该专利将锌作为一种主要添加成份，锌含量较高。中国发明专利CN101696477 B中公布了一种无铅铜基合金粉末材料，其成分范围为Cu93-94%、Sn6-7%、P0. 1-0. 4%。专利CN101696478 B中公布了一种无铅铜基合金粉末材料，其成分范围为Cu87-89%、Sn5-7%、ai5-7%。在熔炼、雾化及烧结等制造环节中，因锌和磷受热极易发生氧化、气化或挥发，这三种专利产品都造成空气污染，恶化工作环境， 是用另一种污染替代了铅污染，亟待改进。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种无铅双金属轴承材料用铜合金粉末及其制备方法，在配比成分中不含有害物质铅，在制造、使用过程中也不产生其他污染。为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下
无铅双金属轴承材料用铜合金粉末材料重量百分比构成为 铜 77-96%、锡 5-15%、铋 1-8%、锌 <0. 3%、磷 <0. 1%、铅 <0. 1%。作为优选，所述铜合金粉末材料重量百分比构成为铜84-89%、锡8-12%、铋 2. 5-3. 5%、锌 <0. 3%、磷 <0. 05%、铅 <0. 1%。无铅双金属轴承材料用铜合金粉末材料，其特征是所述材料的物理性能为
①规格为-100目、-120目、-150目、-180目、-200目，优选规格为-150目；
②松装密度为3.5 5. 0 g/cm3 ；优选松装密度为3. 8 4. 8g/cm3 ；
③流动性为<25s/50g ；优选流动性为< 23s/50g ；最佳流动性为< 20s/50g ；
④粒度分布>150Mm:0. 5% ； 150 106Mm :0-20% ； 106 75Mm :0-20% ；75 45Mm :5-40% ； <45Mm :45-85% ；优选粒度分布为 >150Mm :0% ;15(Tl06Mm 彡 0. 5% ； 106 75Mm :5-15% ；75 45Mm :10-30% ； <45Mm :55-75% ；
⑤颗粒形状为球形、亚球形、不规则形。优选颗粒形状为亚球形。上述无铅双金属轴承材料用铜合金粉末材料的制备方法包括以下具体步骤 (1)配料按照上述成份配料，严格控制原料中的锌、磷、铅含量。(2)熔炼采用200 300kg容量的中频感应熔炼设备。先将这些配料按顺序加入中频熔炼炉，调高熔炼炉功率，使铜、锡、铋等金属材料熔化。感应炉具有电磁搅拌作用， 使铜合金成份更加均勻，杂渣易上浮、去除。熔炼时，添加木炭或碎玻璃进行造渣保护，保温时间为2 10分钟，铜液温度控制在1300 1500°C之间。保温过程中应多次搅拌、扒渣， 直至铜液表面洁净无浮渣。(3)雾化通过柱塞泵或多级泵产生的高压水流对金属熔液进行雾化，铜液经过高压水冲击而细化，并遇水急冷，凝固成亚球形或椭圆形粉末。雾化参数为
①喷嘴尺寸为φ1. 5 3. 5mm ；优选方案喷嘴尺寸为Φ 2. 0 3. Omm ；
②喷嘴个数为6 12个；优选方案喷嘴个数为8 10个；
③漏嘴尺寸为Φ2. 0 6. Omm ；优选方案漏嘴尺寸为Φ 3. 0 5. 5mm ；
④雾化水压为2.5 12. OMPa ；优选方案雾化水压为3. 0 9. OMPa ；
⑤雾化温度为1300 1500°C；
⑥雾化速度为10 30kg/min；优选方案雾化速度为10 20kg/min。(4)烘干筛分雾化粉浆通过沉积、烘干等工序，再通过使用不同目数的筛网进行筛分，筛去粗粉，制成各种目数规格的无铅铜合金粉末材料。本发明通过选择新型铜合金元素，特别设计了铜合金的成份范围，并采用了以上制备技术方案，从而实现了滑动轴承用铜合金粉末材料无铅化。本发明的铜合金粉末材料主要用于制造汽车轴承、侧板、止推片等。因不含锌、磷等易挥发元素，改善了在粉末熔炼雾化、烧结等过程中对环境的影响。该材料因不含铅，在汽车轴瓦制造、使用及废弃的过程中都避免了铅对环境的污染问题。使用该无铅铜合金粉体烧结成的铜合金-钢双金属轴承材料，其性能与传统的铜铅合金材料相当，是一种替代传统铜铅材料的新型环保材料。
图1为实施例1的颗粒形貌图； 图2为实施例3的颗粒形貌图。
具体实施例方式以下通过实施例来说明本发明，但本发明不局限于这些实施例。实施例1
铜合金粉末牌号为CuSnlOBi3。(1)配料按照Cu86. 6%, SnlO. l%、Bi3. 2%的重量百分比成份进行配料，合计重量 250kg。严格控制原料中的锌、磷、铅含量。(2)熔炼将配料按顺序加入中频熔炼炉，调高熔炼炉功率，使铜、锡、铋金属材料熔化。感应炉具有电磁搅拌作用，使各元素更加分布均勻，杂渣易上浮、去除。熔炼时，添加木炭或碎玻璃进行造渣，保温时间为4分钟，铜液温度控制在1460°C。铜液表面经多次搅拌、扒渣，直至洁净无浮渣。(3)雾化通过柱塞泵或多级泵产生的高压水对金属熔液进行雾化，雾化参数为
①喷嘴尺寸为Φ2.0mm;
②喷嘴个数为8个；
③漏嘴尺寸为Φ4.0mm;
④雾化水压为6.5 MPa ；
⑤雾化温度为1460°C；
⑥雾化速度为18kg/min。(4)烘干筛分雾化粉浆通过沉积、烘干等工序，再通过使用150目筛网进行筛分， 筛去粗粉，制成-150目规格的无铅铜合金粉末材料。结果见表1。实施例2
铜合金粉末牌号为CuSnlOBi3。(1)配料按照Cu86. 5%、SnlO. 5%、Bi3%的成份进行配料，合计重量^Okg。(2)熔炼将这些配料按顺序加入中频感应熔炼炉，熔炼时，添加木炭进行造渣保护，保温时间为6分钟，铜液温度为1480°C。经多次搅拌、扒渣，铜液表面洁净无浮渣。(3)雾化通过高压水对金属熔液进行雾化，雾化参数为
①喷嘴尺寸为Φ2.5 mm;
②喷嘴个数为10个；
③漏嘴尺寸为Φ3.5mm;
④雾化水压为4.5 MPa ；
⑤雾化温度为1480°C；
⑥雾化速度为16kg/min。(4)烘干筛分雾化粉浆通过沉积、烘干等工序，再通过150目筛网，筛去粗粉，制成-150目规格的无铅铜合金粉末材料。结果见表1。实施例3
铜合金粉末牌号为CuSn8Bi5。(1)配料按照Cu86. 8%、Sn8. 2%、Β 5 %的重量百分比成份进行配料，合计重量 200kgo(2)熔炼将这些配料按顺序加入中频感应熔炼炉，熔炼时，添加碎玻璃进行造渣保护，保温时间为5分钟，铜液温度为1480°C。经多次搅拌、扒渣，铜液表面洁净无浮渣。(3)雾化通过高压水对金属熔液进行雾化，雾化参数为
①喷嘴尺寸为Φ2.0mm;
②喷嘴个数为10个；
③漏嘴尺寸为Φ3.5mm;
④雾化水压为4.8 MPa ；
⑤雾化温度为1480°C；
⑥雾化速度为18kg/min。
(4)烘干筛分雾化粉浆经过沉积、烘干等工序后，再通过150目筛网，筛去粗粉， 制成-150目规格的无铅铜合金粉末材料。结果见表1。比较例1
作为比较例，选用牌号为Ci^blOSnlO的传统铜铅合金粉末材料，制备方法如实施例2。表1显示本发明实施例的无铅滑动轴承用铜合金粉末的特性与传统铜铅合金粉末的对照。通过比较可以看出，本发明无铅铜合金粉末的各项性能指标都与传统铜铅合金材料相当，是一种替代传统铜铅材料的新型环保材料。铜合金性能比较表
表权利要求
1.无铅双金属轴承材料用铜合金粉末及其制备方法，其特征在于所述材料重量百分比构成为铜 77-96%、锡 5-15%、铋 1-8%、锌 <0. 3%、磷 <0. 1%、铅 <0. 1%。
2.根据权利要求1所述的无铅双金属润滑材料用铜合金粉末及其制备方法，其特征在于所述材料重量百分比构成为铜84-89%、锡8-12%、铋2. 5-3. 5%、锌<0. 3%、磷<0. 05%、铅 <0. 1%。
3.根据权利要求1或2所述的无铅双金属润滑材料用铜合金粉末材料，其特征是所述材料的物理特性为①规格有-100目、-120目、-150目、-180目、-200目，优选规格为-150目；②松装密度为3.5 5. Og/cm3 ；优选松装密度为3. 8 4. 8g/cm3 ；③流动性为<25s/50g ；优选流动性为< 23s/50g ；最佳流动性为< 20s/50g ；④粒度分布>150Mm:0. 5% ； 150 106Mm :0-20% ； 106 75Mm :0-20% ；75 45Mm :5-40% ； <45Mm :45-85% ；优选粒度分布为 >150Mm :0% ;15(Tl06Mm 彡 0. 5% ； 106 75Mm :5-15% ；75 45Mm :10-30% ； <45Mm :55-75% ；⑤颗粒形状为球形、亚球形、不规则形；优选颗粒形状为亚球形。
4.根据权利要求3所述的无铅双金属轴承材料用铜合金粉末材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)配料根据权利要求1或2所述方案的成份进行配料，严格控制原料中的含锌、磷、铅含量；(2)熔炼采用200 300kg容量的中频感应熔炼设备；先将这些配料按顺序加入中频熔炼炉，调高熔炼炉功率，使铜、锡、铋等金属材料熔化；感应炉应具有电磁搅拌作用，使铜合金成份更加均勻，杂渣易上浮、去除；熔炼时，添加木炭或碎玻璃进行造渣保护，保温时间为2 10分钟，铜液温度控制在1300 1500°C之间；保温过程中应多次搅拌、扒渣，直至铜液表面洁净无浮渣；(3)雾化通过柱塞泵或多级泵产生的高压水流对金属熔液进行雾化，铜液经过高压水冲击而细化，并遇水急冷，凝固成亚球形或椭圆形粉末；雾化参数为①喷嘴尺寸为Φ 1. 5 3. 5mm ；优选方案喷嘴尺寸为Φ 2. O Φ 3. Omm ；②喷嘴个数为6 12个；优选方案喷嘴个数为8 10个；③漏嘴尺寸为Φ2. O 6. Omm ；优选方案漏嘴尺寸为Φ 3. O 5. 5mm ；④雾化水压为2.5 12. OMPa ；优选方案雾化水压为3. O 9. OMPa ；⑤雾化温度为1300 1500°C；⑥雾化速度为10 30kg/min ；优选方案雾化速度为10 20kg/min ；(4)烘干筛分雾化粉浆经过沉积、烘干等工序后，再使用不同目数的筛网进行筛分，筛去粗粉，制成各种目数规格的无铅铜合金粉末材料。
全文摘要
本发明涉及无铅双金属轴承材料用铜合金粉末及其制备方法。该粉体按重量百分比的构成为铜77-96%、锡5-15%、铋1-8%、锌<0.3%、磷<0.1%、铅<0.1%；制备方法包括以下步骤(1)配料，(2)熔炼添加木炭或碎玻璃进行造渣保护，保温时间2～10分钟，铜液温度控制在1300～1500℃之间；保温过程中应多次搅拌、扒渣；(3)雾化，(4)烘干筛分雾化粉浆通过沉积、烘干等工序，再筛分，松装密度为3.5～5.0g/cm3。本发明通过严格控制磷及锌含量，改善了在粉末制取、烧结等过程中对环境的影响，在汽车轴瓦的制造、使用及废弃过程中避免了铅污染问题。使用该铜合金粉体烧结成的双金属轴承材料，性能良好，是替代传统产品的环保材料。
文档编号B22F9/08GK102528018SQ20121004737
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者骆张国 申请人:浙江吉利来新材料有限公司