本发明涉及无铅铜基滑动轴承材料领域，具体说是一种多润滑组元铜基双金属轴承材料及其制作方法。
背景技术：
：二硫化钼与石墨都是良好的固体润滑剂。石墨的晶体结构决定了其在结晶表面上具有很强的吸附能力，同时还能吸附空气中的水分，形成一层石墨水膜，和氧化膜一起形成润滑膜，具有良好的润滑作用。但石墨的润滑作用受吸附气体支配，当吸附气体消失，润滑作用丧失，即石墨的润滑作用在真空中消失。与之相比，二硫化钼在真空状态下仍具有摩擦系数小、热稳定性好、屈服强度高和抗辐射等优良性能，石墨与二硫化钼组合使用，存在良好的协同润滑作用。无毒低熔点金属元素铋与铅相近，和铜、铝不互溶，以游离态形式存在于铜、铝合金中，对合金基体影响较小，摩擦过程中因摩擦热引起的铋熔化而在摩擦表面形成具有抗粘、减摩作用的膜，从而改善复合材料的摩擦磨损性能。但是石墨与铜基体润湿性差，界面结合质量差，界面结合处存在孔隙，割裂基体较为严重，削弱材料的机械性能和摩擦学性能；二硫化钼在高温烧结时容易氧化和分解，产生硫化物削弱材料的机械性能。将元素铋引入到铜基轴承材料中也可以起到减摩、抗粘着作用，然而铋的硬度比铅略高，延展性能也比铅稍差，因而使其减摩、抗粘着性能比铅弱，同时由于低熔点组元铋易于呈薄片状分布于铜合金基体晶界处，铋含量较高时，较多脆性相的聚集易使其直接从基体中脱落，而降低铋的减摩、抗粘着作用，因此铋含量受到一定约束。技术实现要素：本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种减摩铜基双金属轴承材料及其制作方法。本发明为解决技术问题，采用以下技术方案：本发明公开了一种减摩铜基双金属轴承材料，其特点在于：是以钢板为基体，在钢板表面形成有铜基合金减摩层；所述铜基合金减摩层的各原料按质量百分比的构成为：镍1～3％、锡5～10％、铋1～8％、二硫化钼0.5～10％、磷0.1～0.5％、石墨1～10％、铜75～90％。所述铜基合金减摩层是由铜-锡-铋雾化粉末、表面具有铜镀层的二硫化钼粉末、表面具有铜镀层的石墨粉末及其他组元混合后，铺设在钢板表面，再经烧制而成；所述铜-锡-铋雾化粉末是由原料中的铜、锡和铋经混合熔炼、雾化获得；所述表面具有铜镀层的二硫化钼粉末是由原料中的二硫化钼经化学镀形成；所述表面具有铜镀层的石墨粉末是由原料中的石墨经化学镀形成。在所述表面具有铜镀层的二硫化钼粉末中，表面铜的质量百分比占总质量的25％；在所述表面具有铜镀层的石墨粉末中，表面铜的质量百分比占总质量的25％。上述减摩铜基双金属轴承材料的制作方法包括如下步骤：(1)将各原料按照质量百分比进行配料；(2)分别通过化学镀的方法，在二硫化钼粉末和石墨粉末表面形成铜镀层；具体步骤为：(21)敏化：将粒度皆为50～75μm的二硫化钼粉末和石墨粉末分别放入5wt％的氯化亚锡酸性溶液中，进行敏化处理3～5min，敏化过程中施以强力搅拌；(22)活化：将敏化后二硫化钼粉末和石墨粉末分别放入PdCl2和AgNO3的混合溶液中，进行活化处理3～5min，其中PdCl2的浓度为1～3wt％、AgNO3的浓度为1～3wt％，活化过程中施以强力搅拌；(23)形成镀层：将活化后二硫化钼粉末和石墨粉末分别加入以CuSO4·5H2O作为主盐、HCHO作为还原剂、C4H4KNa·4H2O作为络合剂的化学镀液中，搅拌均匀，加NaOH溶液调节pH在10～13之间，镀铜开始进行，充分搅拌，至溶液变清澈，即在石墨和二硫化钼表面形成了铜镀层；所述化学镀液的配方为：CuSO4·5H2O10～20g/L，C4H4KNa·4H2O35～50g/L，HCHO30～40g/L；pH＝10～13，温度15～35℃。(3)将铜、锡、铋依次加入中频熔炼炉中，熔炼获得金属液；对金属液进行雾化，形成雾化粉浆；将雾化粉浆沉积、烘干、筛分后，获得粒度40～150μm的铜-锡-铋雾化粉末；(4)将铜-锡-铋雾化粉末、表面具有铜镀层的二硫化钼粉末、表面具有铜镀层的石墨粉末及其他组元混合后，均匀平整铺设在镀铜钢板表面，铺设厚度0.5～3mm；(5)将铺设混合粉后的钢板经初烧、初轧、复烧、复轧，即在钢板表面形成有铜基合金减摩层，获得减摩铜基双金属轴承材料；具体步骤为：初烧：将铺设混合粉后的钢板在氨分解保护气氛中进行一次烧结，烧结温度800～850℃，保温10～30min；初轧：将初烧后钢板进行轧制校平；复烧：将初轧后钢板在氨分解保护气氛中进行二次烧结，烧结温度800～850℃，保温10～30min；复轧：将复烧后钢板进行精轧，即获得减摩铜基双金属轴承材料。与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：1、本发明以二硫化钼、石墨与铋作为复合润滑组元，利用二硫化钼和石墨的减摩特性与铋的抗粘着特性的协同作用取代铜基轴承中铅的作用，干摩擦条件下摩擦系数可达0.08～0.15，实现了轴承材料的无铅化。2、本发明在二硫化钼和石墨颗粒表面镀铜，实现非金属表面的金属化，有效改善了二硫化钼、石墨与铜合金基体的湿润性，保护了二硫化钼烧结过程中不氧化和分解，提高界面结合强度，从而提高铜基轴承材料的力学及摩擦学性能。3、本发明对铜-锡-铋粉末进行雾化处理，提高了基体的强度，并解决了铋含量较高时，较多脆性相的聚集易使其直接从基体中剥落的缺点。具体实施方式下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。下述实施例所用原料中，磷粉、镍粉的粒径均为200目；铜粉、锡粉、铋粉和镍粉的纯度为99.99％。实施例1：本实施例减摩铜基双金属轴承材料，是以钢板为基体，在钢板表面形成有铜基合金减摩层；铜基合金减摩层的各原料按质量百分比的构成见表1：表1原料镍锡铋磷二硫化钼石墨铜含量Wt(％)1820.311.586.2铜基合金减摩层是由铜-锡-铋雾化粉末、表面具有铜镀层的二硫化钼粉末、表面具有铜镀层的石墨粉末及其他组元混合后，铺设在钢板表面，再经烧制而成；铜-锡-铋雾化粉末是由原料中的铜、锡和铋经混合熔炼、雾化获得；表面具有铜镀层的二硫化钼粉末是由原料中的二硫化钼经化学镀形成；表面具有铜镀层的石墨粉末是由原料中的石墨经化学镀形成。在表面具有铜镀层的二硫化钼粉末中，表面铜的质量百分比占总质量的25％；在表面具有铜镀层的石墨粉末中，表面铜的质量百分比占总质量的25％。减摩铜基双金属轴承材料的具体制作工艺如下：1、将各原料按照表1的质量百分比进行配料；2、分别通过化学镀的方法，在二硫化钼粉末和石墨粉末表面形成铜镀层；(1)敏化：将粒度皆为50～75μm的二硫化钼粉末和石墨粉末分别放入5wt％的氯化亚锡酸性溶液中，进行敏化处理5min，敏化过程中施以强力搅拌；(2)活化：将敏化后二硫化钼粉末和石墨粉末分别放入PdCl2和AgNO3的混合溶液中，进行活化处理5min，其中PdCl2的浓度为3wt％、AgNO3的浓度为3wt％，活化过程中施以强力搅拌；(3)形成镀层：将活化后二硫化钼粉末和石墨粉末分别加入以CuSO4·5H2O作为主盐、HCHO作为还原剂、C4H4KNa·4H2O作为络合剂的化学镀液中，搅拌均匀，加NaOH溶液调节pH为13，镀铜开始进行，充分搅拌，约30min后溶液变清，即在石墨和二硫化钼表面形成了铜镀层，取出用蒸馏水清洗，烘干待用。化学镀液的配方为：CuSO4·5H2O10g/L，C4H4KNa·4H2O50g/L，HCHO：30g/L；pH＝13，温度25℃。(3)将铜、锡、铋依次加入中频熔炼炉中，控制温度在1000℃，保温熔炼10分钟，获得金属液；通过柱塞泵产生的高压水流对金属液进行雾化，形成雾化粉浆；将雾化粉浆沉积、烘干后，再使用不同目数的筛网进行筛分，筛去粗粉，获得粒径在70～150μm目的铜-锡-铋雾化粉末；(4)生产材料规格：总厚度2.5mm*合金宽度100mm，合金层厚度0.5mm；钢材准备：选用SPCC型号的优质碳素钢钢板，将大张的钢板剪切改轧成2.5*100*625mm，在表面除油、除锈、镀铜，铜镀层厚度1μm；铺粉：将铜-锡-铋雾化粉末、表面具有铜镀层的二硫化钼粉末、表面具有铜镀层的石墨粉末及其他组元混合后，均匀平整铺设在洁净的镀铜钢板表面，铺设厚度为0.85mm；初烧：将铺设混合粉后的钢板在氨分解气氛N2、H2保护条件下进行一次烧结，烧结温度850℃，保温20min；初轧：将初烧后钢板放在冷轧机上进行轧制校平，轧制至厚度2.60mm；复烧：将初轧后钢板再在氨分解气氛N2、H2保护条件下进行二次烧结，烧结温度850℃，保温20min；复轧：将复烧后钢板精轧至2.50mm，即获得减摩铜基双金属轴承材料。将所得材料在HDM-10型端面摩擦磨损试验机进行无油润滑下的摩擦磨损实验，转速设置为735r/min，实验载荷为120kg，上试样材料是硬度为52HRC的40Cr。摩擦磨损实验后，摩擦系数为0.15、磨痕深度为0.012mm。实施例2本实施例减摩铜基双金属轴承材料及制作方法，与实施例1相同，其铜基合金减摩层的各原料按质量百分比的构成见表2：表2原料镍锡铋磷二硫化钼石墨铜Wt(％)1840.42381.6采用实施例1中的摩擦试验工况，对本实施例的样品进行摩擦磨损试验后，摩擦系数为0.12、磨痕深度为0.015mm。实施例3本实施例减摩铜基双金属轴承材料及制作方法，与实施例1相同，其铜基合金减摩层的各原料按质量百分比的构成见表3：表3原料镍锡铋磷二硫化钼石墨铜Wt(％)1650.30.5483.2采用实施例1中所述摩擦试验条件，对本实施例的样品进行摩擦磨损实验后，摩擦系数为0.10、磨痕深度为0.018mm。表4各实例试验结果实施例摩擦系数磨痕深度mm实施例10.150.012实施例20.120.015实施例30.100.018以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3