一种含有高碳纤维的锡基巴氏合金涂层的制备方法与流程

本发明涉及滑动轴承的轴瓦耐磨技术领域，具体为一种含有高碳纤维的锡基巴氏合金涂层的制备方法。

背景技术：

轴承合金常用的轴承合金包括锡基合金、铅基合金、铜基合金、铝基合金、铁基合金等，其中锡基和铅基合金为低熔点轴承合金，又称为巴氏合金，其成分是sn82-84％、sb11-12％、cu5-6％，后来在此基础上发展出了一系列软基的减摩锡基合金和铅基合金，均为巴氏合金，巴氏合金应用十分广泛，具有良好的减摩性，与其他的轴承合金相比，巴氏合金具有更优良的嵌入性和顺应性和较好的耐磨性。锡基巴氏合金通常含5-8wt％的cu和4-6wt％的sb，余量为sn。其凝固组织为软基体a相(sb固溶于sn)中分布着针状或星状的cu6sn5相(金属间化合物)或呈方形的snsb金属间化合物。在非水基润滑条件下，锡基巴氏合金也具有很好的耐腐蚀性能。锡基巴氏合金最优秀的特点是其短抗咬合性，既使是在时缺少油润滑时也不至于形成剧烈的划痕，这是其它油泡滑轴承中不多见的。正是因为巴氏合金具有较好的耐摩擦磨损性质,巴氏合金因此广泛在航空航天、汽车运载、能源利用等比较重要的工业领域得到大量应用。

然而在实际工作环境中，锡基巴氏合金工作部位经常由于异常摩擦磨损而产生不同程度的失效，从而使轴瓦容易脱落，造成损失；因此提高锡基巴氏合金的表面硬度和耐磨性，可以使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道，利于减摩，从而可以提高轴瓦的摩擦性能，能够有效改善轴瓦脱落这一问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种含有高碳纤维的锡基巴氏合金涂层的制备方法，以解决上述背景技术中提到锡基巴氏合金的表面硬度和耐磨性不高，使得巴氏合金工作经常由于异常摩擦磨损而产生不同程度的失效，使得从而使轴瓦容易脱落，造成损失的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含有高碳纤维的锡基巴氏合金涂层的制备方法，包括如下步骤：

s1、在锡基巴氏合金粉中加入金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉，其中金属钴co粉添加量为8-20％；碳化钨wc粉的添加量为4％-10％；碳纤维粉的添加量为20-24％；

s2、将锡基巴氏合金粉与金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉与金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉充分混合6-8小时，得到喷涂粉；

s3、将混合后的喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在h62黄铜表面；

s4、采用金相试样镶嵌机将喷涂后的h62黄铜选择特定组件并制镶样；用砂纸对镶样端面依次进行打磨，抛光，腐蚀处理；

s5、使用手动转塔显微硬度仪测量试件表面显微硬度hv；并对每一个试件x射线衍射仪与扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数。

优选的，s1中，金属钴co粉添加量为8％；碳化钨wc粉的添加量为4％；碳纤维粉末的添加量为21％。

优选的，s1中，金属钴co粉添加量为10％；碳化钨wc粉的添加量为4％；碳纤维粉的添加量为21％。

优选的，s1中，金属钴co粉添加量为8％；碳化钨wc粉的添加量为8％；碳纤维粉的添加量为23％。

优选的，s1中，金属钴co粉添加量为20％；碳化钨wc粉的添加量为8％；碳纤维粉的添加量为21％。

优选的，s3中，所述等离子喷涂设备的型号为pk-80z-ii，且等离子喷涂设备的主气为惰性气体氩气；次气为氮气。

优选的，s4中，磨损时，采用型号为mdw-02的磨损试验机，试验加载力为3n，频率为3hz，磨损时间为10min，磨损用润滑油为海马多级机油5w-20。

优选的，s4中，磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把20#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次，磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，无水乙醇进行超声波振动清洗15-30min，再用吹风机吹干，在fb-c精密天平上称重。

优选的，s5中，所述手动转塔显微硬度仪的型号为hv-1000，所述的x射线衍射仪的型号为rigaku，所述扫描电镜的型号为s-4800。

本发明提供了一种含有高碳纤维的锡基巴氏合金涂层的制备方法，具备以下有益效果：

本发明通过在锡基巴氏合金粉中加入金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉，并将其进行混合后用等离子喷涂设备喷涂在h62黄铜表面，然后对喷涂后的h62黄铜进行磨损试验，并用测试涂层显微硬度和衍射仪和电镜分析，试验结果表明：混合后的锡基巴氏合金中，钴(co)含量最小且碳化钨(wc)含量最小时磨损率最小，为0.0027g/min，降低磨损率近5.6倍；喷涂混合了金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉c24的锡基巴氏合金的表面显微硬度363.03hv，最大可达430.5hv，比单一的锡基巴氏合金的显微硬度提高了5.03倍，因此混合的锡基巴氏合金涂层的有效提高表面硬度，可使轴承载较大载荷的进行长时间的运转。

附图说明

图1黄铜等离子喷涂含有高碳纤维c24co14wc8锡基巴氏合金的摩擦系曲线

图2黄铜等离子喷涂含有高碳纤维(c24)锡基巴氏合金的涂层断面sem图像；

图3黄铜等离子喷涂含有高碳纤维(c24)锡基巴氏合金的20％钴的能谱分析图像。

图4本发明的含有高碳纤维c24co14wc8锡基巴氏合金等离子喷涂衍射图。

具体实施方式

实施例1：

一种含有高碳纤维的锡基巴氏合金涂层的制备方法，包括如下步骤：

s1、在锡基巴氏合金粉中加入金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉，其中金属钴co粉添加量为8％；碳化钨wc粉的添加量为4％；碳纤维粉的添加量为21％；

s2、将锡基巴氏合金粉、金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉、金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉充分混合6-8小时，得到喷涂粉；

s3、将混合后的喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在尺寸为25*50*2-3mm的h62黄铜表面；

其中，等离子喷涂设备的型号为pk-80z-ii，设备性能和喷涂参数选取如表1所示，此设备的主气为惰性气体氩气，它不溶解于各种金属且均不与金属发生化学性反应，在喷涂过程中具有低电压、升温快、引弧性好等特点；次气为氮气，它具有热焓值高、放热量大、热利用率高等特点；

表1等离子喷涂设备参数

s4、采用金相试样镶嵌机将喷涂后的h62黄铜选择特定组件并制镶样；对镶样用砂纸180#，240#……1500#、2000#对端面依次进行打磨，抛光，腐蚀处理；

其中，磨损时采用mdw-02摩擦磨损试验机，其设备参数如表2所示，本次试验选用手动加载，通过磨损球针上加码来保证施加力在1n-100n范围中一个定值，通过改变轴转速来确定往复频率及每秒磨损来回次数；通过传感器测出摩擦温度与摩擦力矩，间接得到摩擦力和摩擦系数，本次试验加载力为3n，频率3hz，磨损时间10min，润滑油为海马多级机油5w-20#，试验机通过测量磨损球针探头尾部力矩大小再除以磨损针到传感位置距离(固定值)得出摩擦力大小，再除以加载力从而得出摩擦系数；

再除以加载力从而得出摩擦系数；

表2mdw-02摩擦磨损试验机设备参数

s5、使用手动转塔显微硬度仪测量试件表面显微硬度hv；并对每一个试件经衍射仪与扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数，其中所述手动转塔显微硬度仪的型号为hv-1000，所述的x射线衍射仪的型号为rigaku，所述扫描电镜的型号为s-4800。

实施例2：

s1、在锡基巴氏合金粉中加入金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉，其中金属钴co粉添加量为10％；碳化钨wc粉的添加量为4％；碳纤维粉的添加量为21％；

s2、将金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉与锡基巴氏合金粉按比例加到球磨混料机进行混料工作，使锡基巴氏合金粉、金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉充分混合6-8小时，得到喷涂粉；

s3、将混合后的喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在尺寸为25*50*2-3mm的h62黄铜表面；

其中，等离子喷涂设备的型号为pk-80z-ii，设备性能和喷涂参数选取如表1所示，此设备的主气为惰性气体氩气，它不溶解于各种金属且均不与金属发生化学性反应，在喷涂过程中具有低电压、升温快、引弧性好等特点；次气为氮气，它具有热焓值高、放热量大、热利用率高等特点；

表1等离子喷涂设备参数

s4、采用金相试样镶嵌机将喷涂后的h62黄铜选择特定组件并制镶样；对镶样用砂纸180#，240#……1500#、2000#对端面依次进行磨损，抛光，腐蚀处理；

其中，磨损时采用mdw-02摩擦磨损试验机，其设备参数如表2所示，本次实验选用手动加载，通过磨损球针上加码来保证施加力在1n-100n范围中一个定值，通过改变轴转速来确定往复频率及每秒磨损来回次数；通过传感器测出摩擦温度与摩擦力矩，间接得到摩擦力和摩擦系数，本次试验加载数据由预试验得出，加载力3n，频率3hz，磨损时间10min，润滑油为海马多级机油5w-20，试验机通过测量磨损球针探头尾部力矩大小再除以磨损针到传感位置距离(固定值)得出摩擦力大小，再除以加载力从而得出摩擦系数；

表2mdw-02摩擦磨损试验机设备参数

s5、使用手动转塔显微硬度仪测量试件显微硬度hv；并对每一个试件x射线衍射仪与扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数，其中所述手动转塔显微硬度仪的型号hv-1000，所述x射线衍射仪的型号为rigaku，所述扫描电镜的型号为s-4800。

实施例3：

s1、在锡基巴氏合金粉中加入金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉末，其中金属钴co粉添加量为8％；碳化钨wc粉的添加量为8％；碳纤维粉末的添加量为23％；

s2、将锡基巴氏合金粉、金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉末均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉、金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉充分混合6-8小时，得到喷涂粉；

s3、将混合后的喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在尺寸为25*50*2-3mm的h62黄铜表面；

其中，等离子喷涂设备的型号为pk-80z-ii，设备性能和喷涂参数选取如表1所示，此设备的主气为惰性气体氩气，它不溶解于各种金属且均不与金属发生化学性反应，在喷涂过程中具有低电压、升温快、引弧性好等特点；次气为氮气，它具有热焓值高、放热量大、热利用率高等特点；

表1等离子喷涂设备参数

s4、采用金相试样镶嵌机将喷涂后的h62黄铜选择特定组件并制镶样；对镶样用砂纸180#，240#……1500#、2000#对端面依次进行打磨，抛光，腐蚀处理；

其中，磨损时采用mdw-02摩擦磨损试验机，其设备参数如表2所示，本次实验选用手动加载，通过磨损球针上加码来保证施加力在1n-100n范围中一个定值，通过改变轴转速来确定往复频率及每秒磨损来回次数；通过传感器测出摩擦温度与摩擦力矩，间接得到摩擦力和摩擦系数，本次试验加载数据由预试验得出，加载力3n，频率3hz，磨损时间10min，润滑油为海马多级机油5w-20#，试验机通过测量磨损球针探头尾部力矩大小再除以磨损针到传感位置距离(固定值)得出摩擦力大小，再除以加载力从而得出摩擦系数；

表2mdw-02摩擦磨损试验机设备参数

s5、使用手动转塔显微硬度仪测量试件显微硬度hv；并对每一个试件xrd与扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数，其中所述手动转塔显微硬度仪的型号为hv-1000，所述的x射线衍射仪的型号为rigaku，所述扫描电镜的型号为s-4800。

实施例4：

s1、在锡基巴氏合金粉中加入金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉，其中金属钴co粉添加量为20％；碳化钨wc粉的添加量为8％；碳纤维粉的添加量为21％；

s2、将锡基巴氏合金粉、金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉均加入到混料机内进行混料工作，使锡基巴氏合金粉与金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉充分混合6-8小时，得到混合均匀的喷涂粉；

s3、将混合后的喷涂粉加入到等离子喷涂设备内，利用等离子喷涂设备将喷涂粉均匀喷涂在尺寸为25*50*2-3mm的h62黄铜表面；

其中，等离子喷涂设备的型号为pk-80z-ii，设备性能和喷涂参数选取如表1所示，此设备的主气为惰性气体氩气，它不溶解于各种金属且均不与金

表1等离子喷涂设备参数

属发生化学性反应，在喷涂过程中具有低电压、升温快、引弧性好等特点；次气为氮气，它具有热焓值高、放热量大、热利用率高等特点；

s4、采用金相试样镶嵌机将喷涂后的h62黄铜选择特定组件并制镶样；用砂纸180#，240#……1500#、2000#对镶样端面依次进行打磨，抛光，腐蚀处理；

其中，磨损采用mdw-02摩擦磨损试验机，其设备参数如表2所示，本次试验选用手动加载，通过磨损球针上加码来保证施加力在1n-100n范围中一个定值，通过改变轴转速来确定往复频率及每秒磨损来回次数；通过传感器测出摩擦温度与摩擦力矩，间接得到摩擦力和摩擦系数，本次试验条件为载荷3n，频率3hz，磨损时间10min，润滑油为海马多级机油5w-20#，试验机通过测量磨损球针探头尾部力矩大小再除以磨损针到传感位置距离(固定值)得出摩擦力大小，再除以加载力从而得出摩擦系数；

表2mdw-02摩擦磨损试验机设备参数

s5、使用手动转塔显微硬度仪测量涂层显微硬度hv；并对每一个试件经衍射仪与扫描电镜观察微观结构，分析涂层成分并记录相关参数，其中所述手动转塔显微硬度仪的型号为hv-1000，所述的x射线衍射仪的型号为rigaku，所述扫描电镜的型号为s-4800。

结论：

含碳化钨wc和金属co粉与一定量的碳纤维的锡基巴氏合金的均匀混合后，使用等离子喷涂在黄铜表面，用mdw-02磨损试验机，在试验条件为载荷f＝3n，频率f＝3hz及磨损时间t＝10min，海马多级机油5w-20润滑，单一锡基巴氏合金的磨损率0.01533g/min，混合后的锡基巴氏合金涂层中，钴(co)含量最小且碳化钨(wc)含量最小时磨损率最小，为0.0027g/min，降低磨损率近5.6倍；而锡基巴氏合金涂层显微硬度为：85.5hv，而喷涂混合了金属钴co粉、碳化钨wc粉和碳纤维粉的锡基巴氏合金的涂层表面显微硬度为363.03hv，最大可达430.5hv，比单一的锡基巴氏合金的显微硬度提高了5.03倍，因此有效的提高锡基巴氏合金的表面硬度和摩擦力，可使轴承载较大载荷的进行长时间的运转工作。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。